RU2355608C2 - Method of determining thermal resistance of spacecraft temperature control vacuum shield thermal insulation system for thermal-vacuum tests - Google Patents

Method of determining thermal resistance of spacecraft temperature control vacuum shield thermal insulation system for thermal-vacuum tests Download PDF

Info

Publication number
RU2355608C2
RU2355608C2 RU2006131241/11A RU2006131241A RU2355608C2 RU 2355608 C2 RU2355608 C2 RU 2355608C2 RU 2006131241/11 A RU2006131241/11 A RU 2006131241/11A RU 2006131241 A RU2006131241 A RU 2006131241A RU 2355608 C2 RU2355608 C2 RU 2355608C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermal
vsti
radiation
spacecraft
evti
Prior art date
Application number
RU2006131241/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006131241A (en
Inventor
Владимир Александрович Корнилов (RU)
Владимир Александрович Корнилов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2006131241/11A priority Critical patent/RU2355608C2/en
Publication of RU2006131241A publication Critical patent/RU2006131241A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2355608C2 publication Critical patent/RU2355608C2/en

Links

Abstract

FIELD: aircraft engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the ground simulation tests of spacecraft elements and can be used in designing and experimental development of multi-layer vacuum shield thermal insulation (VSTI). In compliance with this invention, with the temperature control system stable thermal conditions, temperatures T1 and T2 of outer (on both sides) layers of analysed VSTI section are measured. Given T1 ≠ T2, equilibrium temperatures (Tch and TIR) of radiation energy receivers are measured. One of aforesaid receivers features a high heat radiation absorbing capacity (As), approximating to As of ideal black body. The other one features As<(0.1 to 0.2) in the visible spectrum band. Aforesaid receivers are fitted in the area of analysed VSTI. Thermal resistance of VSTI (RVSTI) is determined, via VSTI, from the formula derived from the condition of balance of heat radiant flow and heat conductivity. The proposed method allows controlling the local value of RVSTI during ground development and testing of the spacecraft heat control system in thermal vacuum chamber, including testing on curved surfaces of spacecraft with due allowance for its configuration. The effect of residual gas amount in VSTI on RVSTI and the process of the said gas draining, as well as defects of separate sections of VSTI, etc. can be determined during above-described tests.
EFFECT: ease of use, possibility of automation.
1 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к космической технике, к области проектирования и наземной отработки при тепловакуумных испытаниях (ТВИ) в тепловакуумных камерах (ТВК) системы терморегулирования (СТР) космического аппарата (КА), а именно к вопросам определения термического сопротивления экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) СТР.The invention relates to space technology, to the field of design and ground testing during thermal vacuum tests (TWI) in thermal vacuum chambers (TCEs) of a spacecraft (SC) thermal control system (CTR), and in particular, to questions of determining the thermal resistance of screen-vacuum thermal insulation (EVTI) CTP .

СТР предназначена для поддержания теплового режима всех элементов КА в заданных пределах путем обеспечения контролируемого их теплообмена с окружающей средой. Потребный тепловой режим КА в целом и отдельных его элементов поддерживается активными и пассивными средствами обеспечения тепловых режимов (СОТР). К пассивным СОТР относят ЭВТИ - пакет многослойной теплоизоляции, состоящий из набора экранов с высокой отражательной способностью, разделенных прокладками из материалов с низкой теплопроводностью. ЭВТИ обладает уникальными теплоизоляционными характеристиками. Ее термическое сопротивление, отнесенное к весу единицы площади поверхности, является наибольшим из всех известных типов теплоизоляции. ЭВТИ технологична, может быть установлена на элементы КА различной формы. Уникальные теплоизоляционные свойства ЭВТИ проявляются в чистом виде лишь для гладких поверхностей, через которые не проходят ни выводы, ни конструктивные элементы. Иначе возникают значительные перетечки тепла вдоль отдельных слоев ЭВТИ, приводящие к снижению суммарного термического сопротивления.PAG is designed to maintain the thermal regime of all spacecraft elements within specified limits by ensuring their controlled heat transfer with the environment. The required thermal regime of the spacecraft as a whole and its individual elements is supported by active and passive means of providing thermal regimes (COTR). Passive MOTR include EVTI - a package of multilayer thermal insulation, consisting of a set of screens with high reflectivity, separated by gaskets from materials with low thermal conductivity. EVTI has unique thermal insulation characteristics. Its thermal resistance, referred to the weight of a unit of surface area, is the largest of all known types of thermal insulation. EVTI is technologically advanced, can be installed on spacecraft elements of various shapes. The unique thermal insulation properties of EVTI are manifested in their pure form only for smooth surfaces through which neither conclusions nor structural elements pass. Otherwise, significant heat overflows occur along individual EVTI layers, leading to a decrease in the total thermal resistance.

