RU2402002C1 - Method of monitoring airtightness of hydraulic system filled with working medium for controlling temperature of manned spacecraft, fitted with hydropneumatic compensator of temperature change of volume of working medium - Google Patents
Method of monitoring airtightness of hydraulic system filled with working medium for controlling temperature of manned spacecraft, fitted with hydropneumatic compensator of temperature change of volume of working medium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2402002C1 RU2402002C1 RU2009112680/28A RU2009112680A RU2402002C1 RU 2402002 C1 RU2402002 C1 RU 2402002C1 RU 2009112680/28 A RU2009112680/28 A RU 2009112680/28A RU 2009112680 A RU2009112680 A RU 2009112680A RU 2402002 C1 RU2402002 C1 RU 2402002C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working fluid
- volume
- working medium
- compensator
- hydropneumatic compensator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к космической технике, конкретно, к способам контроля герметичности заправленных рабочими телами гидравлических систем терморегулирования пилотируемых (или посещаемых экипажем) космических объектов, снабженных гидропневматическим компенсатором температурного изменения объема рабочего тела. Предлагаемый способ может быть применен как в полете, так и во время наземной подготовки, и в процессе хранения упомянутых космических объектов, гидравлические системы которых заправлены рабочими телами.The invention relates to space technology, in particular, to methods for monitoring the tightness of hydraulic systems of thermoregulation of manned (or visited by the crew) space objects filled with working fluid, equipped with a hydropneumatic compensator for temperature changes in the volume of the working fluid. The proposed method can be applied both in flight and during ground preparation, and during storage of the mentioned space objects, the hydraulic systems of which are charged with working fluids.
Изобретение может быть использовано на предприятиях ракетно-космической промышленности, а также в других отраслях машиностроения, где традиционные методы контроля герметичности заправленных рабочими телами гидравлических систем различного назначения, снабженных гидропневматическими компенсаторами или их аналогами, такие как гидростатический, манометрический, люминесцентный и другие, не могут быть использованы по тем или иным причинам.The invention can be used at the enterprises of the rocket and space industry, as well as in other engineering industries, where traditional methods for checking the tightness of hydraulic systems for various purposes filled with working fluid, equipped with hydro-pneumatic compensators or their analogs, such as hydrostatic, manometric, luminescent and others, cannot be used for one reason or another.
Герметичность (соответствие потерь рабочего тела в единицу времени или наоборот натекание внешней среды в рабочее тело нормативным значениям) гидравлических систем терморегулирования космических объектов самого широкого назначения является одним из основных технических параметров, позволяющим давать прогноз на их дальнейшую работоспособность как в полете, так и в период подготовки или длительного хранения заправленных систем в наземных условиях.Tightness (correspondence of losses of the working fluid per unit time, or vice versa, leakage of the external environment into the working fluid to the normative values) of hydraulic systems for thermoregulation of space objects of the broadest purpose is one of the main technical parameters that allows predicting their further performance both in flight and during preparation or long-term storage of refueling systems in ground conditions.
Поэтому способы (методы) точного и объективного контроля герметичности заправленных гидравлических систем, позволяющие определять фактические потери рабочего тела или степень их соответствия установленным нормативам, имеют важное значение, так как во многом могут определить дальнейшую судьбу конкретного космического объекта.Therefore, the methods (methods) of accurate and objective control of the tightness of charged hydraulic systems, which allow determining the actual losses of the working fluid or the degree of their compliance with established standards, are important, since they can largely determine the fate of a specific space object.
Как известно, (см., например, [1], стр.73-76 или [2], стр.445), основу гидравлических систем терморегулирования пилотируемых космических объектов составляют замкнутые гидравлические контуры, трубопроводные магистрали которых размещены как в обитаемых герметичных отсеках, так и в других, недоступных для наземного обслуживающего персонала и экипажа местах (непосещаемые герметичные приборные отсеки, негерметичные агрегатные отсеки, наружная поверхность корпусов отсеков, закрытая теплоизоляцией, и т.п.). Каждый такой гидравлический контур заправлен рабочим телом, которое производит сбор, перенос и передачу тепла агрегатам, обеспечивающим его удаление из космического объекта.As you know, (see, for example, [1], pp. 73-76 or [2], p. 445), the basis of hydraulic systems for thermal control of manned space objects is closed hydraulic circuits, the pipelines of which are located as in inhabited airtight compartments, and in other places inaccessible to ground maintenance personnel and crew (unvisited hermetic instrument compartments, leaky aggregate compartments, the outer surface of the compartment housings, covered by thermal insulation, etc.). Each such hydraulic circuit is charged with a working fluid, which collects, transfers and transfers heat to units that ensure its removal from the space object.
Для компенсации температурного изменения объема (температурной деформации) рабочего тела такие системы обычно снабжаются гидропневматическими компенсаторами изменения объема рабочего тела. Компенсатор представляет собой сферическую или цилиндрическую емкость, герметично разделенную на две полости - жидкостную и газовую - подвижным разделителем сред. В качестве таких разделителей используют эластичную резиновую мембрану или объемный металлический сильфон с большим линейным удлинением. Жидкостная полость компенсатора гидравлически подключается к гидравлической магистрали системы, а газовая полость - заправляется азотом или воздухом с определенным давлением. Компенсация температурной деформации рабочего тела обеспечивается за счет перемещения разделителя сред и сжатия (расширения) газа в газовой полости компенсатора, которое сопровождается соответствующим изменением давления в гидравлической системе.To compensate for temperature changes in the volume (temperature deformation) of the working fluid, such systems are usually equipped with hydropneumatic compensators for changes in the volume of the working fluid. The compensator is a spherical or cylindrical container, hermetically divided into two cavities - liquid and gas - a movable media separator. As such separators, an elastic rubber membrane or a bulk metal bellows with a large linear elongation is used. The liquid cavity of the compensator is hydraulically connected to the hydraulic line of the system, and the gas cavity is charged with nitrogen or air with a certain pressure. Compensation of temperature deformation of the working fluid is ensured by moving the media separator and compressing (expanding) the gas in the gas cavity of the compensator, which is accompanied by a corresponding change in pressure in the hydraulic system.
