RU2763353C1 - Heat transfer panel of a space vehicle - Google Patents

Heat transfer panel of a space vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2763353C1
RU2763353C1 RU2020142639A RU2020142639A RU2763353C1 RU 2763353 C1 RU2763353 C1 RU 2763353C1 RU 2020142639 A RU2020142639 A RU 2020142639A RU 2020142639 A RU2020142639 A RU 2020142639A RU 2763353 C1 RU2763353 C1 RU 2763353C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
heat transfer
transfer panel
panel
space
Prior art date
Application number
RU2020142639A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Валентинович Кольга
Иван Сергеевич Ярков
Евгения Александровна Яркова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева)
Priority to RU2020142639A priority Critical patent/RU2763353C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2763353C1 publication Critical patent/RU2763353C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores

Abstract

FIELD: space engineering.
SUBSTANCE: heat transfer panel belongs to space equipment and can be used in thermal control systems of space vehicles when providing the temperature conditions of the equipment installed on artificial Earth satellites, including small space vehicles. The heat transfer panel of a space vehicle constitutes a flat sealed panel consisting of two sheaths (1) made of an aluminium alloy or a heat-conducting carbon fibre, wherein a system of heat pipes is located between said sheaths, made in the form of a lattice structure of pipes made of an aluminium alloy (3), bent into a sinusoid shape, forming mutually intersecting main and backup circuits (2) creating a closed evaporation and condensation system, wherein the free space inside the sheaths is filled with a foam composite material (4).
EFFECT: increase in the efficiency of heat contact between the cooled equipment and the radiation surface of the heat transfer panel, as well as uniform heat flow distribution over the entire surface of the panel.
5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в системах терморегулирования космических аппаратов (КА) при обеспечении теплового режима оборудования, установленного на искусственных спутниках Земли, в том числе на малых космических аппаратах.SUBSTANCE: invention relates to space technology and can be used in spacecraft (SC) thermal control systems when providing thermal conditions for equipment installed on artificial Earth satellites, including small spacecraft.

Известно использование тепловых сотопанелей (ТСП) для обеспечения теплового режима оборудования и приборов КА. Тепловая сотопанель является эффективным теплопередающим устройством, представляющим собой, как правило, плоскую, трехслойную конструкцию, (образованную из двух тонких обечаек и сотового наполнителя), внутри которой встроены закладные элементы для крепления приборов и тепловые трубы с герметичными полостями, заполненными теплоносителем. ТСП одновременно выполняет тепловые и прочностные функции при создании негерметичных приборных отсеков КА различной конфигурации. Оборудование, которое устанавливается на тепловую сотопанель, имеет плоские контактные основания, через которые тепло, выделяемое указанным оборудованием, поступает в тепловые трубы (ТТ), встроенные в ТСП, а затем (при необходимости, через дополнительные теплопроводы) к радиационным теплообменникам.It is known to use thermal honeycomb panels (TSP) to ensure the thermal regime of equipment and spacecraft instruments. A thermal honeycomb panel is an effective heat transfer device, which is usually a flat, three-layer structure (formed from two thin shells and a honeycomb filler), inside which embedded elements for fixing devices and heat pipes with sealed cavities filled with coolant are embedded. TSP simultaneously performs thermal and strength functions in the creation of non-pressurized instrument compartments of spacecraft of various configurations. The equipment, which is installed on a thermal honeycomb panel, has flat contact bases through which the heat generated by the specified equipment enters the heat pipes (HP) built into the RHS, and then (if necessary, through additional heat pipes) to the radiant heat exchangers.

