RU2469926C1 - Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе - Google Patents
Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469926C1 RU2469926C1 RU2011124728/11A RU2011124728A RU2469926C1 RU 2469926 C1 RU2469926 C1 RU 2469926C1 RU 2011124728/11 A RU2011124728/11 A RU 2011124728/11A RU 2011124728 A RU2011124728 A RU 2011124728A RU 2469926 C1 RU2469926 C1 RU 2469926C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- water
- input
- sublimator
- heat exchanger
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к космической технике, а именно к снаряжению космонавта для выхода в космос. Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе содержит контур водяного охлаждения с теплообменником - сублиматором, водяным насосом, электромагнитными клапанами. Вентиляционный контур состоит из вентилятора, патрона-поглотителя, микроЭВМ, датчика расхода газа, датчиков углекислого газа и датчика температуры. Выходы микроЭВМ соединены с клеммами электромагнитных клапанов. Водяной насос состоит из корпуса, ферромагнитного магнитопровода с первичной обмоткой, вращающейся короткозамкнутой вторичной обмотки, отделенной от магнитопровода теплоизолирующим элементом из композиционного антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющим функцию радиально-упорного подшипника скольжения. Торцы ферромагнитного магнитопровода герметично закрыты крышками. На внутренней поверхности вторичной обмотки закреплены напорные лопасти. Решение направлено на улучшение массогабаритных показателей системы. 2 ил.
Description
Изобретение относится к космической технике, а именно к снаряжению космонавта для выхода в космос.
Известно устройство для регулирования температуры в скафандре (Алексеев С.М. Космические скафандры вчера, сегодня, завтра. - М.: Знание, 1987. - 64 с.), которое представляет собой костюм водяного охлаждения. Костюм водяного охлаждения состоит из комбинезона и системы трубок, по которым циркулирует хладагент, приводящийся в движение электронасосом. Комбинезон изготовляется из сетчатого полотна - спандекса трикотажного переплетения. Трубопроводы костюма водяного охлаждения изготавливают из гибких трубок с внутренним диаметром 1,5-3,6 мм и толщиной стенки 0,5-1 мм. Количество трубок зависит от конструктивной схемы и находится в пределах от 20 до 60 шт. Общая длина трубок 80-120 м.
Чем меньше длина трубок, тем меньше гидравлическое сопротивление костюма, и поэтому необходима меньшая мощность электронасоса для обеспечения циркуляции воды. Обычно при расходе около 100 л/ч гидравлическое сопротивление костюма составляет 5 кПа (500 мм вод.ст.).
Здесь в качестве электронасоса используется электродвигатель мокрого типа (Бобков А.В. Центробежные насосы систем регулирования космических аппаратов. Владивосток: Дальнаука, 2003. С.196-203), где теплоноситель циркулирует во внутренней полости через зазоры между статором и ротором и зазоры подшипников, поэтому в насосе наблюдаются большие потери мощности на трение, которые могут достигать 50% и более от полезной мощности насоса, в результате происходит увеличение гидравлического сопротивления костюма. Сказанное приводит к необходимости увеличивать мощность электронасоса, т.е. ухудшать его массогабаритные показатели.
Известно устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе (RU №95640, B64G 6/00, опубл. 10.07.2010), выбранное в качестве прототипа, состоящее из контура водяного охлаждения, включающего теплообменник, насос для перекачки охлаждающей воды, костюм водяного охлаждения с датчиком температуры на входе в костюм, и вентиляционного контура, включающего поглотитель углекислого газа, теплообменник для охлаждения газа, вентилятор для создания расхода газа. Данное устройство также включает в себя микроЭВМ, которая обрабатывает сигналы, поступающие с установленных в вентиляционном контуре датчика расхода газа и датчиков углекислого газа на входе и выходе патрона-поглотителя, рассчитывает величину энерготрат космонавта, определяет необходимый уровень температуры воды в костюме водяного охлаждения и передает управляющие сигналы на электромагнитные клапаны, открывающие и закрывающие потоки воды в охлаждаемой и байпасной линиях.