Особенностью гидравлических систем терморегулирования пилотируемых космических объектов является то, что значительная часть гидравлических магистралей и агрегатов этих систем расположена и эксплуатируется в атмосфере обитаемых отсеков. Другая часть гидромагистралей и агрегатов систем расположена и эксплуатируется в негерметичных агрегатных и приборных отсеках в условиях окружающего космический объект вакуума.A feature of the hydraulic thermal control systems of manned space objects is that a significant part of the hydraulic lines and units of these systems is located and operated in the atmosphere of inhabited compartments. The other part of the hydraulic lines and system units is located and operated in leaky aggregate and instrument compartments in the conditions of a vacuum surrounding a space object.
С учетом того что с целью обеспечения безопасности экипажа рабочее давление в гидравлических магистралях, расположенных внутри обитаемых отсеков, поддерживается на уровне, меньшем, чем давление атмосферы отсеков, внутрь систем будет постепенно натекать воздух. В то же время из гидравлических магистралей, расположенных в негерметичных отсеках, будет происходить потеря рабочего тела.Given that in order to ensure crew safety, the working pressure in the hydraulic lines located inside the inhabited compartments is maintained at a level lower than the pressure of the compartments atmosphere, air will gradually flow into the systems. At the same time, from the hydraulic lines located in the leaky compartments, the loss of the working fluid will occur.
Условия плотной компоновки таких систем и их размещение на космических объектах практически исключают возможность применения гидростатического и люминесцентного методов контроля герметичности (они могут применяться лишь в обитаемых отсеках в очень ограниченном объеме и давать лишь качественное представление о местной негерметичности какой-либо гидравлической магистрали без количественной оценки потерь рабочего тела). Подробно о методах испытаний на герметичность заправленных рабочими телами гидравлических систем см. [3], стр.195-233.The tight arrangement conditions of such systems and their placement on space objects practically exclude the possibility of using hydrostatic and luminescent methods of tightness control (they can be used only in inhabited compartments in a very limited volume and give only a qualitative idea of the local leakage of any hydraulic line without a quantitative assessment of losses working fluid). For details on the methods of leak testing of hydraulic systems filled with working fluid, see [3], pp. 195-233.
Известен манометрический метод контроля герметичности заправленных рабочими телами гидравлических систем, приведенный в [3], стр.205. Метод предполагает измерение давления рабочих тел с помощью манометров и определение темпа его снижения (повышения) за определенное время. Эта величина является нормативной и косвенно подтверждает заданную герметичность системы. Метод широко применяется в авиационной и ракетно-космической промышленности.Known manometric method for monitoring the tightness of hydraulic systems filled with working fluid, given in [3], p.205. The method involves measuring the pressure of the working fluid using pressure gauges and determining the rate of decrease (increase) over a certain time. This value is normative and indirectly confirms the given tightness of the system. The method is widely used in the aviation and rocket and space industry.
Метод имеет следующие недостатки:The method has the following disadvantages:
- метод не позволяет напрямую определять конкретную величину потери рабочего тела из системы (весовую или объемную) в единицу времени, а дает возможность лишь косвенно судить о ней по скорости снижения давления за контролируемое время;- the method does not allow you to directly determine the specific value of the loss of the working fluid from the system (weight or volume) per unit time, but makes it possible only indirectly to judge it by the rate of pressure drop over a controlled time;
- метод не учитывает изменение давления в системе за счет изменения среднемассовой температуры рабочего тела, которое может быть значительным при работе системы в широком диапазоне температур. Это, во-первых, снижает чувствительность метода, а во-вторых, не дает возможность точно осуществлять временную привязку момента начала нештатного изменения давления в случае разгерметизации системы;- the method does not take into account the change in pressure in the system due to changes in the mass-average temperature of the working fluid, which can be significant when the system operates in a wide temperature range. This, firstly, reduces the sensitivity of the method, and secondly, it does not make it possible to accurately time the start of an abnormal pressure change in the event of a depressurization of the system;
- чувствительность (точность) метода зависит от объема системы и рабочего диапазона манометра (измерительного прибора), поэтому чем больше объем рабочего тела в системе и чем выше рабочее давление, тем хуже чувствительность метода.- the sensitivity (accuracy) of the method depends on the volume of the system and the operating range of the manometer (measuring device), therefore, the greater the volume of the working fluid in the system and the higher the working pressure, the worse the sensitivity of the method.
Известен способ контроля герметичности заправленной теплоносителем гидравлической системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором, защищенный патентом Российской Федерации №2246102. Способ принят автором за прототип.A known method of monitoring the tightness of a hydraulic fluid temperature-controlled system of a spacecraft, equipped with a hydropneumatic compensator, is protected by the patent of the Russian Federation No. 2246102. The method adopted by the author for the prototype.