Одним из важнейших определяющих параметров ЭВТИ является термическое сопротивление ЭВТИ, величина которого зависит от плотности упаковки слоев. Главным критерием косвенной оценки теплофизических свойств ЭВТИ является контроль высоты пакета теплоизоляции как при их изготовлении, так и при установке их на КА. По своей природе пакеты многослойной теплоизоляции являются весьма гибкими и свободно укладываются на элементы конструкции КА. При этом с учетом перегрузок и сил, возникающих при вакуумировании изоляции, возможны значительные изменения местных значений плотности упаковки ЭВТИ и практической невозможности контроля высоты пакетов, установленных на КА в реальных условиях эксплуатации в ТВК.One of the most important determining parameters of EUTI is the thermal resistance of EUTI, the value of which depends on the packing density of the layers. The main criterion for indirect assessment of the thermophysical properties of EVTI is to control the height of the thermal insulation package both during their manufacture and when they are installed on the spacecraft. By their nature, multilayer thermal insulation packages are very flexible and fit freely on the structural elements of the spacecraft. At the same time, taking into account the overloads and forces arising from insulation evacuation, significant changes in the local values of the EVTI packing density and the practical impossibility of controlling the height of the packages installed on the spacecraft in real operating conditions in TCEs are possible.

Учет особенностей конфигурации КА, применяемая технология изготовления и сборки ЭВТИ, а также установки и крепления ее на поверхности КА приводят к усложнению расчетных методов прогнозирования термического сопротивления ЭВТИ в рабочих условиях эксплуатации. Поэтому контроль за изменением величины термического сопротивления отдельных участков ЭВТИ может быть выполнен только непосредственным измерением при ТВИ КА, проводимых в ТВК с имитацией внешних радиационных воздействий в видимой области спектра и части инфракрасной области [1, с.9].Taking into account the features of the spacecraft configuration, the applied technology for the manufacture and assembly of EVTI, as well as its installation and fastening on the surface of the spacecraft, complicate the calculation methods for predicting the thermal resistance of EVTI in operating conditions. Therefore, control over the change in the thermal resistance of individual sections of the EVTI can be performed only by direct measurement during TWI of the spacecraft, carried out in the TCE with imitation of external radiation effects in the visible region of the spectrum and part of the infrared region [1, p.9].

Задачей изобретения является:The objective of the invention is:

- определение величины местного термического сопротивления экранно-вакуумной теплоизоляции системы терморегулирования космического аппарата при тепловакуумных испытаниях КА в ТВК;- determination of the local thermal resistance of the screen-vacuum thermal insulation of the spacecraft thermal control system during thermal vacuum tests of the spacecraft in a TCE;

- определение термического сопротивления ЭВТИ на искривленных поверхностях, с учетом особенностей конфигурации КА, и простота реализации этого способа.- determination of the thermal resistance of EVTI on curved surfaces, taking into account the features of the configuration of the spacecraft, and the simplicity of the implementation of this method.

Поставленная задача достигается способом определения термического сопротивления экранно-вакуумной теплоизоляции системы терморегулирования космического аппарата при тепловакуумных испытаниях, включающим измерение температуры внешних слоев экранно-вакуумной теплоизоляции T1 и Т2, при установившемся тепловом состоянии системы, при Т1≠T2 проводят измерение равновесных температур Tч и Тик рабочих поверхностей приемников лучистой энергии, один из которых обладает высокой поглощательной способностью теплового излучения, близкой к абсолютно черному телу, а другой с низкой поглощательной способностью излучения видимой области спектра с коэффициентом поглощения As<(0,1-0,2), при этом приемники лучистой энергии установлены в районе исследуемого участка экранно-вакуумной теплоизоляции, а термическое сопротивление экранно-вакуумной теплоизоляции Rэвти определяют из выраженияThe problem is achieved by the method of determining the thermal resistance of the screen-vacuum thermal insulation of the spacecraft thermal control system during thermal vacuum tests, including measuring the temperature of the outer layers of the screen-vacuum thermal insulation T 1 and T 2 , with the steady-state thermal state of the system, at T 1 ≠ T 2 , the equilibrium temperatures are measured T h and T ik working surfaces of radiant energy receivers, one of which has a high absorptivity of thermal radiation, close to bsolyutno black body, and the other with low absorbance of the visible spectrum with an absorption coefficient of the radiation A s <(0,1-0,2), wherein radiant energy receivers installed in the vicinity of the test site screen-vacuum thermal insulation and thermal resistance ekranno- vacuum thermal insulation R euti is determined from the expression

Figure 00000001
Figure 00000002
где εэвти и АSэвти - степень черноты и коэффициент поглощения солнечной энергии наружной поверхностью внешнего слоя ЭВТИ; ε - степень черноты рабочей поверхности приемника лучистой энергии с низкой поглощательной способностью излучения видимой области спектра; σ - постоянная Стефана - Больцмана.
Figure 00000001
Figure 00000002
where ε euti and A Seuti - degree of blackness and absorption coefficient of solar energy by the outer surface of the outer layer of EVTI; ε is the degree of blackness of the working surface of the receiver of radiant energy with low absorption ability of the radiation of the visible region of the spectrum; σ is the Stefan - Boltzmann constant.