Высокая плотность теплового потока от электроприборов на малых компоновочных площадях панелей КА требует решения проблемы отвода тепла и обеспечения рабочих температур оборудования, конструкции и элементов КА в пределах жестко ограниченных диапазонов работы системы терморегулирования. Для обеспечения требований рабочих температур в месте установки приборов необходимо повысить эффективность системы терморегулирования (СТР) за счет создания теплоотводящей панели (термопанели), способной отводить тепло и эффективно распределять температуру по поверхности панели в местах установки приборов КА.The high density of heat flux from electrical appliances on small layout areas of spacecraft panels requires solving the problem of heat removal and ensuring the operating temperatures of equipment, structure and spacecraft elements within strictly limited operating ranges of the thermal control system. To meet the operating temperature requirements at the instrument installation site, it is necessary to increase the efficiency of the thermal control system (TRS) by creating a heat-removing panel (thermal panel) capable of removing heat and efficiently distributing the temperature over the panel surface at the spacecraft instrument installation sites.

Известен космический модуль (патент RU №2389660, B64G 1/00), содержащий несущую конструкцию с силовыми элементами, выполненную в виде правильной треугольной призмы. Платформа выполнена в виде плоской трехслойной панели с несущими слоями и заполнителем. Радиаторы-излучатели в виде прямоугольных трехслойных панелей с сотовым заполнителем и сложенные солнечные батареи размещены параллельно боковым стенкам несущей конструкции. В данном модуле для решения проблемы терморегулирования платформа и радиаторы-излучатели снабжены тепловыми трубами для сброса избыточного тепла в космическое пространство. Часть тепловых труб проложена внутри сотового заполнителя платформы. Блоки бортовой аппаратуры размещены между несущей конструкцией и торцом платформы.Known space module (patent RU No. 2389660, B64G 1/00), containing a supporting structure with load-bearing elements, made in the form of a regular triangular prism. The platform is made in the form of a flat three-layer panel with carrier layers and filler. Radiators-emitters in the form of rectangular three-layer panels with honeycomb filler and folded solar panels are placed parallel to the side walls of the supporting structure. In this module, to solve the problem of thermal control, the platform and radiators-emitters are equipped with heat pipes to discharge excess heat into outer space. Part of the heat pipes is laid inside the honeycomb core of the platform. Onboard equipment units are located between the supporting structure and the end of the platform.

Недостатки космического модуля обусловлены конструктивно-компоновочной схемой и заключаются в повышенной массе конструкции - средства обеспечения теплового режима включают три каскада тепловых труб, радиаторы-излучатели выполнены и размещены отдельно от несущей конструкции. Создание такой конструкции требует увеличенных затрат на ее изготовление, а компоновка модуля отличается неудобством обслуживания при наземной отработке.Disadvantages of the space module are due to the structural layout and consist in the increased mass of the structure - the means for ensuring the thermal regime include three cascades of heat pipes, radiators-emitters are made and placed separately from the supporting structure. The creation of such a design requires increased costs for its manufacture, and the layout of the module is notable for the inconvenience of maintenance during ground testing.

Известен также космический аппарат блочно-модульного исполнения (патент RU 2092398, B64G 1/10). КА содержит многоцелевую полезную нагрузку, двигательный блок с двигателями системы коррекции, ориентации и стабилизации, топливными баками и магистралями подачи рабочего тела, два крыла раскладывающихся панелей солнечной батареи, установленных симметрично продольной оси корпуса. Также КА содержит негерметичный приборный контейнер параллелепипедной формы, выполненный из плоских П, Н и U-образных сотопанельных блоков, с расположенными внутри приборами. КА ориентирован в околоземном космическом пространстве своими гранями, выполненными в виде радиаторов-излучателей, соответственно на Север и Юг. На внутренней стороне радиаторов-излучателей установлены приборы, а наружные стороны радиаторов-излучателей выполнены с терморегулирующим покрытием типа солнечного отражателя. Система терморегулирования выполнена по пассивному типу и состоит из радиаторных сотопанелей, включающих в себя тепловые трубы и обшивки, радиационное покрытие типа оптического солнечного отражателя (ОСО) и экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ).A block-modular spacecraft is also known (patent RU 2092398, B64G 1/10). The spacecraft contains a multi-purpose payload, a propulsion unit with engines of the correction, orientation and stabilization system, fuel tanks and working fluid supply lines, two wings of folding solar panels installed symmetrically to the longitudinal axis of the body. The spacecraft also contains a non-hermetic parallelepiped-shaped instrument container made of flat П, Н and U-shaped honeycomb-panel blocks, with devices located inside. The spacecraft is oriented in near-Earth outer space with its faces made in the form of radiators-emitters, respectively, to the North and South. Devices are installed on the inside of the radiators-emitters, and the outer sides of the radiators-emitters are made with a thermoregulating coating such as a solar reflector. The thermal control system is made according to the passive type and consists of radiator honeycomb panels, including heat pipes and skins, a radiation coating such as an optical solar reflector (OSR) and screen-vacuum thermal insulation (EVTI).

