RU2411164C1 - Способ автоматического терморегулирования скафандра для работы в открытом космосе - Google Patents
Способ автоматического терморегулирования скафандра для работы в открытом космосе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411164C1 RU2411164C1 RU2010105370/11A RU2010105370A RU2411164C1 RU 2411164 C1 RU2411164 C1 RU 2411164C1 RU 2010105370/11 A RU2010105370/11 A RU 2010105370/11A RU 2010105370 A RU2010105370 A RU 2010105370A RU 2411164 C1 RU2411164 C1 RU 2411164C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- temperature
- astronaut
- water cooling
- circuit
- Prior art date
Links
Landscapes
- Air Conditioning Control Device (AREA)
Abstract
Изобретение относится к космическим скафандрам, система терморегулирования которых состоит из двух контуров: вентиляционного контура и контура водяного охлаждения космонавта. При осуществлении способа в вентиляционном контуре устанавливают датчики концентрации CO2 на входе и выходе патрона поглотителя углекислого газа. По показаниям этих датчиков и датчика расхода газа с помощью микропроцессора вычисляют текущее значение энерготрат космонавта. По специальной программе определяется необходимая температура воды в костюме водяного охлаждения, и подаются соответствующие сигналы на электромагнитные клапаны, установленные в охлаждаемой и байпасной линиях. Периодическое открытие и закрытие этих клапанов обеспечивает автоматическое регулирование температуры воды в костюме водяного охлаждения. Тем самым повышается комфорт пребывания космонавта в скафандре, сокращается количество его действий при работе в космосе, повышается безопасность и снижается объем учебно-тренировочных мероприятий. Техническим результатом изобретения является создание автоматической системы терморегулирования, которая позволяет регулировать температуру воды в костюме водяного охлаждения без участия космонавта. 3 з.п. ф-лы.
Description
Данное изобретение относится к космическим скафандрам, конкретно к способам терморегулирования скафандра для работы в открытом космосе.
Известен способ терморегулирования скафандра для работы в открытом космосе, применяемый в скафандре «Орлан-М» (И.П.Абрамов, М.Н.Дудник, В.И.Сверщек, Г.И.Северин, А.И.Скуг, А.Ю.Стоклицкий. Космические скафандры России. Москва, ОАО «НПП «Звезда», 2005 г.).
Скафандр имеет в своем составе автономную систему обеспечения жизнедеятельности (АСОЖ), включающую в себя комплекс подсистем, в том числе систему терморегулирования (СТР).
СТР состоит из двух контуров: вентиляционного контура и контура водяного охлаждения космонавта.
Вентиляционный контур включает в себя патрон-поглотитель выделяемого человеком углекислого газа, вентилятор для приведения в движение вентилирующего газа в скафандре и охлаждающего газ сублимационного теплообменника.
Основное охлаждение космонавта осуществляется с помощью контура водяного охлаждения.
Контур состоит из одеваемого космонавтом костюма водяного охлаждения (КВО), в трубках которого циркулирует охлажденная вода, насоса для приведения воды в движение и охлаждающего воду сублимационного теплообменника.
В процессе работы в открытом космосе космонавт меняет уровень физической активности (тяжелая работа, средняя работа, легкая работа, отдых). В соответствии с этим меняются энерготраты космонавта и, следовательно, его тепловыделения.
Для того чтобы теплосъем с тела космонавта посредством КВО соответствовал его тепловыделениям, необходимо регулировать температуру воды в КВО.
Для обеспечения возможности регулирования температуры воды водяной контур разделен на две линии потока: охлаждаемая линия, в которой поток воды проходит через сублимационный теплообменник, и байпасная линия, в которой поток не проходит через теплообменник и остается теплой.
Суть известного способа заключается в том, что терморегулирование космонавт осуществляет вручную по собственным теплоощущениям, изменяя вручную с помощью трехходового крана «Тепло-Холод» расходы воды в указанных выше линиях, и таким образом устанавливает температуру воды в КВО, чтобы обеспечить тепловой комфорт.
Недостатками этого способа терморегулирования являются:
- возникновение дополнительных физических нагрузок космонавту для управления краном «Тепло-Холод» в скафандре под избыточным давлением;
- необходимость специального обучения космонавта по отработке режимов терморегулирования;
- возможные перегрев или переохлаждение космонавтов при выполнении внекорабельной деятельности, так как регулирование по теплоощущениям часто сопровождается ошибками, например такими, как запаздывание переключений крана «Тепло-Холод»;
- отвлечение внимания космонавта на управление СТР при выполнении внекорабельной деятельности в процессе выхода в космос.