Тепловое излучение qтвк, падающее на исследуемый участок ЭВТИ в ТВК, определяется излучением имитаторов космического пространства, солнечного и планетного излучений [1, с.28, с.38, с.47], собственного излучения элементов конструкций ТВК, включая тепловые и криогенные экраны, а также отраженного излучения от элементов конструкций. Излучение qтвк зависит от температуры и физических свойств не только данного излучающего тела, но и других окружающих его тел, а также от формы, размеров и относительного расположения тел в пространстве ТВК. Расчетным путем оценить лучистый теплообмен такой сложной системы представляет большие трудности, которые предлагается преодолеть с помощью двух приемников лучистой энергии (ПЛЭ) [1, с.130], рабочая поверхность одного из которых обладает высокой поглощательной способностью тепловых лучей (световых и инфракрасных), а рабочая поверхность другого с низкой поглощательной способностью лучей видимой области спектра (световых лучей) и установленных вблизи исследуемого участка ЭВТИ. Чтобы выделить из общего теплового потока qтвк его составляющие, а именно солнечное (световое) qs и инфракрасное qик излучения, используем конструкцию ПЛЭ, где обмен энергией с окружающей средой осуществляется только излучением, проводим измерение равновесных температур рабочих поверхностей ПЛЭ Тч и Тик [2, с.769]. ПЛЭ может быть выполнена, например, в виде тонкостенной плоской пластины с высокой теплопроводностью (например, выполненной из серебра, меди или алюминия), на рабочей поверхности которой нанесен слой терморегулирующего покрытия (ТРП), а на ее тыльной поверхности установлен чувствительный элемент (например, термометр сопротивления). Причем на одном ПЛЭ на ее рабочей поверхности нанесено ТРП с высокой поглощательной способностью теплового излучения, близкой к абсолютно черному телу (например, черная эмаль или черная краска [2, с.779]), а на рабочей поверхности другого ПЛЭ используется ТРП с высокой избирательностью по спектру поглощаемого излучения с коэффициентом поглощения солнечной энергии As<(0,1-0,2). Пластина ПЛЭ, кроме рабочей поверхности, закрывается теплоизоляцией и принимается, что утечки тепла из ПЛЭ через теплоизоляцию пренебрежимо малы. Причем с целью минимизации влияния ПЛЭ на теплообмен исследуемого участка ЭВТИ с моделируемой в ТВК космической средой выбираем площадь ПЛЭ Sплэ намного меньше площади исследуемого участка ЭВТИ Sэвти.Q TCEs thermal radiation incident on the analyzed portion SVHI in TCEs determined simulators radiation space, and a solar radiation planetary [1, p.28, p.38, p.47], self-emitting elements TCEs constructions, including thermal and cryogenic screens , as well as reflected radiation from structural elements. The radiation q of the TVC depends on the temperature and physical properties of not only the given radiating body, but also other bodies surrounding it, as well as on the shape, size and relative position of the bodies in the TCE space. Calculating the radiant heat transfer of such a complex system poses great difficulties that are proposed to be overcome with the help of two radiant energy detectors (PLE) [1, p. 130], the working surface of one of which has a high absorption capacity of thermal rays (light and infrared), and the working surface of another with a low absorption capacity of the rays of the visible region of the spectrum (light rays) and installed near the studied section of the EVTI. To distinguish from the total heat flow q TCEs its components, namely solar (light) q s and infrared q IR radiation, using PLE structure where energy exchange with the environment is performed only radiation conducting measurement of equilibrium temperatures of worktops PLE T h and T ik [2, p. 769]. PLE can be made, for example, in the form of a thin-walled flat plate with high thermal conductivity (for example, made of silver, copper or aluminum), on the working surface of which a layer of thermal-regulating coating (TRP) is applied, and a sensitive element is installed on its back surface (for example, resistance thermometer). Moreover, on one of the PLEs on its working surface is applied TRP with a high absorption capacity of thermal radiation, close to a completely black body (for example, black enamel or black paint [2, p. 799]), and on the working surface of another PLE is used TRP with high selectivity on the spectrum of absorbed radiation with a solar absorption coefficient A s <(0.1-0.2). The plate of the PLE, in addition to the working surface, is closed by thermal insulation and it is assumed that heat leakage from the PLE through the thermal insulation is negligible. Moreover, in order to minimize the effect of the PLE on the heat transfer of the studied EVTI section with the space environment simulated in the TCE, we select the area of the PLE S ple much less than the area of the studied section EVTI S euti .

В качестве конкретного примера на чертеже приведен фрагмент ЭВТИ, для которого реализован предлагаемый способ. На чертеже приведен: исследуемый участок ЭВТИ 1 с внешними слоями 2 и 3, на которых установлены датчики температуры 5 и 6; два приемника лучистой энергии 4 и 7, один из которых обладает высокой поглощательной способностью теплового излучения, близкой к абсолютно черному телу, а другой с низкой поглощательной способностью излучения видимой области спектра с коэффициентом поглощения солнечной энергии As<(0,1-0,2). Исследуемый участок ЭВТИ 1 испытывает внешнее радиационное воздействие со стороны имитаторов инфракрасного излучения (ИКИ) 8 и имитатора солнечного излучения (ИСИ) 9.As a specific example, the drawing shows a fragment of EVTI, for which the proposed method is implemented. The drawing shows: the investigated section EVTI 1 with the outer layers 2 and 3, on which temperature sensors 5 and 6 are installed; two radiant energy receivers 4 and 7, one of which has a high absorption capacity of thermal radiation, close to a completely black body, and the other with a low absorption capacity of radiation of the visible region of the spectrum with a solar absorption coefficient As <(0.1-0.2) . The studied section of EVTI 1 is exposed to external radiation from the side of infrared radiation simulators (IRI) 8 and solar radiation simulator (ICI) 9.

Способ определения термического сопротивления ЭВТИ системы терморегулирования КА при ТВИ реализуется следующим образом.The method for determining the thermal resistance of the EVTI of the spacecraft thermal control system during TWI is implemented as follows.