Недостатки данного космического аппарата заключаются в следующем.The disadvantages of this spacecraft are as follows.

1. Приборный контейнер КА образован в виде параллелепипеда путем объединения по механическим и электрическим связям Н-образного, U-образного и П-образного сотопанельных блоков, в каждом из которых теплопередача тепловыми трубами между сотопанелями обеспечивается разобщенно, например для П-образного блока с одной стороны между средней сотопанелью и северным радиатором-излучателем, а с другой стороны между средней сотопанелью и южным радиатором-излучателем. Так как температуры указанных радиаторов-излучателей могут значительно отличаться друг от друга, то, как следствие этого, возникает и большая разница между температурами испарителей их ТТ, что приводит к ухудшению эффективности терморегулирования приборов. При этом во всех блоках осуществляется конструктивная и тепловая увязка всех трех плоских сотопанелей и теплонагруженных приборов и узлов в единую тепловую сеть с помощью различного типа ТТ только в пределах каждого блока, а не всего приборного контейнера в целом.1. The SC instrument container is formed in the form of a parallelepiped by combining mechanical and electrical connections of H-shaped, U-shaped and U-shaped honeycomb blocks, in each of which heat transfer by heat pipes between honeycomb panels is provided separately, for example, for a U-shaped block with one side between the middle honeycomb panel and the northern radiator-emitter, and on the other side between the middle honeycomb panel and the southern radiator-emitter. Since the temperatures of these radiators-emitters can differ significantly from each other, as a result of this, a large difference arises between the temperatures of the evaporators of their HP, which leads to a deterioration in the efficiency of thermal control of devices. At the same time, in all blocks, structural and thermal linkage of all three flat honeycomb panels and heat-loaded devices and nodes into a single heat network is carried out using different types of HP only within each block, and not the entire instrument container as a whole.

2. Компоновка приборного контейнера из Н-образного, U-образного и П-образного блоков не является оптимальной, с точки зрения плотности, т.к. форма внутреннего объема, образованного блоками, предоставляет недостаточную площадь под приборы. При этом такая компоновка приборного контейнера с отсутствием тепловой связи между блоками не позволяет эффективно перераспределять внутренние и внешние тепловые потоки и не обеспечивает достаточную термостабилизацию приборов и оборудования.2. The layout of the instrument container from the H-shaped, U-shaped and U-shaped blocks is not optimal in terms of density, because the shape of the internal volume formed by the blocks provides insufficient space for appliances. At the same time, such an arrangement of the instrument container with no thermal connection between the blocks does not allow efficient redistribution of internal and external heat fluxes and does not provide sufficient thermal stabilization of instruments and equipment.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является теплопередающая панель КА, выполненная секционной и состоящей из жестко соединенных друг с другом отдельных пустотелых секций с тепловыми трубами, выполненными в виде единой герметичной монолитной конструкции (патент RU 2536760, F28D 15/02). Теплопередающая панель содержит металлическую обшивку, внутри которой встроены тепловые трубы.The closest analogue, taken as a prototype, is a heat transfer panel KA, made sectional and consisting of rigidly connected to each other separate hollow sections with heat pipes, made in the form of a single sealed monolithic structure (patent RU 2536760, F28D 15/02). The heat transfer panel contains a metal skin inside which heat pipes are embedded.

