RU2784226C1 - Refrigerator-emitter of the spacecraft - Google Patents
Refrigerator-emitter of the spacecraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2784226C1 RU2784226C1 RU2022121263A RU2022121263A RU2784226C1 RU 2784226 C1 RU2784226 C1 RU 2784226C1 RU 2022121263 A RU2022121263 A RU 2022121263A RU 2022121263 A RU2022121263 A RU 2022121263A RU 2784226 C1 RU2784226 C1 RU 2784226C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- collector
- radiator
- spacecraft
- carbon
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011294 coal tar pitch Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000011304 carbon pitch Substances 0.000 claims abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение предназначено для использования в космических аппаратах (КА), снабженных системой обеспечения теплового режима для функционирования находящейся в них электронной аппаратуры.The invention is intended for use in spacecraft (SC) equipped with a thermal regime for the operation of the electronic equipment located in them.
Известен ряд конструкций систем обеспечения теплового режима, в которых требуемая для функционирования электронной аппаратуры температура достигается путем отвода тепла в космическое пространство тепло-излучающими панелями холодильника излучателя. [Романов А.В. «Теория комплексной оптимизации проектирования космических аппаратов с ядерными термоэмиссионными энергетическими установками»/ Под ред. Б.И. Полетаева, А.П. Ковалева -СПб,: ООО «НПО «Профессионал», 2010.-255 с].A number of designs of systems for providing thermal conditions are known, in which the temperature required for the operation of electronic equipment is achieved by removing heat into outer space by heat-radiating panels of the radiator refrigerator. [Romanov A.V. "Theory of integrated optimization of the design of spacecraft with nuclear thermionic power plants" / Ed. B.I. Poletaeva, A.P. Kovaleva - St. Petersburg: LLC NPO Professional, 2010.-255 s].
Наиболее близким техническим решением, к заявленному, является система обеспечения теплового режима космической ядерной энергетической установки, выполненная в виде панелей холодильника-излучателя (ХИ), представляющих собой металлический коллектор c поперечным сечением эллиптической формы, по которому протекает теплоноситель. В коллектор вставлены с двух сторон в шахматном порядке тепловые трубы с припаянными к ним медными пластинами. Для прочности, в центре коллектора на всю его длину вварена пластина, препятствующая деформации сечения коллектора при его нагреве до рабочей температуры ~ 600°С. [«Космические ядерные энергоустановки и электроракетные двигатели. Конструкция и расчет деталей»: Учебное пособие / П.В. Андреев, А.С. Демидов, Н.И. Ежов и др. - М.: Изд-во МАИ, 2014. - 166-170с.].The closest technical solution to the claimed one is a system for ensuring the thermal regime of a space nuclear power plant, made in the form of refrigerator-radiator (CI) panels, which are a metal collector with an elliptical cross-section through which a coolant flows. Heat pipes with copper plates soldered to them are inserted into the collector from two sides in a checkerboard pattern. For strength, a plate is welded in the center of the collector over its entire length, which prevents deformation of the collector section when it is heated to an operating temperature of ~ 600°C. [“Space nuclear power plants and electric rocket engines. Design and calculation of details ": Textbook / P.V. Andreev, A.S. Demidov, N.I. Ezhov and others - M .: MAI Publishing House, 2014. - 166-170s.].
Недостатком такой конструкции является значительная масса панелей холодильника излучателя, которая составляет более 10 кг/м2 из-за применения в качестве излучающей поверхности медных пластин и относительно толстостенного коллектора более 2 мм с внутренней пластиной.The disadvantage of this design is the significant mass of the emitter refrigerator panels, which is more than 10 kg/m 2 due to the use of copper plates as the radiating surface and a relatively thick-walled collector of more than 2 mm with an inner plate.
Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение - снижение массы ХИ системы обеспечения теплового режима КА.The task to which the claimed invention is directed is to reduce the mass of the CI system for ensuring the thermal regime of the spacecraft.