Помещают КА с СТР (не показано), в состав которой входит ЭВТИ 1, в ТВК (не показано). Обеспечивают в ТВК рабочие условия эксплуатации КА, т.е. имитацию внешних воздействий космического пространства. При установившемся тепловом состоянии системы измеряют температуры T1 и Т2 датчиками температуры 5 и 6, установленными друг против друга на внутренних поверхностях внешних слоев 2 и 3 ЭВТИ 1. При нарушении равновесия между ЭВТИ 1 и излучением, т.е. ЭВТИ 1 излучает энергии больше или меньше, чем поглощает (T1≠Т2), проводят измерение равновесных температур Тч и Тик с помощью чувствительных элементов, например термометров сопротивления, приемников лучистой энергии 4 и 7. После чего из выражения (1) определяют Rэвти.A spacecraft with a STR (not shown), which includes EVTI 1, is placed in a TCE (not shown). Provide in the TCEs the operating conditions of the spacecraft operation, i.e. imitation of external influences of outer space. When the thermal state is established, the systems measure temperatures T 1 and T 2 with temperature sensors 5 and 6, mounted against each other on the inner surfaces of the outer layers 2 and 3 of EVTI 1. If the equilibrium between EVTI 1 and the radiation is disturbed, i.e. EVTI 1 emits more or less energy than it absorbs (T 1 ≠ T 2 ), they measure the equilibrium temperatures T h and T ik using sensitive elements, for example resistance thermometers, radiant energy receivers 4 and 7. Then from expression (1) determine R euti .

Выражение (1) для определения Rэвти получено следующим образом.Expression (1) for determining R euti is obtained as follows.

В условиях радиационного теплообмена в реальном спектре излучения выражение (1) получено на основе баланса тепловых потоков для интересующего участка ЭВТИ 1 на стационарном режиме.Under the conditions of radiative heat transfer in the real spectrum of radiation, expression (1) was obtained on the basis of the heat flux balance for the stationary section of the EUTI 1 of interest.

Как видно из чертежа, qэвти - плотность теплового потока - собственное излучение с ЭВТИ 1, которое полностью определяется температурой Т2 внешнего слоя 3 и физическими свойствами наружной поверхности внешнего слоя 3 ЭВТИ 1 - испускательной способностью ЭВТИ 1.As can be seen from the drawing, q euti is the heat flux density - self radiation with EVTI 1, which is completely determined by the temperature T 2 of the outer layer 3 and the physical properties of the outer surface of the outer layer 3 EVTI 1 - emissivity of EVTI 1.

Одновременно с этим со стороны, тел установленных в ТВК, на ЭВТИ 1 падает лучистая энергия в количестве qтвк - падающее излучение. Часть qтвк поглощается ЭВТИ 1 - поглощенное излучение qпогл At the same time, from the side of bodies installed in TCEs, radiant energy in the amount of q TCEs - incident radiation is incident on EVTI 1. Part q TCE absorbed SVHI 1 - radiation absorption q abs

Figure 00000003
Figure 00000003

где Аэвти - поглощательная способность ЭВТИ.where A euti is the absorption capacity of EUTI.

Аэвти зависит от спектрального состава лучистой энергии qтвк, падающей на ЭВТИ 1, и тепловых радиационных характеристик. Остальная энергия падающего на ЭВТИ 1 излучения отражается qотр - отраженное излучениеA SVHI depends on the spectral composition of the radiant energy q TCEs falling on SVHI 1, and heat radiation characteristics. The remaining energy of the radiation incident on the EUTI 1 is reflected q qr - reflected radiation

Figure 00000004
Figure 00000004

Результирующее излучение qрез представляет собой разность между собственным излучением контролируемого участка ЭВТИ 1 qэвти и той частью падающего внешнего излучения qтвк, которая поглощается рассматриваемым участком ЭВТИ 1The resulting radiation q res is the difference between the intrinsic radiation of the monitored section of the EVTI 1 q euti and that part of the incident external radiation q TVK that is absorbed by the considered section of the EVTI 1

qпогл. Составляя энергетический баланс, получаемq acc . Composing the energy balance, we get

Figure 00000005
Figure 00000005

Величина qрез определяет плотность теплового потока, проходящего через ЭВТИ 1 в направлении нормали к его слоям и передаваемого окружающим его телам в процессе лучистого теплообмена. Энергию падающего излучения qтвк при этом считаем известной, определенной путем измерения равновесных температур Тч и Тик приемников лучистой энергии 4 и 7.The value of q rez determines the density of the heat flux passing through the EVTI 1 in the direction normal to its layers and transferred to the bodies around it in the process of radiant heat transfer. In this case, we consider the incident radiation energy q TVK known, determined by measuring the equilibrium temperatures T h and T ik of the radiant energy receivers 4 and 7.

Излучение qэвти ЭВТИ 1 определяем по закону Стефана - БольцманаRadiation q euti EVTI 1 is determined by the law of Stefan - Boltzmann

Figure 00000006
Figure 00000006

где εэвти - степень черноты наружной поверхности внешнего слоя 3 ЭВТИ 1; Т2 - температура внешнего слоя 3.where ε euti is the degree of blackness of the outer surface of the outer layer 3 EVTI 1; T 2 - the temperature of the outer layer 3.