Данное техническое решение увеличивает эффективность теплового контакта между охлаждаемым оборудованием и встроенными тепловыми трубами, снижает температурный перепад между источником и стоком тепла, исключает сотовый заполнитель и клей из применяемых материалов, повышает надежность и долговечность конструкции, а также существенно упрощает технологию изготовления приборной панели, которая сочетает в себе тепловые и прочностные функции.This technical solution increases the efficiency of thermal contact between the cooled equipment and the built-in heat pipes, reduces the temperature difference between the heat source and sink, excludes honeycomb core and glue from the materials used, increases the reliability and durability of the structure, and also significantly simplifies the dashboard manufacturing technology, which combines thermal and strength functions.

Тем не менее предложенная конструкция ближайшего аналога обладает следующими недостатками:However, the proposed design of the closest analogue has the following disadvantages:

- тепловой контакт между отдельными секциями обеспечивается механическим стягиванием болтами или шпильками. При этом наряду с применением теплопроводящей пасты требуется обеспечение необходимой плоскостности боковых контактных поверхностей секций, что усложняет конструкцию;- thermal contact between individual sections is ensured by mechanical tightening with bolts or studs. At the same time, along with the use of heat-conducting paste, it is required to ensure the necessary flatness of the side contact surfaces of the sections, which complicates the design;

- конструкция не предусматривает установку поперечных тепловых труб для выравнивания температуры по площади панели. Коллекторная тепловая труба не может обеспечить передачу значительных тепловых потоков при большой длине секций;- the design does not provide for the installation of transverse heat pipes to equalize the temperature over the area of the panel. The collector heat pipe cannot ensure the transfer of significant heat fluxes with long sections;

- механическое стягивание отдельных секций не может обеспечить механической прочности панели, поэтому секции панели дополнительно соединяются друг с другом с помощью фермы, расположенной с наружной стороны обшивки, что усложняет конструкцию и увеличивает ее вес.- mechanical contraction of individual sections cannot provide the mechanical strength of the panel, so the panel sections are additionally connected to each other using a truss located on the outer side of the skin, which complicates the structure and increases its weight.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является увеличение эффективности теплового контакта между охлаждаемым оборудованием и радиационной поверхностью теплопередающей панели, а также равномерное распределение теплового потока по всей поверхности панели.The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency of thermal contact between the cooled equipment and the radiation surface of the heat transfer panel, as well as to uniformly distribute the heat flux over the entire surface of the panel.

Поставленная задача решается тем, что в теплопередающей панели космического аппарата, представляющей собой плоскую герметичную панель, состоящую из двух обшивок, между которыми расположена система тепловых труб, согласно изобретению, система тепловых труб выполнена в виде решетчатой конструкции из изогнутых в форме синусоиды труб, с образованием взаимно пересекающихся основного и резервного контуров, создающих замкнутую испарительно-конденсационную систему, причем свободное пространство внутри обшивок заполнено пенно-композиционным материалом. Обшивки выполнены из алюминиевого сплава или теплопроводного углепластика. Тепловые трубы выполнены из алюминиевого сплава, а их синусоидальную форму обеспечивают применением полуавтоматической или автоматической гибки и последующей контактной сварки.The problem is solved by the fact that in the heat transfer panel of the spacecraft, which is a flat sealed panel, consisting of two skins, between which there is a heat pipe system, according to the invention, the heat pipe system is made in the form of a lattice structure of pipes bent in the form of a sinusoid, with the formation mutually intersecting main and reserve circuits, creating a closed evaporative-condensation system, and the free space inside the skins is filled with foam-composite material. The skins are made of aluminum alloy or heat-conducting carbon fiber. Heat pipes are made of aluminum alloy, and their sinusoidal shape is provided by semi-automatic or automatic bending and subsequent resistance welding.

В качестве пенно-композиционного материала используют сплав AZ91, либо фомалюм, либо другие пенометаллы.As a foam-composite material, AZ91 alloy, or fomalum, or other foam metals are used.