Основным недостатком прототипа является то, что в качестве насоса для перекачки охлаждающей воды используется электродвигатель мокрого типа, который повышает гидравлическое сопротивление контура водяного охлаждения, что приводит к необходимости повышать мощность электродвигателя. Сказанное ухудшает массогабаритные показатели насоса, а следовательно, и всего устройства.
Перед авторами стояла задача улучшить массогабаритные показатели за счет уменьшения гидравлического сопротивления насоса.
Технический результат достигается тем, что в устройстве автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе, содержащем контур водяного охлаждения, состоящий из теплообменника-сублиматора, водяной выход которого соединен с входом водяного насоса, выход которого соединен с входом костюма водяного охлаждения, выход которого соединен через первый электромагнитный клапан с водяным входом теплообменника-сублиматора, причем вход водяного насоса также соединен с выходом костюмом водяного охлаждения байпасовой линией с вторым электромагнитным клапаном; вентиляционный контур, состоящий из вентилятора, выход которого соединен с входом патрона-поглотителя, выход которого соединен с воздушным входом теплообменника-сублиматора, воздушный выход которого соединен с входом устройства вентиляции скафандра, выход которого соединен с входом вентилятора, и микроЭВМ входы которой соединены с датчиком расхода газа, установленным в вентиляционном контуре, датчиками углекислого газа, которые установлены на входе и выходе патрона-поглотителя, и датчиком температуры, установленным на входе костюма водяного охлаждения, выходы микроЭВМ соединены с клеммами электромагнитных клапанов, водяной насос выполнен в виде электромеханического преобразователя, состоящего из корпуса, к которому жестко прикреплен ферромагнитный магнитопровод с первичной обмоткой, внутри которого расположена вращающаяся короткозамкнутая вторичная обмотка, выполненная в виде полого цилиндра, отделенного от магнитопровода дополнительным теплоизолирующим элементом из композиционного антифрикционного неэлектропроводящего материала, и выполняющего функцию радиально-упорного подшипника скольжения, торцы ферромагнитного магнитопровода герметично закрыты крышками, на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти.
Схема устройства автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе показана на фиг.1. На фиг.2 показан насос для перекачки охлаждающей среды.
Заявляемое устройство (фиг.1) включает в себя: контур водяного охлаждения, состоящий из теплообменника-сублиматора 1, водяной выход которого соединен с входом водяного насоса 2, выход которого соединен с входом костюма водяного охлаждения 3, выход которого соединен через первый электромагнитный клапан 4 с водяным входом теплообменника-сублиматора 1, причем вход водяного насоса 2 также соединен с выходом костюмом водяного охлаждения 3 байпасовой линией с вторым электромагнитным клапаном 5; вентиляционный контур, состоящий из вентилятора 6, выход которого соединен с входом патрона-поглотителя 7, выход которого соединен с воздушным входом теплообменника-сублиматора 1, воздушный выход которого соединен с входом устройства вентиляции скафандра 8, выход которого соединен с входом вентилятора 6, и микроЭВМ 9, входы которой соединены с датчиком расхода газа 10, установленным в вентиляционном контуре, датчиками углекислого газа 11, 12, которые установлены на входе и выходе патрона-поглотителя 7, и датчиком температуры 13, установленным на входе костюма водяного охлаждения 3, выходы микроЭВМ 9 соединены с клеммами электромагнитных клапанов 4, 5.