Этот результат достигается тем, что ХИ системы обеспечения теплового режима КА выполнен в виде коллектора, на который, между вставленных в него тепловых труб, намотано углеродное волокно, а на каждую тепловую трубу, установленную в коллектор с протекающим по нему теплоносителем, надета оболочка из теплопроводного углеродного пекового волокна, к которой через слой высокотемпературного компаунда на основе каменоугольного пека прикреплено теплопроводное углеродное полотно, образующее теплоизлучающую поверхность холодильника излучателя.This result is achieved by the fact that the CI of the system for ensuring the thermal regime of the spacecraft is made in the form of a collector, on which, between the heat pipes inserted into it, carbon fiber is wound, and each heat pipe installed in the collector with a coolant flowing through it is covered with a shell of heat-conducting carbon pitch fiber, to which a heat-conducting carbon sheet is attached through a layer of high-temperature compound based on coal tar pitch, forming a heat-radiating surface of the radiator cooler.
На фигуре 1 представлена конструктивная схема ХИ системы обеспечения теплового режима КА.The figure 1 shows a structural diagram of the CI system for ensuring the thermal regime of the spacecraft.
ХИ системы обеспечения теплового режима КА состоит из панелей, представляющих собой тонкостенный, толщиной стенки ~ 1 мм металлический коллектор 1 c поперечным сечением эллиптической формы и вставленных в него с двух сторон в шахматном порядке тепловых труб 2. На коллектор между тепловыми трубами намотан слой углеродного волокна 3 с карбонизированным связующим. На тепловые трубы 2 надеты тонкостенные оболочки 4, выполненные из теплопроводного, пекового углеродного волокна (с теплопроводностью более 500 Вт/м К). К оболочке через слой углеродного высокотемпературного компаунда на основе каменоугольного пека 5 прикреплено теплопроводное углеродное полотно 6 (с теплопроводностью более 500 Вт/м К) и плотностью 1,7 г\см3), образующее теплоизлучающую поверхность холодильника излучателя.CI of the system for ensuring the thermal regime of the spacecraft consists of panels that are a thin-walled metal collector 1 with a wall thickness of ~ 1 mm with an elliptical cross-section and
Представленная конструкция функционирует следующим образом. Тонкостенный металлический коллектор 1 является своеобразным лейнером, обеспечивающим герметичность системы теплоотвода, а намотанный на него слой углеродного волокна 3 повышает его прочность при нагреве, препятствуя его деформации из-за внутреннего давления теплоносителя. Тем самым, исключается из конструкции коллектора продольная пластина, которая вваривается в центре коллектора на всю его длину, что приводит к уменьшению толщины коллектора. Оболочка 4 из теплопроводного углеродного композиционного материала, надетая на тепловую трубу 2 при нагреве позволяет трубе расширяться и удлиняться относительно углеродной теплопроводной оболочки, и увеличивая свой диаметр соединяться с углеродной теплопроводной оболочкой 4, расширяющейся менее интенсивно ввиду меньшего коэффициента теплового расширения, по сравнению с коэффициентом теплового расширения тепловой трубы, выполненной из стали. В результате обеспечивается тепловой контакт между теплопроводной оболочкой 4 и тепловой трубой 2. Необходимый зазор для теплового контакта тепловой трубы и теплопроводной оболочки обеспечивается технологическим методом намотки на приспособление, имитирующее тепловую трубу. Прикрепленное через слой углеродного высокотемпературного компаунда на основе каменноугольного пека 5 теплопроводное углеродное полотно 6 к каждой покрытой углеродной оболочкой тепловой трубе 2 образует теплоизлучающую поверхность холодильника излучателя.The presented structure works as follows. The thin-walled metal collector 1 is a kind of liner that ensures the tightness of the heat removal system, and the layer of carbon fiber 3 wound around it increases its strength when heated, preventing its deformation due to the internal pressure of the coolant. Thus, a longitudinal plate is excluded from the collector design, which is welded in the center of the collector for its entire length, which leads to a decrease in the thickness of the collector. The