Способ основан на измерении текущих параметров системы и сравнении их с результатами предшествующих измерений. Способ предусматривает периодическое измерение свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора при одной и той же среднемассовой температуре теплоносителя (рабочего тела) и при выполнении соотношенияThe method is based on measuring the current parameters of the system and comparing them with the results of previous measurements. The method provides for periodic measurement of the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator at the same mass-average temperature of the coolant (working fluid) and when the ratio
Vi - свободный объем газовой полости гидропневматического компенсатора при i-ом измерении;V i is the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator in the i-th measurement;
Vi+1 - свободный объем газовой полости гидропневматического компенсатора при следующем измерении;V i + 1 is the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator in the next measurement;
n - временной интервал между i-ым и i+1 измерениями;n is the time interval between the i-th and i + 1 measurements;
φ - нормативная величина объемной потери теплоносителя (рабочего тела) из системы в единицу времени,φ is the standard value of the volumetric loss of the coolant (working fluid) from the system per unit time,
позволяет сделать заключение о соответствии герметичности системы нормативному значению, а по разнице свободных объемов газовых полостей гидропневматического компенсатора, полученных при (i+1)-м и i-ом измерениями, отнесенной к временному интервалу между этими измерениями, позволяет определить фактические потери теплоносителя (рабочего тела) из системы в единицу времени.allows us to conclude that the tightness of the system corresponds to the standard value, and the difference in the free volumes of the gas cavities of the hydropneumatic compensator obtained with the (i + 1) th and i-th measurements, referred to the time interval between these measurements, allows you to determine the actual loss of coolant (working body) from the system per unit of time.
Способ обеспечивает необходимую точность контроля для систем терморегулирования, гидравлические магистрали, агрегаты и элементы которых размещены в негерметичных отсеках (например, наружные гидравлические контуры), когда натекание воздуха из внешней среды внутрь гидравлических магистралей отсутствует.The method provides the necessary control accuracy for thermal control systems, hydraulic lines, units and elements of which are located in leaky compartments (for example, external hydraulic circuits), when there is no leakage of air from the external environment into the hydraulic lines.
Способ также обеспечивает необходимую точность контроля герметичности систем терморегулирования космических объектов с коротким сроком эксплуатации (до 5-6 месяцев), когда натекание воздуха в гидромагистрали не приводит к изменению объема рабочего тела за счет растворения в нем воздуха.The method also provides the necessary accuracy of the tightness control of the thermal control systems of space objects with a short lifetime (up to 5-6 months), when air leakage in the hydraulic line does not lead to a change in the volume of the working fluid due to the dissolution of air in it.
Для систем терморегулирования, расположенных внутри обитаемых отсеков, этот способ по прошествии определенного времени (для применяемых в настоящее время рабочих тел) начинает давать очень большую ошибку. Это обусловлено тем, что натекающий в гидромагистрали воздух со временем перестает растворяться в рабочем теле без увеличения объема последнего и начинает накапливаться в нем в виде свободных газовых включений, постепенно вытесняя рабочее тело в гидропневматический компенсатор. Поступление рабочего тела в жидкостную полость компенсатора приводит, в свою очередь, к перемещению разделителя сред компенсатора, уменьшая тем самым объем газовой полости компенсатора. Поскольку объем рабочего тела, поступивший в компенсатор в течение определенного времени, может быть соизмерим с потерями рабочего тела за то же время в негерметичных отсеках, способ не позволяет определить фактическую потерю рабочего тела из системы и сделать достоверное заключение о герметичности системы.For thermal control systems located inside the inhabited compartments, this method after a certain time (for currently used working bodies) begins to give a very big mistake. This is due to the fact that the air flowing into the hydraulic line ceases to dissolve in the working fluid over time without increasing the volume of the latter and begins to accumulate in it in the form of free gas inclusions, gradually displacing the working fluid into the hydropneumatic compensator. The arrival of the working fluid in the liquid cavity of the compensator leads, in turn, to the movement of the separator of the medium of the compensator, thereby reducing the volume of the gas cavity of the compensator. Since the volume of the working fluid, which entered the compensator for a certain time, can be commensurate with the loss of the working fluid at the same time in the leaky compartments, the method does not allow to determine the actual loss of the working fluid from the system and to make a reliable conclusion about the tightness of the system.