Насос 2 выполнен в виде электромеханического преобразователя, содержащего корпус 14, к которому жестко прикреплен цилиндрический ферромагнитный магнитопровод 15 (фиг.2) с размещенной на нем первичной обмоткой 16. Внутри магнитопровода 15 расположена вращающаяся короткозамкнутая вторичная обмотка 17, выполненная в виде несплошного полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти 18. Неподвижный ферромагнитный магнитопровод 15 представляет собой капсулированный композиционным изоляционным материалом статор электромеханического преобразователя. Между внутренней расточкой магнитопровода 15 и внешней поверхностью вторичной обмотки 17 расположен дополнительный теплоизолирующий элемент 19 из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющий функцию радиально-упорного подшипника скольжения. Неподвижный ферромагнитный магнитопровод 15 представляет собой статор электромеханического преобразователя, капсулированный композиционным изоляционным материалом, в состав которого входят компоненты, например оксид алюминия, в количестве, обеспечивающем повышение эквивалентного коэффициента теплопроводности материала до 120…250 Вт/(м×К). Дополнительный теплоизолирующий элемент 19 из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющий функцию радиально-упорного подшипника скольжения, включает компоненты, например фтортермопластов (тефлон, фторопласт), обеспечивающие коэффициент трения между элементом 19 и внешней поверхностью вторичной обмотки 17 при сухом ходе не более 0,14…0,15 и не более 0,010…0,020 при наличии воды. Торцы магнитопровода 15 герметично закрыты крышками 20 со штуцерами 21. Стрелками показано направление перемещения охлаждаемой воды.
Устройство работает следующим образом.
Тепло, выделяемое человеком, отводится в контуре водяного охлаждения (фиг.1), в котором имеется КВО 3. Охлаждение воды осуществляется с помощью теплообменника-сублиматора 1, где за счет фазового превращения (сублимации воды в вакуум окружающего космического пространства) происходит отвод тепла.
Вода в контуре водяного охлаждения после теплообменника-сублиматора 1 имеет температуру около 5°С. КВО 3, одетый на человека, за счет контакта охлаждающих трубок с поверхностью тела может обеспечивать теплосъем до 500 Вт. Вода в контуре водяного охлаждения приводится в движение с помощью насоса 2. После подачи питания на первичную обмотку 16 (фиг.2) последняя создает вращающееся магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в короткозамкнутой вторичной обмотке 17. Взаимодействие этих вихревых токов с вращающимся магнитным полем обмотки 16 приводит к возникновению вращающего момента, под действием которого вторичная обмотка 17 начинает вращаться. Напорные лопасти 18 приводят в движение охлаждаемую воду. Т.к. канал, по которому проходит охлаждаемая вода, образован внутренней полостью вторичной обмотки 17 и штуцерами 21 - элементами с большой площадью внутреннего сечения, он характеризуется пониженным гидравлическим сопротивлением.
Каждому уровню энерготрат ставится в соответствие интервал автоматически регулируемых температур ТвхКВО (фиг.1).
Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре обеспечивает регулирование режимов охлаждения с помощью микроЭВМ 9, в которую поступает текущая информация о параметрах с датчиков содержания углекислого газа 11, 12 и датчика расхода газа 10.
МикроЭВМ 9 в соответствии с программой выдает сигналы на открытие-закрытие электромагнитных клапанов 4, 5, установленных в линии теплообменника-сублиматора 1 и линии байпаса.
Основное регулирование осуществляется при открытии-закрытии клапана 4 в охлаждаемой линии теплообменника-сублиматора 1. Большую часть времени клапан 5 в линии байпаса находится в открытом состоянии.
При увеличении начальных энерготрат выше исходного уровня, которому соответствовала температура воды ТвхКВО, клапан 4 охлаждаемой линии теплообменника-сублиматора 1, который до этого момента был закрыт, открывается, и в гидросистему скафандра начинает поступать вода, охлаждаемая в теплообменнике-сублиматоре 1.
Когда температура воды ТвхКВО понижается до уровня, соответствующего текущему уровню энерготрат, клапан 4 закрывается, обеспечивая необходимое равновесие.