Поскольку для нас наибольший интерес представляют те лучи, возникновение которых определяется только температурой и оптическими свойствами излучающих элементов, установленных в ТВК, и самой конструкцией ТВК, а именно световые и инфракрасные лучи, то выражение (2) для поглощенного ЭВТИ 1 теплового излучения определяется из соотношенияSince we are most interested in those rays whose occurrence is determined only by the temperature and optical properties of the emitting elements installed in the TCEs and by the design of the TCEs, namely, light and infrared rays, expression (2) for the thermal radiation absorbed by EUTI 1 is determined from the relation

Figure 00000007
Figure 00000007

при этом wherein

Откуда из (4), (5) и (6) определим qрез Whence from (4), (5) and (6) we define q res

Figure 00000009
Figure 00000009

Для ПЛЭ 4 с высокой поглощательной способностью теплового излучения, близкой к абсолютно черному телу, падающий лучистый тепловой поток

Figure 00000010
будем принимать равным собственному излучению, т.е. энергетический баланс имеет видFor PLE 4 with a high absorption capacity of thermal radiation, close to a completely black body, the incident radiant heat flux
Figure 00000010
will be taken equal to its own radiation, i.e. energy balance has the form

Figure 00000011
Figure 00000011

где Тч - температура ТРП ПЛЭ 4; εч - коэффициент излучательной способности ТРП ПЛЭ 4; Ач - коэффициент поглощательной способности ТРП ПЛЭ 4; qч - тепловые потери ПЛЭ 4, которыми пренебрегаем.where T h - temperature TRP PLE 4; ε h - emissivity coefficient of TRP PLE 4; And h is the absorption coefficient of TRP PLE 4; q h - heat loss PLE 4, which is neglected.

Для ПЛЭ 7 с низкой поглощательной способностью излучения видимой области спектра энергетический баланс имеет видFor PLE 7 with a low absorbance of visible radiation, the energy balance has the form

Figure 00000012
Figure 00000012

где Тик - температура ТРП ПЛЭ 7; qк - тепловые потери ПЛЭ 7, которыми пренебрегаем, т.е. qк=0.where T IR - temperature TRP PLE 7; q to are the heat losses of PLE 7, which are neglected, i.e. q k = 0.

Из (9) и (10) определяем составляющие теплового потока qs и qик:From (9) and (10) we determine the components of the heat flux q s and q ik :

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Термическое сопротивление ЭВТИ 1 определяем из выраженияThermal resistance EVTI 1 is determined from the expression

Figure 00000015
Figure 00000015

Подставляя в (13) выражение для qрез из (8), с учетом (11) и (12), получим соотношение для определения термического сопротивления ЭВТИ 1Substituting in (13) the expression for q res from (8), taking into account (11) and (12), we obtain the relation for determining the thermal resistance of EVTI 1

Figure 00000016
Figure 00000016

При отсутствии в ТВК имитатора солнечного излучения 9 или когда он не работает, соотношение (14) для Rэвти примет видIf there is no solar radiation simulator 9 in the TCE or when it does not work, relation (14) for R euti will take the form

Figure 00000017
Figure 00000017

Приведем расчетный пример реализации способа определения термического сопротивления ЭВТИ системы терморегулирования КА при ТВИ.Here is a calculated example of the implementation of the method for determining the thermal resistance of the EVTI of the spacecraft thermal control system during TWI.

Размерности всех параметров в расчетных примерах приведены в Международной системе единиц. σ=5,67-10-8 Вт/(м2·К4).The dimensions of all parameters in the calculation examples are given in the International system of units. σ = 5.67-10 -8 W / (m 2 · K 4 ).

Помещают КА с СТР, в состав которой входит ЭВТИ 1, в ТВК. Обеспечивают в ТВК рабочие условия эксплуатации КА, т.е. при имитации в ТВК тепловой части внешнего электромагнитного излучения, имитации поглощения излучения космическим пространством и вакуума, обеспечивающего радиационныйA spacecraft with a STR, which includes EVTI 1, is placed in a TCE. Provide in the TCEs the operating conditions of the spacecraft operation, i.e. when simulating in the TCE the thermal part of external electromagnetic radiation, simulating the absorption of radiation by outer space and vacuum, providing radiation

характер внешней теплопередачи и рабочий режим работы теплоизоляции (в пределах 10-3…10-4 Па).the nature of the external heat transfer and the operating mode of the insulation (within 10 -3 ... 10 -4 Pa).

Выполним расчетные примеры, приняв следующие оптические характеристики для наружной поверхности внешнего слоя 3 ЭВТИ 1: εэвти=0,6; ASэвти=0,3.We perform the calculation examples, taking the following optical characteristics for the outer surface of the outer layer 3 EVTI 1: ε euti = 0.6; A Seuti = 0.3.

Положим, что на рабочие поверхности ПЛЭ 4 и 7 нанесены ТРП со следующими оптическими характеристиками:Suppose that on the working surfaces of the PLE 4 and 7 applied TRP with the following optical characteristics:

- ПЛЭ 4 с высокой поглощательной способностью теплового излучения, близкой к абсолютно черному телу, Ач>(0,95-0,99);- PLE 4 with high thermal radiation absorption capacity close to the black body and A h> (0.95-0.99);

- ПЛЭ 7 с низкой поглощательной способностью излучения видимой области спектра: ε=0,85; As=0,1.- PLE 7 with low absorption of radiation in the visible region of the spectrum: ε = 0.85; A s = 0.1.

Рассмотрим пример №1. В ТВК установлены имитатор солнечного излучения 9 и имитатор инфракрасного излучения 8.Consider example number 1. The TCE has a solar radiation simulator 9 and an infrared radiation simulator 8.