Задачей изобретения является разработка такого способа терморегулирования, который позволил бы регулировать температуру воды в КВО автоматически без участия космонавта.
Для решения поставленной технической задачи используют известное соотношение между энерготратами человека, повышением концентрации СО2 в выдыхаемом воздухе и расходом воздуха
где
Э.Т. - энерготраты (Вт),
Кэ - калорический эквивалент (количество тепла, выделяемого при поглощении 1 л O2),
R - дыхательный коэффициент (отношение количества выделяемого CO2 к количеству поглощенного O2),
Ксо2вх - концентрация (объемное содержание) СО2 в вентиляционном контуре на входе в патрон - поглотитель скафандра СО2 (%),
Ксо2вых - концентрация СО2 в вентиляционном контуре на выходе из патрона - поглотителя СО2 (%),
Кроме того, используют зависимость, установленную в результате статистического анализа данных, полученных из многолетнего опыта эксплуатации и тренировок космонавтов в скафандрах, между уровнями энерготрат космонавта и температурами воды на входе в КВО, обеспечивающими оптимальный (наиболее комфортный) режим охлаждения при данном уровне энерготрат.
Предлагаемый способ автоматического регулирования заключается в том, что в вентиляционном контуре устанавливают чувствительные датчики измерения концентрации углекислого газа на входе и выходе патрона-поглотителя CO2 и датчик расхода газа, показания которых передают на встроенный в скафандр микропроцессор, в программу которого введены вышеуказанные зависимости.
Исходя из измеренных значений концентраций CO2 и расхода воздуха, вычисляют по формуле [1] текущие значения энерготрат космонавта, на основании которых по статистическим данным определяют оптимальные значения температуры воды на входе в КВО и передают их в виде управляющих команд на исполнительные механизмы, которые непосредственно осуществляют регулирование температуры воды в КВО.
В качестве исполнительных механизмов используют клапаны, установленные в охлаждаемой и байпасной линиях. Клапаны, которые действуют в дискретном режиме, периодически открываясь и закрываясь по командам, поступающим от процессора, смешивают холодный и теплый потоки воды в той пропорции, которая нужна для установления вычисленной оптимальной температуры воды в КВО.
Основное регулирование осуществляют при открытии-закрытии клапана в охлаждаемой линии теплообменника. Большую часть времени клапан в линии байпаса находится в открытом состоянии.
При увеличении начальных энерготрат (Э.Т.0) выше исходного уровня, которому соответствовала температура воды ТвхКВО0, клапан охлаждаемой линии теплообменника, который до этого момента был закрыт, открывается, и в гидросистему скафандра начинает поступать вода, охлаждаемая в теплообменнике. Когда температура воды ТвхКВО понижается до уровня, соответствующего текущему уровню энерготрат, клапан в охлаждаемой линии теплообменника закрывается, обеспечивая необходимое равновесие.
В случае дальнейшего повышения уровня энерготрат клапан в охлаждаемой линии теплообменника снова открывается, и происходит дальнейшее понижение температуры воды ТвхКВО и т.д.
При понижении уровня энерготрат, когда космонавт переходит к более легкой работе или отдыху, клапан в охлаждаемой линии теплообменника закрывается и остается в закрытом состоянии до тех пор, пока температура воды ТвхКВО не увеличится до расчетного уровня, требующего понижения температуры, то есть открытия этого клапана.
В случае необходимости понижения температуры ТвхКВО до предельного минимального уровня, обеспечиваемого теплообменником (например, в случае резкого возрастании физических нагрузок на космонавта), предусматривается, кроме открытия клапана в охлаждаемой линии теплообменника, кратковременное закрытие нормально открытого клапана в линии байпаса. В этом случае достигается максимальная скорость понижения температуры, которая не может быть получена только за счет включения клапана в линии теплообменника.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить автоматическое терморегулирование со скоростью, соответствующей изменению объективных показателей состояния космонавта (его энерготратам и тепловыделениям), что повышает комфорт пребывания космонавта в скафандре, уменьшает количество его действий при работе в космосе, повышает безопасность и снижает объем учебно-тренировочных мероприятий.