В случае дальнейшего повышения уровня энерготрат клапан 4 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 4 закрывается и остается в закрытом состоянии до тех пор, пока температура воды ТвхКВО не увеличивается до расчетного уровня, требующего понижения температуры, то есть открытия клапана 4.
В случае необходимости понижения температуры ТвхКВО до минимального уровня, обеспечиваемого теплообменником-сублиматором 1, предусматривается, кроме открытия клапана 4, кратковременное закрытие нормально открытого клапана 5 линии байпаса.
В этом случае также достигается максимальная скорость понижения температуры, которая не может быть получена только за счет включения клапана 4 линии теплообменника-сублиматора 1.
Таким образом, из-за того, что канал насоса 2, по которому проходит охлаждаемая вода, имеет пониженное гидравлическое сопротивление, требуемый напор охлаждаемой воды может быть создан при меньшей мощности насоса 2 по сравнению с прототипом, что ведет к улучшению массогабаритных показателей заявляемого устройства.
Claims (1)
- Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе, содержащее контур водяного охлаждения, состоящий из теплообменника-сублиматора, водяной выход которого соединен с входом водяного насоса, выход которого соединен с входом костюма водяного охлаждения, выход которого соединен через первый электромагнитный клапан с водяным входом теплообменника-сублиматора, причем вход водяного насоса также соединен с выходом костюма водяного охлаждения байпасовой линией со вторым электромагнитным клапаном; вентиляционный контур, состоящий из вентилятора, выход которого соединен с входом патрона-поглотителя, выход которого соединен с воздушным входом теплообменника-сублиматора, воздушный выход которого соединен с входом устройства вентиляции скафандра, выход которого соединен с входом вентилятора и микроЭВМ, входы которой соединены с датчиком расхода газа, установленным в вентиляционном контуре, датчиками углекислого газа, которые установлены на входе и выходе патрона-поглотителя, и датчиком температуры, установленным на входе костюма водяного охлаждения, выходы микроЭВМ соединены с клеммами электромагнитных клапанов, отличающееся тем, что водяной насос выполнен в виде электромеханического преобразователя, состоящего из корпуса, к которому жестко прикреплен ферромагнитный магнитопровод с первичной обмоткой, внутри которого расположена вращающаяся короткозамкнутая вторичная обмотка, выполненная в виде полого цилиндра, отделенного от магнитопровода дополнительным теплоизолирующим элементом из композиционного антифрикционного неэлектропроводящего материала, и выполняющего функцию радиально-упорного подшипника скольжения, торцы ферромагнитного магнитопровода герметично закрыты крышками, на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011124728/11A RU2469926C1 (ru) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011124728/11A RU2469926C1 (ru) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2469926C1 true RU2469926C1 (ru) | 2012-12-20 |
Family
ID=49256476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011124728/11A RU2469926C1 (ru) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2469926C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103487086A (zh) * | 2013-07-15 | 2014-01-01 | 天津大学 | 航天水升华器混合式光纤传感监测装置和监测方法 |
| CN104019685A (zh) * | 2014-05-15 | 2014-09-03 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种航天散热用平板式水升华冷板 |