Для крепления блоков приборов применяют закладные элементы, устанавливаемые внутри теплопередающей панели.To fix the instrument blocks, embedded elements are used, installed inside the heat transfer panel.

Технический результат достигается за счет выполнения в теплопередающей панели системы тепловых труб в виде решетчатой конструкции из изогнутых в форме синусоиды труб, с образованием взаимно пересекающихся основного и резервного контуров, что обеспечивает увеличение площади теплового контакта между обшивками и способствует выравниванию температурного поля в целом по панели и повышению эффективности теплоотвода. Синусоидальная форма трубок обеспечивает доставку теплоносителя от зоны нагрева приборов в зону отдачи тепла, при соприкосновении с этими зонами амплитудных точек синусоиды.The technical result is achieved due to the implementation in the heat transfer panel of a heat pipe system in the form of a lattice structure of pipes bent in the form of a sinusoid, with the formation of mutually intersecting main and backup circuits, which ensures an increase in the area of thermal contact between the skins and helps to equalize the temperature field as a whole over the panel and increase the efficiency of heat dissipation. The sinusoidal shape of the tubes ensures the delivery of the coolant from the heating zone of the devices to the heat transfer zone, in contact with these zones of the amplitude points of the sinusoid.

Сущность изобретения поясняется эскизами, на которых:The essence of the invention is illustrated by sketches, on which:

На фиг. 1 показана заявляемая теплопередающая панель без передней обшивки.In FIG. 1 shows an inventive heat transfer panel without a front skin.

На фиг. 2 показан вид сбоку на теплопередающую панель без обшивок.In FIG. 2 shows a side view of a heat transfer panel without skins.

На фиг. 2а показаны тепловые трубы на участке пересечения продольного и поперечного направлений тепловых труб.In FIG. 2a shows the heat pipes at the intersection of the longitudinal and transverse directions of the heat pipes.

На фиг. 3 представлен участок системы тепловых труб синусоидальной формы (без пересечения).In FIG. 3 shows a section of a sinusoidal heat pipe system (without crossing).

Теплопередающая панель (фиг. 1) выполнена в виде двух плоских обшивок 1. Материал обшивок - алюминиевый сплав или теплопроводный углепластик. Система тепловых труб выполнена в виде решетчатой конструкции, образованной пересекающимися в продольном и поперечном направлениях тепловыми трубами 3, имеющими волнообразную синусоидальную форму (фиг. 3). Решетчатая конструкция позволяет создать взаимно перекрещивающиеся каналы из тепловых труб, внутри которых расположены фитили. На фиг. 2а показаны тепловые трубы на участке пересечения продольного и поперечного направлений, имеющие внутренний диаметр - d1, внешний диаметр - D2; размеры подбираются исходя из условия работоспособности тепловых труб, использующих капиллярный механизм транспортировки конденсата. На фиг. 2 показано взаимное перекрещивание каналов тепловых труб, которые составлены из типовых участков (фиг. 3). Потери давления в тепловой трубе компенсируются капиллярным давлением и поэтому не могут превышать максимального капиллярного давления. Система тепловых труб сформирована из основного и резервного теплового контуров 2. Синусоидальную форму трубам из алюминиевого сплава придают, используя полуавтоматическую или автоматическую гибку и контактную сварку. Свободное пространство внутри обшивок заполнено пенно-композиционным материалом 4 с высокими теплопередающими и прочностными свойствами, например, сплав AZ91 или фомалюм, либо другие пенометаллы, придающие прочностные свойства панели и служащие для монтажа приборов КА при помощи закладных элементов. Применение в теплопередающей панели пенно-композиционных материалов позволяет исключить применение сотовых заполнителей и клея, и, следовательно, обеспечить лучший тепловой контакт и снизить загазованность.The heat transfer panel (Fig. 1) is made in the form of two flat skins 1. The material of the skins is aluminum alloy or heat-conducting carbon fiber. The heat pipe system is made in the form of a lattice structure formed by heat pipes 3 intersecting in the longitudinal and transverse directions, having a wave-like sinusoidal shape (Fig. 3). Lattice design allows you to create mutually intersecting channels of heat pipes, inside which the wicks are located. In FIG. 2a shows heat pipes at the intersection of the longitudinal and transverse directions, having an inner diameter of d1, an outer diameter of D2; dimensions are selected based on the condition of the heat pipes operability, using the capillary mechanism of condensate transportation. In FIG. 2 shows the mutual crossing of the channels of heat pipes, which are composed of typical sections (Fig. 3). The pressure loss in the heat pipe is compensated by the capillary pressure and therefore cannot exceed the maximum capillary pressure. The heat pipe system is formed from the main and backup thermal circuits 2. Aluminum alloy pipes are shaped sinusoidally using semi-automatic or automatic bending and resistance welding. The free space inside the skins is filled with foam-composite material 4 with high heat transfer and strength properties, for example, AZ91 alloy or fomalum, or other foam metals, which impart strength properties to the panel and serve for mounting spacecraft devices using embedded elements. The use of foam-composite materials in the heat transfer panel makes it possible to eliminate the use of honeycomb cores and glue, and, therefore, provide better thermal contact and reduce gas pollution.