При установившемся тепловом состоянии системы фиксируем T1 и Т2 датчиками температуры 5 и 6, например T1=293 К и Т2=354 К.With the steady thermal state of the system, we fix T 1 and T 2 with temperature sensors 5 and 6, for example, T 1 = 293 K and T 2 = 354 K.

Фиксируем показания термометров сопротивления установленных на ПЛЭ 4 и 7, например Тч=410 К и Тик=283 К.We fix the readings of resistance thermometers installed on the PLE 4 and 7, for example T h = 410 K and T ik = 283 K.

Из выражения (14) определяем Rэвти From expression (14) we determine R euti

Figure 00000018
Из соотношений (11) и (12) определяем составляющие внешнего теплового потока, воздействующего на исследуемый участок ЭВТИ 1 qs и qик:
Figure 00000018
From relations (11) and (12) we determine the components of the external heat flux affecting the studied section of the EVTI 1 q s and q ir :

Figure 00000019
Figure 00000020
Figure 00000019
Figure 00000020

Рассмотрим пример №2. В ТВК отключен имитатор солнечного излучения 9, а на ЭВТИ воздействует только инфракрасное излучение от имитатора инфракрасного излучения 8 и от охлаждаемых стенок ТВК.Consider example number 2. In the TCEs, the solar radiation simulator 9 is disabled, and only the infrared radiation from the infrared radiation simulator 8 and from the cooled walls of the TCEs is affected by the EVTI.

При установившемся тепловом состоянии системы фиксируем показания датчиков температуры 5 и 6 T1=293 К и Т2=122 К.With the steady thermal state of the system, we fix the readings of the temperature sensors 5 and 6 T 1 = 293 K and T 2 = 122 K.

Фиксируем температуру Тч по показанию термометра сопротивления установленного на ПЛЭ 4, Тч=115 К.We fix the temperature T h according to the resistance thermometer installed on the PLE 4, T h = 115 K.

Из выражения (15) определяем Rэвти From the expression (15) we determine R euti

Figure 00000021
Figure 00000021

Из соотношения (12) определяем внешний тепловой поток инфракрасного излучения, воздействующего на исследуемый участок ЭВТИ 1, qик:From relation (12) we determine the external heat flux of infrared radiation acting on the studied section of EVTI 1, q ik :

Figure 00000022
Figure 00000022

Для примера №2 оценим величину предельной абсолютной погрешности определения термического сопротивления ЭВТИ 1 ΔRэвти [3, с.132] для значений переменных T1, Т2, Тч функции Rэвти (15) из следующего выраженияFor example No. 2, we estimate the value of the limiting absolute error in determining the thermal resistance of the EVTI 1 ΔR euti [3, p.132] for the values of the variables T 1 , T 2 , T h of the function R euti (15) from the following expression

Figure 00000023
Figure 00000023

Примем предельные абсолютные погрешности при измерении T1, T2, Тч соответствующими датчиками температуры равными ΔT1=ΔТ2=ΔТч=0,5 К. Откуда из (16)We take the absolute absolute errors in the measurement of T 1 , T 2 , T h with the corresponding temperature sensors equal to ΔT 1 = ΔT 2 = ΔT h = 0.5 K. From (16)

Figure 00000024
Figure 00000024

При этом относительная погрешность оценки термического сопротивления ЭВТИ 1 составила ΔRэвти/Rэвти=(16/107)·100%~15%.In this case, the relative error in estimating the thermal resistance of EVTI 1 was ΔR euti / R euti = (16/107) · 100% ~ 15%.

Рассмотрим пример №3. На исследуемый участок ЭВТИ 1 воздействует только инфракрасное излучение, как в примере №2.Let's consider an example No. 3. Only infrared radiation acts on the studied section of EVTI 1, as in example No. 2.

При установившемся тепловом состоянии системы фиксируем показания датчиков температуры 5 и 6 T1=293 К и Т2=155 К.With the steady thermal state of the system, we fix the readings of the temperature sensors 5 and 6 T 1 = 293 K and T 2 = 155 K.

Фиксируем показания термометра сопротивления ПЛЭ 4, Тч=115 К.We fix the readings of the resistance thermometer PLE 4, T h = 115 K.

Из выражения (15) определяем Rэвти From the expression (15) we determine R euti

Figure 00000025
Figure 00000025

Из соотношения (12) определяем внешний тепловой поток, воздействующий на исследуемый участок ЭВТИ 1, qик:From relation (12) we determine the external heat flux affecting the studied section of EVTI 1, q ik :

Figure 00000026
, т.е. такой же, как в примере №2.
Figure 00000026
, i.e. the same as in example No. 2.

Оценим величину предельной абсолютной погрешности ΔRэвти из (16), принимая предельные абсолютные погрешности при измерении T1, Т2, Тч соответствующими датчиками температуры равными ΔT1=ΔТ2=ΔТч=0,5 К.Let us estimate the magnitude of the absolute error ΔR euti from (16), taking the maximum absolute errors when measuring T 1 , T 2 , T h with the corresponding temperature sensors equal to ΔT 1 = ΔT 2 = ΔT h = 0.5 K.

Figure 00000027
Figure 00000027

При этом относительная погрешность оценки термического сопротивления ЭВТИ 1 составила ΔRэвти/Rэвти=(0,34/10)·100%~3,4%.Moreover, the relative error in estimating the thermal resistance of EVTI 1 was ΔR euti / R euti = (0.34 / 10) · 100% ~ 3.4%.