| CN111268175A (zh) * | 2020-02-11 | 2020-06-12 | 扬州大学 | 一种防止击穿失稳的空间水升华器抑制结构 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1023870A (en) * | 1963-12-06 | 1966-03-30 | Normalair Ltd | Improvements in or relating to portable,self-contained,ventilation,pressurisation and breathing apparatus for full pressure suits |
| RU1815424C (ru) * | 1991-02-12 | 1993-05-15 | В.А.Пзвлов и Н.В.Гуцул | Герметичный электронасос |
| US5246061A (en) * | 1992-07-29 | 1993-09-21 | Grumman Aerospace Corporation | Thermal storage by heavy water phase change |
| JP2008196568A (ja) * | 2007-02-13 | 2008-08-28 | Nok Corp | ウォーターポンプ用密封装置 |
| RU95640U1 (ru) * | 2010-03-04 | 2010-07-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звезда" имени академика Г.И. Северина" | Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе |
-
2011
- 2011-06-16 RU RU2011124728/11A patent/RU2469926C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1023870A (en) * | 1963-12-06 | 1966-03-30 | Normalair Ltd | Improvements in or relating to portable,self-contained,ventilation,pressurisation and breathing apparatus for full pressure suits |
| RU1815424C (ru) * | 1991-02-12 | 1993-05-15 | В.А.Пзвлов и Н.В.Гуцул | Герметичный электронасос |
| US5246061A (en) * | 1992-07-29 | 1993-09-21 | Grumman Aerospace Corporation | Thermal storage by heavy water phase change |
| JP2008196568A (ja) * | 2007-02-13 | 2008-08-28 | Nok Corp | ウォーターポンプ用密封装置 |
| RU95640U1 (ru) * | 2010-03-04 | 2010-07-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звезда" имени академика Г.И. Северина" | Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103487086A (zh) * | 2013-07-15 | 2014-01-01 | 天津大学 | 航天水升华器混合式光纤传感监测装置和监测方法 |
| CN103487086B (zh) * | 2013-07-15 | 2016-01-27 | 天津大学 | 航天水升华器混合式光纤传感监测装置和监测方法 |
| CN104019685A (zh) * | 2014-05-15 | 2014-09-03 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种航天散热用平板式水升华冷板 |
| CN104019685B (zh) * | 2014-05-15 | 2015-06-10 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种航天散热用平板式水升华冷板 |
| CN111268175A (zh) * | 2020-02-11 | 2020-06-12 | 扬州大学 | 一种防止击穿失稳的空间水升华器抑制结构 |
| CN111268175B (zh) * | 2020-02-11 | 2022-03-18 | 扬州大学 | 一种防止击穿失稳的空间水升华器抑制结构 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204213044U (zh) | 具有动力压缩机转子的内部驱动压缩机 | |
| KR101818872B1 (ko) | 팽창기 일체형 압축기, 냉동기 및 냉동기의 운전 방법 | |
| CN109563890B (zh) | 粘性离合器和关联的电磁线圈 | |
| KR102214002B1 (ko) | 진공 펌프 | |
| RU2469926C1 (ru) | Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе | |
| CN103629118B (zh) | 一种立式管道永磁屏蔽泵 | |
| US20150097450A1 (en) | System and method for cooling an electric motor | |
| TWI810210B (zh) | 密封型馬達冷卻系統及方法 | |
| CN103683778B (zh) | 背绕式水内冷定子绕组、空实心隔热转子护套的永磁电机 | |
| US7859143B2 (en) | Electric motor with self-cooling | |
| CN103629148A (zh) | 一种卧式自冷却永磁屏蔽泵 | |
| CN105162287A (zh) | 一种双冷却电机 | |
| BR112021010379A2 (pt) | Bomba de água com motor de fluxo axial | |
| GB2516644A (en) | A Magnetic Coupling | |
| CN106300798A (zh) | 一种无轴封的多极感应式永磁调速机泵动力传输系统 | |
| EP2667035A2 (en) | Temperature control system for a machine and methods of operating same | |
| FI115996B (fi) | Höyryturbiini | |
| WO2003081003A3 (fr) | Vanne a commande electrique pour circulation de fluide | |
| CN105952665B (zh) | 涡轮分子泵 | |
| CN113202780A (zh) | 一种磁悬浮轴承支撑的高温屏蔽熔盐泵 | |
| AU2010234268B2 (en) | Installation designed to convert environmental thermal energy into useful energy | |
| CN108350892A (zh) | 基于由热流量计确定的通过量的泵的开关 | |
| CN220629022U (zh) | 一种高密封性防水电动机 | |
| EP4273455A1 (en) | Aircraft galley device | |
| CN110073111A (zh) | 用于离心式压缩机的叶轮集成式马达 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130617 |