Размеры теплопередающей панели ограничены конструктивными размерами рабочей зоны приборного блока.The dimensions of the heat transfer panel are limited by the design dimensions of the working area of the instrument unit.

Теплопередача в предлагаемой панели происходит следующим образом.Heat transfer in the proposed panel occurs as follows.

1. Внутренняя структура теплопередающей панели позволяет теплоносителю свободно перемещаться по всей плоскости панели внутри пересекающихся в продольном и поперечном направлениях крестообразно расположенных тепловых труб с фитилями (фиг. 1). Соединение тепловых труб в волнообразный решетчатый контур обеспечивает двойное резервирование замкнутой испарительно-конденсационной системе. Двойное резервирование обеспечивается укладкой соседних тепловых труб «в противофазе» с попеременным чередованием амплитудных точек синусоиды в теплой и холодной зонах. В качестве рабочей жидкости используется аммиак. Перенос тепла по панели осуществляется за счет движения рабочей жидкости от области нагрева к области конденсации за счет естественной конвекции по фитилям, уложенным в тепловые трубы. При нагреве жидкий теплоноситель начинает испаряться и в виде пара двигается в зону охлаждения, затем конденсируясь, по фитилю в виде жидкости перемещается снова к зоне нагрева, таким образом распределяя тепло по панели. Тепловые трубы соединены между собой в волнообразный решетчатый контур с двойным резервированием, образуя единую замкнутую испарительно-конденсационную систему. Движение рабочего вещества осуществляется за счет капиллярных сил, что не требует использования насосов и сложных контуров для перекачивания охлаждающей жидкости. Максимальный капиллярный напор фитиля должен превышать сумму давлений, возникающих в жидкости, движущейся по фитилю, и в паре, движущемуся по паровым каналам. Если это условие не выполняется, фитиль, находящийся под тепловыделяющим элементом, осушается, и эффективная теплопроводность панели резко падает. Отвод тепла осуществляется радиационной поверхностью одной из обшивок теплопередающей панели.1. The internal structure of the heat transfer panel allows the heat carrier to move freely over the entire plane of the panel inside cross-shaped heat pipes with wicks intersecting in the longitudinal and transverse directions (Fig. 1). The connection of heat pipes into a wave-like lattice circuit provides double redundancy for a closed evaporation-condensation system. Double redundancy is ensured by laying adjacent heat pipes "in antiphase" with alternating alternation of the amplitude points of the sinusoid in the warm and cold zones. Ammonia is used as the working fluid. Heat transfer across the panel is carried out due to the movement of the working fluid from the heating area to the condensation area due to natural convection along the wicks laid in the heat pipes. When heated, the liquid coolant begins to evaporate and moves in the form of steam into the cooling zone, then condensing, it moves again through the wick in the form of a liquid to the heating zone, thus distributing heat over the panel. The heat pipes are connected to each other in a wave-like lattice circuit with double redundancy, forming a single closed evaporative-condensation system. The movement of the working substance is carried out due to capillary forces, which does not require the use of pumps and complex circuits for pumping coolant. The maximum capillary head of the wick must exceed the sum of the pressures arising in the liquid moving through the wick and in the vapor moving through the steam channels. If this condition is not met, the wick located under the fuel element is dried out, and the effective thermal conductivity of the panel drops sharply. Heat removal is carried out by the radiation surface of one of the skins of the heat transfer panel.