Сравнительный анализ примеров №2 и №3 по определению термического сопротивления двух исследуемых участков ЭВТИ при одинаковых внешних воздействиях на эти участки показал, что в примере №3 Rэвти оказалось на порядок меньше, чем в примере №2, что может быть следствием несовершенства технологии установки пакета ЭВТИ на поверхность КА (например, превышена допустимая плотность укладки экранов ЭВТИ). Таким образом, данные результаты ТВИ позволяют выявлять дефекты отдельных участков ЭВТИ, совершенствовать конструктивное исполнение и технологию сборки ЭВТИ при дальнейшей отработке СТР КА в ТВК.A comparative analysis of examples No. 2 and No. 3 to determine the thermal resistance of the two studied sections of EVTI with the same external influences on these sections showed that in example No. 3 R euti turned out to be an order of magnitude smaller than in example No. 2, which may be due to imperfect installation technology EVTI package on the spacecraft surface (for example, the permissible density of the EVTI screens was exceeded). Thus, these TWI results make it possible to identify defects in individual sections of the EVTI, to improve the design and assembly technology of the EVTI with the further development of the STR satellite in the TVK.

Применение предлагаемого способа определения термического сопротивления ЭВТИ системы терморегулирования КА при ТВИ позволяет:The application of the proposed method for determining the thermal resistance of the EVTI thermal control system of the spacecraft with TVI allows:

1) контролировать величину местного термического сопротивления ЭВТИ в условиях наземной отработки СТР космического аппарата в ТВК;1) to control the value of the local thermal resistance of the EVTI in the conditions of ground testing of the spacecraft in the TCE;

2) осуществлять контроль термического сопротивления ЭВТИ на искривленных поверхностях КА с учетом особенностей его конфигурации;2) to control the thermal resistance of EVTI on the curved surfaces of the spacecraft, taking into account the features of its configuration;

3) использовать результаты ТВИ при анализе влияния на термическое сопротивление ЭВТИ остаточного газа в ЭВТИ и процесса его дренирования при выходе СТР на рабочий режим;3) use the results of TWI in the analysis of the effect on the thermal resistance of the EVTI of the residual gas in the EVTI and the process of its drainage when the STP enters the operating mode;

4) выявлять дефекты отдельных участков ЭВТИ, совершенствовать конструктивное исполнение, технологию сборки ЭВТИ и установки ее на КА при отработке СТР космического аппарата в тепловакуумной камере;4) to identify defects in individual sections of the EVTI, to improve the design, the technology of assembly of the EVTI and its installation on the spacecraft during the development of the STR of the spacecraft in a thermal vacuum chamber;

5) автоматизировать процесс определения термического сопротивления ЭВТИ, используя информацию поступающую с соответствующих датчиков температуры.5) automate the process of determining the thermal resistance of EVTI, using the information received from the corresponding temperature sensors.

Источники информацииInformation sources

1. О.Б.Андрейчук, Н.Н.Малахов. Тепловые испытания космических аппаратов. М.: Машиностроение. 1982.1. O. B. Andreychuk, N. N. Malakhov. Thermal tests of spacecraft. M .: Engineering. 1982.

2. Физические величины. Справочник под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. М.: Энергоатомиздат. 1991.2. Physical quantities. Handbook Ed. I.S. Grigorieva, E.Z. Meilikhova. M .: Energoatomizdat. 1991.

3. И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука. 1986.3. I.N. Bronstein, K. A. Semendyaev. Handbook of mathematics for engineers and students of technical schools. M .: Science. 1986.

Claims (1)

Способ определения термического сопротивления экранно-вакуумной теплоизоляции системы терморегулирования космического аппарата при тепловакуумных испытаниях, включающий измерение температур внешних слоев экранно-вакуумной теплоизоляции T1 и Т2 в установившемся тепловом состоянии системы, измерение при T1≠Т2 равновесных температур Tч и Тик рабочих поверхностей приемников лучистой энергии, один из которых обладает высокой поглощательной способностью теплового излучения, близкой к поглощательной способности абсолютно черного тела, а другой - низкой поглощательной способностью излучения в видимой области спектра с коэффициентом поглощения As<(0,l-0,2), при этом приемники лучистой энергии устанавливают в районе исследуемого участка экранно-вакуумной теплоизоляции, а термическое сопротивление экранно-вакуумной теплоизоляции Rэвти определяют по формуле
Figure 00000028

где εэвти и АSэвти - степень черноты и коэффициент поглощения солнечной энергии наружной поверхностью внешнего слоя экранно-вакуумной теплоизоляции;
ε - степень черноты рабочей поверхности приемника лучистой энергии с низкой поглощательной способностью излучения в видимой области спектра;
σ - постоянная Стефана-Больцмана.
A method for determining the thermal resistance of the screen-vacuum thermal insulation of the spacecraft thermal control system during thermal vacuum tests, including measuring the temperatures of the outer layers of the screen-vacuum thermal insulation T 1 and T 2 in the steady state thermal system, measuring at T 1 ≠ T 2 the equilibrium temperatures T h and T ik working surfaces of radiant energy receivers, one of which has a high absorption capacity of thermal radiation, close to the absorption capacity of absolutely black and, the other - a low absorbance of radiation in the visible region of the spectrum with an absorption coefficient A s <(0, l-0,2), wherein the radiant energy receivers is set in the vicinity of the test site screen-vacuum thermal insulation and thermal resistance screen-vacuum thermal insulation R euti is determined by the formula
Figure 00000028