Claims (4)
1. Способ терморегулирования скафандра для работы в открытом космосе, включающий отвод тепла от космонавта с помощью системы, состоящей из двух контуров: вентиляционного контура и контура водяного охлаждения, отличающийся тем, что регулирование температуры в контуре водяного охлаждения осуществляют автоматически, измеряя объемный расход газа в вентиляционном контуре и количество углекислого газа, выделяемого космонавтом, по которым вычисляют величину энерготрат, определяют соответствующую ей оптимальную температуру охлаждающей воды на входе в костюм водяного охлаждения и передают ее в качестве управляющей команды на исполнительные органы, регулирующие температуру воды на входе в костюм водяного охлаждения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисление энерготрат осуществляют по известной формуле, а оптимальные температуры воды на входе устанавливают с использованием объективных статистических данных, полученных в натурных экспериментах по определению наиболее комфортного теплового режима космонавта в скафандре для различных уровней его энерготрат.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что регулирование температуры воды на входе осуществляют путем периодических открытий и закрытий потоков воды в охлаждаемой и байпасной линиях.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что, в случае необходимости максимально быстрого установления предельно низкой температуры на входе в контур водяного охлаждения, используют кратковременное закрытие нормально открытого клапана в байпасной линии одновременно с открытием клапана в охлаждаемой линии теплообменника.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105370/11A RU2411164C1 (ru) | 2010-02-17 | 2010-02-17 | Способ автоматического терморегулирования скафандра для работы в открытом космосе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105370/11A RU2411164C1 (ru) | 2010-02-17 | 2010-02-17 | Способ автоматического терморегулирования скафандра для работы в открытом космосе |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2411164C1 true RU2411164C1 (ru) | 2011-02-10 |
Family
ID=46309199
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010105370/11A RU2411164C1 (ru) | 2010-02-17 | 2010-02-17 | Способ автоматического терморегулирования скафандра для работы в открытом космосе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2411164C1 (ru) |
-
2010
- 2010-02-17 RU RU2010105370/11A patent/RU2411164C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АБРАМОВ И.П., ДУДНИК М.Н.и др. Космические скафандры России. - М.: ОАО НПП «Звезда», 2005 (скафандр «Орлан-М»). УМАНСКИЙ С.П. Снаряжение космонавта. - М.: Машиностроение, 1982, с.102-103. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4024730A (en) | Integrated cooling and breathing system | |
CN106659962B (zh) | 二氧化碳浓度控制系统和二氧化碳浓度控制装置 | |
MX2008011800A (es) | Aparato de termostato. | |
US20130165033A1 (en) | Airflow management system for vehicle seat | |
CN103542490A (zh) | 空调睡眠环境下的湿度控制方法及装置 | |
CN110301696A (zh) | 一种可调温的智能舒适液冷服 | |
RU2411164C1 (ru) | Способ автоматического терморегулирования скафандра для работы в открытом космосе | |
CN106043707A (zh) | 飞机座舱温度控制系统和方法 | |
CN102493683B (zh) | 一种游泳池水温度调节装置及水温控制方法 | |
RU95640U1 (ru) | Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе | |
CN113525025A (zh) | 热管理系统及其控制方法 | |
CN110658869B (zh) | 一种基于心率的液冷服液温自动控制方法 | |
CN101498493A (zh) | 调节空气通过热交换器的路径和截面流通量的控制方法 | |
PT1851486E (pt) | Sistema de regulação para aquecimentos de superfície | |
SE0103519L (sv) | Temperaturkompensering i ventilationsaggregat vid reglering av volymflödet till ett bestämt massflöde | |
US8857203B2 (en) | Personal thermal regulation system | |
KR102559168B1 (ko) | 선박 에어컨 에너지 절감방법 | |
CN109442605A (zh) | 一种外循环式环境控制系统 | |
US11454412B2 (en) | HVAC system and control method thereof | |
KR101444855B1 (ko) | 에너지 절감형 비상발전기실 온도 유지 시스템 | |
BR102012018525A2 (pt) | Válvula de regulagem, sistema e método de operação de uma válvula de regulagem para um sistema de suporte à vida para uso em cabine de aeronave | |
JP2008025961A (ja) | 空気調和機 | |
ITVA20100049A1 (it) | Sistema climatizzatore nautico a compressore inverter e vrv - vrf (volume di refrigerante variabile). | |
KR101511301B1 (ko) | 에너지 절약형 복사와 공조 통합 제어방법 | |
RU94541U1 (ru) | Система термостатирования гермокабины самолета |