Подобную ошибку в определении фактических потерь рабочего тела из системы вносят и температурные деформации рабочего тела, если по каким-либо причинам контроль герметичности системы (измерение свободного объема газовой полости компенсатора) проводится при среднемассовой температуру рабочего тела, не совпадающей с аналогичной температурой рабочего тела при предыдущем контроле герметичности.A similar error in determining the actual losses of the working fluid from the system is introduced by the temperature deformations of the working fluid, if for some reason the system tightness control (measurement of the free volume of the compensator's gas cavity) is carried out at a mass-average temperature of the working fluid that does not coincide with the similar temperature of the working fluid in the previous tightness control.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности контроля герметичности заправленной рабочим телом гидравлической системы терморегулирования пилотируемого космического объекта при изменении свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора вследствие натекания воздуха внутрь системы за счет определения количества воздуха, натекающего в систему, и учета изменения объема рабочего тела в системе в зависимости от текущей среднемассовой температуры рабочего тела.The objective of the present invention is to improve the accuracy of the tightness control of the hydraulic system controlled by the working fluid of the manned space object when the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator changes due to air leakage into the system by determining the amount of air flowing into the system and taking into account the change in the volume of the working fluid in the system depending from the current mass average temperature of the working fluid.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе контроля герметичности заправленной рабочим телом гидравлической системы терморегулирования пилотируемого космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором, включающем периодическое измерение свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора и среднемассовой температуры рабочего тела с определением фактической потери рабочего тела из системы в единицу времени по разности измеренных объемов, отнесенной к временному интервалу телом, непосредственно после заправки системы рабочим телом измеряют контрольный свободный объем газовой полости гидропневматического компенсатора системы и количество нерастворенного воздуха в рабочем теле, а затем при каждом периодическом измерении свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора дополнительно измеряют объем нерастворенного воздуха в рабочем теле системы, а потери рабочего тела из системы в единицу времени определяются из соотношенияThe problem is solved in that in the known method for checking the tightness of a hydraulic system controlled by a working fluid of a thermally controlled manned spacecraft equipped with a hydropneumatic compensator, including periodic measurement of the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator and the mass-average temperature of the working fluid with determining the actual loss of the working fluid from the system per unit time by the difference of the measured volumes, referred to the time interval by the body, n immediately after filling the system with the working fluid, the control free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator of the system and the amount of undissolved air in the working fluid are measured, and then, at each periodic measurement of the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator, the volume of undissolved air in the working fluid of the system is additionally measured, and the losses of the working fluid from systems per unit time are determined from the relation
Vn - потери рабочего тела из системы в единицу времени;V n - loss of the working fluid from the system per unit time;
β - коэффициент температурного изменения объема рабочего тела;β is the coefficient of temperature change in the volume of the working fluid;
τ - временный интервал между i-ом и (i+1) -ом измерениями, при этом дополнительно определяют натекание воздуха в систему в единицу времени из соотношенияτ is the time interval between the i-th and (i + 1) -th measurements, while the leakage of air into the system per unit time is additionally determined from the relation
VB - объем воздуха, натекающий в систему в единицу времени, а соответствие фактической негерметичности системы нормативному значению окончательно определяют из соотношения Vn +VB≤φn, гдеV B is the volume of air flowing into the system per unit time, and the correspondence of the actual leakage of the system to the standard value is finally determined from the relation V n + V B ≤φ n , where
φn - нормативная величина объемной негерметичности системы,φ n is the standard value of the volumetric leakage of the system,
и при выполнении этого неравенства делают заключение о герметичности системы.and when this inequality is fulfilled, they conclude that the system is leakproof.
Технический результат при использовании предложенного способа контроля герметичности заправленной рабочим телом гидравлической системы терморегулирования пилотируемого космического объекта, снабженной гидропневматическим компенсатором, достигается за счет того, что в отличие от прототипа определение фактической потери рабочего тела из системы в единицу времени производится с учетом одновременного натекания воздуха в систему, а также с учетом изменения объема газовой полости гидропневматического компенсатора за счет температурной деформации объема рабочего тела в системе.The technical result when using the proposed method for checking the tightness of a hydraulic system controlled by a working fluid of a manned spacecraft thermoregulation equipped with a hydropneumatic compensator is achieved due to the fact that, in contrast to the prototype, the actual loss of the working fluid from the system per unit time is determined taking into account the simultaneous leakage of air into the system , as well as taking into account changes in the volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator due to temperatures oh deformation working fluid volume in the system.
Практическую реализацию предложенного метода контроля герметичности рассмотрим на примере заправленной рабочим телом гидравлической системы терморегулирования одного из перспективных обитаемых модулей, разрабатываемого в России для Международной космической станции. Специфика наземной подготовки модуля к работе на орбите предусматривает заправку его системы рабочим телом на заводе-изготовителе и длительное (до одного года) использование этой системы для термостатирования аппаратуры модуля (вся аппаратура модуля устанавливается на контактных теплообменниках (термопластах), через которые прокачивается рабочее тело системы) в процессе наземной подготовки и испытаний.We will consider the practical implementation of the proposed method for tightness control using the hydraulic temperature control system of one of the promising inhabited modules that is being developed in Russia for the International Space Station and is filled with a working fluid. The specifics of the ground preparation of the module for work in orbit provides for the filling of its system with a working fluid at the manufacturer and the long-term (up to one year) use of this system for thermostating of the module equipment (all module equipment is installed on contact heat exchangers (thermoplastics) through which the working fluid of the system is pumped ) in the process of ground preparation and testing.
Таким образом, контроль герметичности заправленной системы начинается с момента заправки ее рабочим телом и продолжается до конца срока штатной эксплуатации модуля.Thus, the tightness control of a charged system begins from the moment of filling it with a working fluid and continues until the end of the normal operation of the module.
Поэтому сразу после заправки системы рабочим телом проводится контрольное измерение свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора системы и количества нерастворенного воздуха в рабочем теле с одновременным измерением среднемассовой температуры рабочего тела. Измерение свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора проводится, например, методом эталонной емкости. Описание метода измерения объемов с помощью эталонной емкости приведено, например, в [4] и [5].Therefore, immediately after filling the system with a working fluid, a control measurement of the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator of the system and the amount of undissolved air in the working fluid is carried out with simultaneous measurement of the mass-average temperature of the working fluid. The measurement of the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator is carried out, for example, by the method of the reference capacitance. A method for measuring volumes using a reference capacitance is described, for example, in [4] and [5].