Главное преимущество заявленной теплопередающей панели с фазовым переходом состоит в высокоэффективной системе отвода тепла и равномерного распределения температуры по поверхности панели с разницей до 5°С.The main advantage of the claimed heat transfer panel with a phase change is a highly efficient system of heat removal and uniform temperature distribution over the surface of the panel with a difference of up to 5°C.

Заявляемая теплопередающая панель обладает увеличенной эффективностью теплового контакта между охлаждаемым оборудованием и радиационной поверхностью теплопередающей панели, а также обеспечивает равномерное распределение теплового потока по всей поверхности панели, достигая при этом упрощения конструкции и уменьшения веса, а также повышения прочности и надежности конструкции.The inventive heat transfer panel has an increased efficiency of thermal contact between the cooled equipment and the radiation surface of the heat transfer panel, and also provides a uniform distribution of heat flow over the entire surface of the panel, while achieving structural simplification and weight reduction, as well as increasing the strength and reliability of the structure.

Claims (5)

1. Теплопередающая панель космического аппарата, представляющая собой плоскую герметичную панель, состоящую из двух обшивок, между которыми расположена система тепловых труб, отличающаяся тем, что система тепловых труб выполнена в виде решетчатой конструкции из изогнутых в форме синусоиды труб, с образованием взаимно пересекающихся основного и резервного контуров, создающих замкнутую испарительно-конденсационную систему, причем свободное пространство внутри обшивок заполнено пенно-композиционным материалом.1. The heat transfer panel of the spacecraft, which is a flat sealed panel, consisting of two skins, between which there is a heat pipe system, characterized in that the heat pipe system is made in the form of a lattice structure of pipes bent in the form of a sinusoid, with the formation of mutually intersecting main and reserve circuits that create a closed evaporative-condensation system, and the free space inside the skins is filled with foam-composite material. 2. Теплопередающая панель по п. 1, отличающаяся тем, что обшивки выполнены из алюминиевого сплава или теплопроводного углепластика.2. Heat transfer panel according to claim 1, characterized in that the skins are made of aluminum alloy or heat-conducting carbon fiber. 3. Теплопередающая панель по п. 1, отличающаяся тем, что тепловые трубы выполнены из алюминиевого сплава, а их синусоидальную форму обеспечивают применением полуавтоматической или автоматической гибки и последующей контактной сварки.3. Heat transfer panel according to claim 1, characterized in that the heat pipes are made of aluminum alloy, and their sinusoidal shape is provided by the use of semi-automatic or automatic bending and subsequent resistance welding. 4. Теплопередающая панель по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве пенно-композиционного материала используют сплав AZ91, либо фомалюм, либо другие пенометаллы.4. Heat transfer panel according to claim 1, characterized in that AZ91 alloy, or fomalum, or other foam metals are used as a foam-composite material. 5. Теплопередающая панель по п. 1, отличающаяся тем, что для крепления блоков приборов применяют закладные элементы, устанавливаемые внутри теплопередающей панели.5. The heat transfer panel according to claim 1, characterized in that embedded elements installed inside the heat transfer panel are used to fasten the instrument clusters.
RU2020142639A 2020-12-22 2020-12-22 Heat transfer panel of a space vehicle RU2763353C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142639A RU2763353C1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Heat transfer panel of a space vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142639A RU2763353C1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Heat transfer panel of a space vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2763353C1 true RU2763353C1 (en) 2021-12-28