where ε euti and A Seuti - degree of blackness and absorption coefficient of solar energy by the outer surface of the outer layer of the screen-vacuum thermal insulation;
ε is the degree of blackness of the working surface of the receiver of radiant energy with low absorption of radiation in the visible region of the spectrum;
σ is the Stefan-Boltzmann constant.
RU2006131241/11A 2006-08-30 2006-08-30 Method of determining thermal resistance of spacecraft temperature control vacuum shield thermal insulation system for thermal-vacuum tests RU2355608C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006131241/11A RU2355608C2 (en) 2006-08-30 2006-08-30 Method of determining thermal resistance of spacecraft temperature control vacuum shield thermal insulation system for thermal-vacuum tests

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006131241/11A RU2355608C2 (en) 2006-08-30 2006-08-30 Method of determining thermal resistance of spacecraft temperature control vacuum shield thermal insulation system for thermal-vacuum tests

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006131241A RU2006131241A (en) 2008-03-10
RU2355608C2 true RU2355608C2 (en) 2009-05-20

Family

ID=39280451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006131241/11A RU2355608C2 (en) 2006-08-30 2006-08-30 Method of determining thermal resistance of spacecraft temperature control vacuum shield thermal insulation system for thermal-vacuum tests

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2355608C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130128914A1 (en) * 2009-11-13 2013-05-23 Airbus Operations Limited Thermal test apparatus and method
RU2526406C1 (en) * 2013-02-26 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method of heat tests of instrument compartment of aircraft
CN106872195A (en) * 2017-01-06 2017-06-20 北京临近空间飞行器系统工程研究所 A kind of association analysis method of high-speed aircraft Aerodynamic Heating test flight data
CN110171584A (en) * 2019-06-19 2019-08-27 上海微小卫星工程中心 Vacuum thermal test method for mass production of satellite constellation system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113859574B (en) * 2020-06-30 2024-01-05 北京振兴计量测试研究所 Unmanned aerial vehicle optical load performance detection device and method in flight state

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130128914A1 (en) * 2009-11-13 2013-05-23 Airbus Operations Limited Thermal test apparatus and method
US9164050B2 (en) * 2009-11-13 2015-10-20 Airbus Operations Limited Thermal test apparatus and method
RU2526406C1 (en) * 2013-02-26 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method of heat tests of instrument compartment of aircraft
CN106872195A (en) * 2017-01-06 2017-06-20 北京临近空间飞行器系统工程研究所 A kind of association analysis method of high-speed aircraft Aerodynamic Heating test flight data
CN106872195B (en) * 2017-01-06 2019-04-09 北京临近空间飞行器系统工程研究所 A kind of association analysis method of high-speed aircraft Aerodynamic Heating test flight data
CN110171584A (en) * 2019-06-19 2019-08-27 上海微小卫星工程中心 Vacuum thermal test method for mass production of satellite constellation system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006131241A (en) 2008-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Luo Effects of radiation on temperature measurement in a fire environment
RU2355608C2 (en) Method of determining thermal resistance of spacecraft temperature control vacuum shield thermal insulation system for thermal-vacuum tests
Abdullah et al. Thermal performance of flat plate solar collector using various arrangements of compound honeycomb
Manz et al. Series of experiments for empirical validation of solar gain modeling in building energy simulation codes—Experimental setup, test cell characterization, specifications and uncertainty analysis
Wickström The plate thermometer-a simple instrument for reaching harmonized fire resistance tests
Rashid et al. Measuring thickness of marine ice using IR thermography
de Podesta et al. Air temperature sensors: dependence of radiative errors on sensor diameter in precision metrology and meteorology
Gliah et al. The effective sky temperature: an enigmatic concept
Chou et al. A study on the effects of double skin façades on the energy management in buildings
Keltner Heat flux measurements: theory and applications
Marinoski et al. Development of a calorimeter for determination of the solar factor of architectural glass and fenestrations
François et al. Estimation of the thermal resistance of a building wall with inverse techniques based on rapid active in situ measurements and white-box or ARX black-box models
Liu et al. Development and sensitivity study of a simplified and dynamic method for double glazing facade and verified by a full-scale façade element
Tripathy et al. Determination of temperature dependent drying parameters for potato cylinders and slices during solar drying
Grinzato et al. R-value estimation by local thermographic analysis
Lewandowski et al. Quantitative study of free convective heat losses from thermodynamic partitions using Thermal Imaging
Caron et al. In-situ heat loss measurements of parabolic trough receivers based on transient infrared thermography
Marinoski et al. Improvement of a measurement system for solar heat gain through fenestrations
Perez-Grande et al. Thermal design of the air temperature sensor (ATS) and the thermal InfraRed sensor (TIRS) of the Mars environmental dynamics analyzer (MEDA) for Mars 2020
Vavilov How accurate is the IR thermographic evaluation of heat losses from buildings?
D'Alessandro et al. Calorimetric testing of solar thermal absorbers for high vacuum flat panels
White et al. Laboratory-based predictions of weathering in outdoor environments over the entire degradation pathway
Bigot et al. Thermal performance of photovoltaic systems integrated in buildings
RU2486497C1 (en) Plant for testing of aircraft thermal protection
Keltner et al. Defining the thermal environment in fire tests

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 14-2009 FOR TAG: (57)

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160831