Измерение количества нерастворенного воздуха в рабочем теле проводят, например, по способу, защищенному патентом РФ №2304072 или, например, по способу, при котором измерение объема газовой полости гидропневматического компенсатора методом эталонной емкости выполняют дважды при одном и том же преимущественно статическом рабочем давлении в газовой полости гидропневматического компенсатора и исходных давлениях в эталонной емкости, которые находятся внутри диапазона допустимого рабочего давления, но отличаются друг от друга и от исходного давления в газовой полости гидропневматического компенсатора, по крайней мере, на суммарную величину давления, соответствующего жесткости разделителя сред гидропневматического компенсатора, и погрешности средств измерения и контроля давления. После этого величину суммарного объема воздуха в рабочем теле гидравлической системы определяют из соотношенияThe measurement of the amount of undissolved air in the working fluid is carried out, for example, by the method protected by RF patent No. 2304072 or, for example, by the method in which the measurement of the volume of the gas cavity of a hydropneumatic compensator by the reference capacity method is performed twice at the same predominantly static working pressure in the gas the cavity of the hydropneumatic compensator and the initial pressure in the reference tank, which are within the range of permissible operating pressure, but differ from each other and from the original pressure in the gas cavity of the hydropneumatic compensator, at least by the total pressure corresponding to the stiffness of the media separator of the hydropneumatic compensator, and the error of the measuring and pressure control devices. After that, the value of the total air volume in the working fluid of the hydraulic system is determined from the ratio
VВ - суммарный объем воздуха в рабочем теле гидравлической системы;V In - the total volume of air in the working fluid of the hydraulic system;
VЭЕ - объем эталонной емкости;V EE - the volume of the reference capacity;
P1 - исходное давление рабочего тела в газовой полости гидропневматического компенсатора при первом и втором измерениях;P 1 - the initial pressure of the working fluid in the gas cavity of the hydropneumatic compensator in the first and second measurements;
P2 - установившееся давление воздуха в объединенном объеме - газовая полость гидропневматического компенсатора плюс эталонная емкость - при первом измерении;P 2 - steady-state air pressure in the combined volume - the gas cavity of the hydropneumatic compensator plus a reference capacity - during the first measurement;
P3 - установившееся давление воздуха в объединенном объеме - газовая полость гидропневматического компенсатора плюс эталонная емкость при втором измерении.P 3 - steady-state air pressure in the combined volume - the gas cavity of the hydropneumatic compensator plus a reference capacity in the second measurement.
Измерение среднемассовой температуры рабочего тела проводят, например, с помощью температурных датчиков наземной системы контроля параметров модуля, установленных на трубопроводах в различных точках системы. Сигналы с датчиков транслируются в наземный компьютер, где по заданной программе рассчитывается среднемассовая температура рабочего тела, значение которой записывается в память компьютера и может быть выведено на его монитор. В память компьютера также записывается каждое рассчитанное значение свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора, а также исходный объем рабочего тела, заправленного в систему, и коэффициент объемного расширения рабочего тела. При длительном нахождении модуля в хранилище за среднемассовую температуру рабочего тела системы принимают среднюю температуру воздуха в хранилище, при этом показания датчиков температуры воздуха также автоматически вводятся в память компьютера.Measurement of the mass-average temperature of the working fluid is carried out, for example, using temperature sensors of the ground-based system for monitoring the parameters of the module installed on pipelines at various points in the system. The signals from the sensors are transmitted to a ground computer, where, according to a given program, the average mass temperature of the working fluid is calculated, the value of which is recorded in the computer's memory and can be displayed on its monitor. Each calculated value of the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator, as well as the initial volume of the working fluid charged into the system, and the coefficient of volume expansion of the working fluid are also recorded in the computer's memory. When the module is in the storage for a long time, the average temperature of the working fluid is taken as the average temperature of the air in the storage, while the readings of air temperature sensors are also automatically entered into the computer's memory.
После завершения наземной подготовки модуля все необходимые исходные данные, используемые для дальнейшего контроля герметичности системы в полете, включая дату и время первой операции контроля, исходное значение свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора и т.п., перезаписываются в память бортовой вычислительной системы.After completion of the ground preparation of the module, all the necessary initial data used to further control the tightness of the system in flight, including the date and time of the first control operation, the initial value of the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator, etc., are overwritten in the memory of the on-board computer system.
При наземной подготовке измерение свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора проводится с помощью наземного испытательного оборудования, включающего дренажно-заправочное приспособление, эталонную емкость, высокоточный манометр абсолютного давления (мановакуумметр), клапанно-распределительную аппаратуру, соединительные трубопроводы и т.п. Это оборудование с одной стороны подключается к расположенному снаружи модуля дренажному клапану газовой полости гидропневматического компенсатора, с другой стороны - к наземному источнику давления.During ground preparation, the measurement of the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator is carried out using ground-based testing equipment, including a drain-filling device, a reference capacity, a high-precision absolute pressure gauge (manovacuum meter), valve-distribution equipment, connecting pipelines, etc. On the one hand, this equipment is connected to the drainage valve of the gas cavity of the hydropneumatic compensator located outside the module, and on the other hand, to a ground pressure source.
Для осуществления этой операции в полете подобная система стационарно установлена в обитаемом отсеке модуля и связана через систему запорных клапанов с газовой полостью гидропневматического компенсатора системы терморегулирования. В качестве источника давления в системе используется бортовой компрессор.To carry out this operation in flight, such a system is permanently installed in the inhabited compartment of the module and connected through a system of shut-off valves to the gas cavity of the hydropneumatic compensator of the thermal control system. An on-board compressor is used as a pressure source in the system.
Для измерения среднемассовой температуры теплоносителя используется группа (10-15 шт.) телеметрических температурных датчиков. Датчики этой группы установлены как на трубопроводах системы терморегулирования, так и непосредственно в рабочем теле системы в различных точках.To measure the mass-average temperature of the coolant, a group (10-15 pcs.) Of telemetric temperature sensors is used. Sensors of this group are installed both on the pipelines of the temperature control system, and directly in the working fluid of the system at various points.