Family

ID=80039813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020142639A RU2763353C1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Heat transfer panel of a space vehicle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2763353C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798644C1 (en) * 2022-12-24 2023-06-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Hybrid design radiant heat exchanger

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2092398C1 (en) * 1995-10-24 1997-10-10 Научно-производственное объединение прикладной механики Module-construction space vehicle
US5682943A (en) * 1994-08-10 1997-11-04 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Honeycomb sandwich panel with built in heat pipes
GB2366612A (en) * 2000-07-24 2002-03-13 Loral Space Systems Inc Heat dissipating apparatus for spacecraft using heat pipes
RU2323859C1 (en) * 2006-08-07 2008-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" Method of thermoregulation of spacecraft and device for its drying
US7614443B2 (en) * 2005-09-09 2009-11-10 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Limited Heat exchanger tube
RU2536760C1 (en) * 2013-11-20 2014-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Heat transfer panel of space vehicle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5682943A (en) * 1994-08-10 1997-11-04 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Honeycomb sandwich panel with built in heat pipes
RU2092398C1 (en) * 1995-10-24 1997-10-10 Научно-производственное объединение прикладной механики Module-construction space vehicle
GB2366612A (en) * 2000-07-24 2002-03-13 Loral Space Systems Inc Heat dissipating apparatus for spacecraft using heat pipes
US7614443B2 (en) * 2005-09-09 2009-11-10 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Limited Heat exchanger tube
RU2323859C1 (en) * 2006-08-07 2008-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" Method of thermoregulation of spacecraft and device for its drying
RU2536760C1 (en) * 2013-11-20 2014-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Heat transfer panel of space vehicle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798644C1 (en) * 2022-12-24 2023-06-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Hybrid design radiant heat exchanger
RU2809868C1 (en) * 2023-03-17 2023-12-19 Общество с ограниченной ответственностью "Авиатехснаб" Device of hydraulic system of small hydraulic unit and method of its application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110209864A1 (en) Thermal control device with network of interconnected capillary heat pipes
US4470450A (en) Pump-assisted heat pipe
US8921702B1 (en) Microtruss based thermal plane structures and microelectronics and printed wiring board embodiments
Blet et al. Heats pipes for temperature homogenization: A literature review
ES2341057T3 (en) THERMAL CONTROL DEVICE BOARDED ON BOARD OF A VEHICLE.
US10225953B2 (en) Vehicle thermal management system
US9546826B1 (en) Microtruss based thermal heat spreading structures
US8240612B2 (en) Device for controlling the heat flows in a spacecraft and spacecraft equipped with such a device
US4770238A (en) Capillary heat transport and fluid management device
US4492266A (en) Manifolded evaporator for pump-assisted heat pipe
US9902507B2 (en) Artificial satellite and method for filling a tank of propellent gas of said artificial satellite
JP5681487B2 (en) Heat pipe dissipation system and method
WO2010037872A1 (en) Spaceship heat module
US10648678B2 (en) Building-integrated solar energy system
CN104040280A (en) Cooling device
RU2463219C1 (en) Space vehicle
SE417448B (en) MODULE FOR BUILDING A DOUBLE-OPERATING, FOUR-CYCLE-STIRLING ENGINE
CN105043145A (en) Transmitting-centralized heat management device for heating instruments of long-endurance aircraft
RU2763353C1 (en) Heat transfer panel of a space vehicle
CN104833248A (en) Lunar vehicle radiation radiator
RU130299U1 (en) HEATING REGIME SYSTEM FOR PRECISION SPACE VEHICLES
Ku et al. Capillary pumped loop GAS and Hitchhiker flight experiments
US20200049053A1 (en) System for efficient heat recovery and method thereof
RU2487063C2 (en) Landing lunar module instrument compartment thermal control system
RU2369537C2 (en) Method of assembling spacecraft