Сигналы с этой группы датчиков транслируются в бортовой вычислительный комплекс, где обрабатываются в соответствии с заданной программой. Результаты расчета среднемассовой температуры рабочего тела системы записываются в память бортового компьютера, при этом текущее значение среднемассовой температуры в любой момент, как и все результаты предыдущих измерений, может быть вызвано экипажем на монитор системного Laptop'a.Signals from this group of sensors are transmitted to the on-board computer complex, where they are processed in accordance with a given program. The results of calculating the mass-average temperature of the working fluid of the system are recorded in the memory of the on-board computer, and the current value of the mass-average temperature at any time, like all the results of previous measurements, can be called up by the crew on the monitor of the system Laptop.
В полете в назначенное время для контроля герметичности экипаж выключает систему терморегулирования и разгружает ее от штатного динамического давления, при этом давление рабочего тела будет равно статическому давлению в газовой полости гидропневматического компенсатора. После этого экипаж устанавливает в эталонной емкости, например, давление атмосферы обитаемого отсека (~ 730 мм рт.ст.), фиксирует это давление и статическое давление в системе, сообщает газовую полость гидропневматического компенсатора с эталонной емкостью и фиксирует установившееся давление. Далее в газовой полости гидропневматического компенсатора вновь устанавливается статическое рабочее давление воздуха, а в эталонной емкости устанавливают, например, давление 500 мм рт.ст. Затем вновь объединяют объемы газовой полости гидропневматического компенсатора и эталонной емкости, фиксируют установившееся давление в объединенном объеме. Затем все результаты измерений (статическое давление воздуха в газовой полости гидропневматического компенсатора при первом и втором измерениях; исходные значения давлений воздуха в эталонной емкости при первом и втором измерениях; установившееся давление в объединенном объеме -газовая полость гидропневматического компенсатора плюс эталонная емкость) вводят в бортовой компьютер и запускают программу контроля герметичности. Необходимые температурные параметры вводятся автоматически. В результате на мониторе системного Laptop'a экипаж получает следующую информацию:In flight at the appointed time to control the tightness, the crew turns off the temperature control system and unloads it from the standard dynamic pressure, while the pressure of the working fluid will be equal to the static pressure in the gas cavity of the hydropneumatic compensator. After that, the crew sets, for example, the atmospheric pressure of the inhabited compartment (~ 730 mm Hg) in the reference tank, fixes this pressure and the static pressure in the system, reports the gas cavity of the hydropneumatic compensator with the reference capacity and fixes the steady-state pressure. Then, in the gas cavity of the hydropneumatic compensator, the static working air pressure is again set, and, for example, a pressure of 500 mm Hg is set in the reference container. Then the volumes of the gas cavity of the hydropneumatic compensator and the reference capacitance are again combined, the steady-state pressure in the combined volume is fixed. Then, all measurement results (static air pressure in the gas cavity of the hydropneumatic compensator in the first and second measurements; initial values of air pressures in the reference tank in the first and second measurements; steady-state pressure in the combined volume is the gas cavity of the hydropneumatic compensator plus the reference tank) are entered into the on-board computer and run a leak control program. The required temperature parameters are entered automatically. As a result, the crew receives the following information on the system Laptop’s monitor:
- время проведения операции (календарная дата, текущее время, сутки полета экспедиции, сутки с начала первого контроля герметичности (на Земле);- time of the operation (calendar date, current time, day of the expedition flight, day from the beginning of the first leak test (on Earth);
- исходные параметры системы, заложенные в программу (нормативная величина объемной потери рабочего тела в единицу времени, исходный объем газовой полости гидропневматического компенсатора, объем заправленного в систему рабочего тела, коэффициент объемного расширения рабочего тела, исходная среднемассовая температура рабочего тела, объем эталонной емкости);- the initial parameters of the system included in the program (the standard value of the volume loss of the working fluid per unit time, the initial volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator, the volume of the working fluid charged into the system, the volume expansion coefficient of the working fluid, the initial mass-average temperature of the working fluid, the volume of the reference capacity);
- текущий свободный объем газовой полости гидропневматического компенсатора;- current free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator;
- текущий объем свободного воздуха в рабочем теле системы;- current volume of free air in the working fluid of the system;
- текущее значение среднемассовой температуры рабочего тела;- the current value of the mass-average temperature of the working fluid;
- свободный объем газовой полости гидропневматического компенсатора и объем воздуха в рабочем теле системы, полученные при предыдущем контроле герметичности;- the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator and the volume of air in the working fluid of the system obtained from the previous leak test;
- значение среднемассовой температуры рабочего тела во время предыдущего контроля герметичности;- the value of the mass-average temperature of the working fluid during the previous tightness control;
- время между текущим и предыдущим контролем герметичности;- time between the current and previous tightness control;
- текущую величину объемной потери рабочего тела в единицу временим;- the current value of the volumetric loss of the working fluid per unit time;
- текущую величину натекания воздуха в систему в единицу времени;- the current value of air leakage into the system per unit time;
- потери рабочего тела из системы за все время эксплуатации;- loss of the working fluid from the system for the entire period of operation;
- остаток рабочего тела в компенсаторе;- the remainder of the working fluid in the compensator;
- заключение о герметичности (негерметичности) системы;- a conclusion on the tightness (leakage) of the system;
- номер экспедиции, фамилии членов экипажа.- expedition number, names of crew members.
В случае если фактическая негерметичность системы превышает нормативное значение, экипаж также получает прогноз по времени дальнейшей нормальной эксплуатации системы.If the actual leakage of the system exceeds the standard value, the crew also receives a forecast on the time for further normal operation of the system.
После завершения операции контроля герметичности экипаж с помощью бортового компрессора и манометра восстанавливает в гидропневматическом компенсаторе системы номинальное рабочее давление, соответствующее измеренной среднемассовой температуре рабочего тела, и включает систему.After completing the tightness control operation, the crew, using the on-board compressor and manometer, restores the nominal working pressure in the hydropneumatic compensator of the system, corresponding to the measured average mass temperature of the working fluid, and turns on the system.
Таким образом, совокупность новых признаков, отсутствующих в известных технических решениях, позволяет достичь нового технического результата, который в материально-техническом отношении позволяет получить значительный эффект, т.к.Thus, the combination of new features that are absent in the known technical solutions, allows to achieve a new technical result, which in material and technical terms allows to obtain a significant effect, because
- значительно (по экспертной оценке на 30-40%) повышается точность контроля герметичности системы за счет учета изменения свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора, вызванного натеканием воздуха в систему, а также за счет температуры деформации рабочего тела;- significantly (according to expert estimates by 30-40%), the accuracy of monitoring the tightness of the system increases due to taking into account changes in the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator caused by air leakage into the system, as well as due to the temperature of deformation of the working fluid;
- при наземной подготовке космического объекта способ позволяет отказаться от использования наземной жидкостной термостатирующей установки для приведения температуры рабочего тела к исходному температурному уровню и дает возможность проводить контроль герметичности системы при любой температуре рабочего тела, т.к. изменение свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора за счет изменения температуры рабочего тела учитывается в технологии контроля герметичности. Это существенно снижает стоимость наземного испытательного оборудования, используемого в ходе контроля герметичности;- when ground preparation of a space object, the method allows you to abandon the use of ground-based liquid thermostatic installation to bring the temperature of the working fluid to the original temperature level and makes it possible to control the tightness of the system at any temperature of the working fluid, because the change in the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator due to changes in the temperature of the working fluid is taken into account in the technology of tightness control. This significantly reduces the cost of ground-based testing equipment used during leak testing;
- по той же причине при контроле герметичности заправленной системы в составе космического объекта, находящегося в хранилище, не требуется изменение температурно-влажностного режима воздуха, не требуется оснащение хранилища наземной системой контроля параметров космического объекта;- for the same reason, when monitoring the tightness of a refueling system as part of a space object in a storage, it is not necessary to change the temperature and humidity of the air, it is not necessary to equip the storage with a ground-based control system for the parameters of the space object;
- в ходе полета не требуется перенастройка режимов работы системы терморегулирования космического объекта для приведения температуры рабочего тела к исходному температурному уровню, при котором проводились предыдущие измерения, с соответствующим изменением программы полета. Это упрощает планирование работ на объекте и позволяет выполнять контроль герметичности в любое удобное по программе полета и для экипажа время;- during the flight, the reconfiguration of the operating conditions of the system of thermal control of the space object is not required to bring the temperature of the working fluid to the initial temperature level at which previous measurements were carried out, with a corresponding change in the flight program. This simplifies the planning of work at the facility and allows you to perform leak testing at any time convenient for the flight program and for the crew;
- реализация предложенного способа не требует изготовления новой материальной части и проводится с помощью существующих вычислительных средств и пневмооборудования.- the implementation of the proposed method does not require the manufacture of new material parts and is carried out using existing computing tools and pneumatic equipment.
Список литературыBibliography
1. Серебряков В.Н. Основы проектирования систем жизнеобеспечения экипажа космических летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1983 г.1. Serebryakov V.N. Fundamentals of the design of life support systems for the crew of spacecraft. - M.: Engineering, 1983
2. Космонавтика. Маленькая энциклопедия, под редакцией акад. В.П.Глушко. - М.: изд. «Советская энциклопедия», 1970 г.2. Cosmonautics. Little Encyclopedia, edited by Acad. V.P. Glushko. - M .: ed. "Soviet Encyclopedia", 1970
3. Сапожников В.М. Монтаж и испытания гидравлических и пневматических систем на летательных аппаратах. - М.: Машиностроение, 1977 г.3. Sapozhnikov V.M. Installation and testing of hydraulic and pneumatic systems on aircraft. - M.: Mechanical Engineering, 1977.
4. Отраслевой стандарт ОСТ 92-9470-81. Система терморегулирования. Методика заправки теплоносителями. - М., 1981.4. The industry standard OST 92-9470-81. Thermal control system. The technique of refueling with coolants. - M., 1981.
5. Патент Российской Федерации №2067954.5. Patent of the Russian Federation No. 2067954.
6. Патент Российской Федерации №2246102.6. Patent of the Russian Federation No. 2246102.
7. Патент Российской Федерации №2304072.7. Patent of the Russian Federation No. 2304072.
Claims (1)
где Vn - потери рабочего тела из системы в единицу времени;
β - коэффициент температурного изменения объема рабочего тела;
τ - временный интервал между i-м и (i+1)-м измерениями, при этом дополнительно определяют натекание воздуха в систему в единицу времени из соотношения
где VB - объем воздуха, натекающий в систему в единицу времени, а соответствие фактической негерметичности системы нормативному значению окончательно определяют из соотношения Vn+VB≤φn, где
φn - нормативная величина объемной негерметичности системы,
и при выполнении этого неравенства делают заключение о герметичности системы. A method for monitoring the tightness of a manned spacecraft hydraulic system of thermal control of a manned spacecraft equipped with a hydropneumatic compensator for temperature changes in the volume of the working fluid, including periodically measuring the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator and the mass-average temperature of the working fluid with determining the actual loss of the working fluid from the system per unit time from the measured difference volumes attributed to the time interval between measurements ii, characterized in that immediately after filling the system with a working fluid, the control free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator of the system and the amount of undissolved air in the working fluid are measured, and then, at each periodic measurement of the free volume of the gas cavity of the hydropneumatic compensator, the volume of undissolved air in the working fluid of the system is additionally measured , and the losses of the working fluid from the system per unit time are determined from the relation
where V n - loss of the working fluid from the system per unit time;
β is the coefficient of temperature change in the volume of the working fluid;
τ is the time interval between the ith and (i + 1) -th measurements, while the leakage of air into the system per unit time is additionally determined from the relation
where V B is the volume of air flowing into the system per unit time, and the correspondence of the actual leakage of the system to the standard value is finally determined from the relation V n + V B ≤φ n , where
φ n is the standard value of the volumetric leakage of the system,
and when this inequality is fulfilled, a conclusion is made about the tightness of the system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009112680/28A RU2402002C1 (en) | 2009-04-06 | 2009-04-06 | Method of monitoring airtightness of hydraulic system filled with working medium for controlling temperature of manned spacecraft, fitted with hydropneumatic compensator of temperature change of volume of working medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009112680/28A RU2402002C1 (en) | 2009-04-06 | 2009-04-06 | Method of monitoring airtightness of hydraulic system filled with working medium for controlling temperature of manned spacecraft, fitted with hydropneumatic compensator of temperature change of volume of working medium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2402002C1 true RU2402002C1 (en) | 2010-10-20 |
Family
ID=44023993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009112680/28A RU2402002C1 (en) | 2009-04-06 | 2009-04-06 | Method of monitoring airtightness of hydraulic system filled with working medium for controlling temperature of manned spacecraft, fitted with hydropneumatic compensator of temperature change of volume of working medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2402002C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103499440A (en) * | 2013-10-21 | 2014-01-08 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | Multifunctional testing loading detecting machine for horizontal sleeve compensator |
| RU2690827C1 (en) * | 2018-05-25 | 2019-06-05 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method for diagnostics of spacecraft temperature control system operability |
-
2009
- 2009-04-06 RU RU2009112680/28A patent/RU2402002C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103499440A (en) * | 2013-10-21 | 2014-01-08 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | Multifunctional testing loading detecting machine for horizontal sleeve compensator |
| CN103499440B (en) * | 2013-10-21 | 2015-10-28 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | The multifunctional testing of horizontal sleeve compensator loads detection machine |
| RU2690827C1 (en) * | 2018-05-25 | 2019-06-05 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method for diagnostics of spacecraft temperature control system operability |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10816434B2 (en) | Apparatus and method for leak testing | |
| Johnson et al. | The piston gage as a precise pressure-measuring instrument | |
| US9958353B2 (en) | Apparatus and method for quantifying fluid loss in a closed system | |
| EP2870448B1 (en) | Method and device for verification and/or calibration of a pressure sensor | |
| US5693871A (en) | Low differential pressure generator | |
| RU2402002C1 (en) | Method of monitoring airtightness of hydraulic system filled with working medium for controlling temperature of manned spacecraft, fitted with hydropneumatic compensator of temperature change of volume of working medium | |
| RU2379641C1 (en) | Method for control of tightness in space object hydraulic temperature control system filled with working medium and equipped with hydraulically pneumatic compensator | |
| CN110231173B (en) | Micro flow supply measuring device | |
| US5157619A (en) | Abnormal thermal loading effects monitoring system | |
| Rousseaux et al. | A static method for determination of vapour—liquid equilibria and saturated liquid molar volumes at high pressures and temperatures using a new variable-volume cell | |
| US5214957A (en) | Integrity and leak rate testing of a hermetic building | |
| RU2246102C1 (en) | Method of inspecting leak-proofness of spacecraft temperature control hydraulic system provided with hydropneumatic compensator and supplied with heat-transfer agent | |
| CN113135304B (en) | Fluid circuit filling method for calculating return displacement of liquid reservoir | |
| RU2298774C1 (en) | Method for controlling reservoir sealing tightness | |
| RU2397117C1 (en) | Method of determining volume of free gas inclusions in work body of hydraulic system of space object thermal control with hydropneumatic compensator | |
| RU2487331C2 (en) | Method to detect location of leak in closed hydraulic manifold equipped with flow booster and hydraulic-pneumatic compensator of temperature change of working fluid volume | |
| RU2656765C1 (en) | Method of gas working medium balances determining in the tanks of the high pressure working system | |
| RU2668628C1 (en) | Method of consumption characteristics control for differential-safety devices and installation for method implementation | |
| RU2297372C2 (en) | Method of filling the hydraulic temperature control systems of spacecraft with heat-transfer agent equipped with hydro-pneumatic volume expansion compensator of working medium | |
| RU2431817C1 (en) | Pneumatic source of low pressure | |
| RU2213943C2 (en) | Method for determination of air-tightness of spacecraft isolated volume in the conditions of space flight | |
| Vennix et al. | Low Temperature Determination of PVT Properties of Gases and Liquids | |
| CN214225789U (en) | Automatic measurement and control system for valve products | |
| CN109540240B (en) | Capacity calibration device by gas mass method | |
| US3492859A (en) | Hydraulic pressure measuring system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190407 |