В результате предложенная конструкция ХИ обеспечивает снижение массы. Это является следствием:As a result, the proposed CI design provides weight reduction. This is a consequence:
- намотки углеродного волокна на коллектор, что позволяет снизить толщину оболочки коллектора с 2…2,5 мм до 1мм без потери прочности;- winding carbon fiber on the collector, which allows to reduce the thickness of the collector shell from 2…2.5 mm to 1 mm without loss of strength;
- исключения из конструкции коллектора продольной пластины, препятствующей его деформации;- exclusion from the design of the collector of the longitudinal plate that prevents its deformation;
- применением теплопроводного углеродного композиционного материала теплопроводностью выше (более 500Вт/м К), чем у меди, что позволяет либо уменьшить количество тепловых труб в панели, либо повысить температуру излучающей поверхности и, соответственно, уменьшить площади ХИ;- the use of a thermally conductive carbon composite material with a higher thermal conductivity (more than 500 W/m K) than that of copper, which allows either to reduce the number of heat pipes in the panel or increase the temperature of the radiating surface and, accordingly, reduce the CI area;
- меньшей плотности материала излучающей поверхности (медь - 8,9 г/см3, углеродное теплопроводное волокно - 1,7 г/см3 ).- lower density of the material of the radiating surface (copper - 8.9 g/cm 3 , carbon heat-conducting fiber - 1.7 g/cm 3 ).
Все вместе взятое обеспечивает снижение массы ХИ до 7 кг/м2. All taken together provides a reduction in the weight of CI to 7 kg/m 2 .
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2784226C1 true RU2784226C1 (en) | 2022-11-23 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2088496C1 (en) * | 1995-11-20 | 1997-08-27 | Государственное предприятие "Красная звезда" | Meteoroid protection of heat-transfer agent manifolds of cooler-radiator |
EP2535276B1 (en) * | 2011-06-16 | 2014-07-30 | Astrium GmbH | Space system with a cooled radiator panel |
RU2610732C1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-02-15 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Refrigerator-emitter panel |
EP2740668A3 (en) * | 2012-12-04 | 2017-12-27 | The Boeing Company | Methods and apparatus for performing propulsion operations using electric propulsion systems |
US10407189B1 (en) * | 2016-10-27 | 2019-09-10 | Space Systems/Loral, Llc | Spacecraft exoskeleton truss structure |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2088496C1 (en) * | 1995-11-20 | 1997-08-27 | Государственное предприятие "Красная звезда" | Meteoroid protection of heat-transfer agent manifolds of cooler-radiator |
EP2535276B1 (en) * | 2011-06-16 | 2014-07-30 | Astrium GmbH | Space system with a cooled radiator panel |
EP2740668A3 (en) * | 2012-12-04 | 2017-12-27 | The Boeing Company | Methods and apparatus for performing propulsion operations using electric propulsion systems |
RU2610732C1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-02-15 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Refrigerator-emitter panel |
US10407189B1 (en) * | 2016-10-27 | 2019-09-10 | Space Systems/Loral, Llc | Spacecraft exoskeleton truss structure |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
"Космические ядерные энергоустановки и электроракетные двигатели. Конструкция и расчет деталей": Учебное пособие / П.В. Андреев, А.С. Демидов, Н.И. Ежов и др. - М.: Изд-во МАИ, 2014. - 166-170 с. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3048389B2 (en) | Heat pipe radiator | |
JP2012517579A5 (en) | ||
CN211782947U (en) | Heat pipe, heat sink, and electronic apparatus | |
US11719489B2 (en) | Heat exchanger | |
RU2784226C1 (en) | Refrigerator-emitter of the spacecraft | |
EP2423468A2 (en) | Combined cycle power plant | |
CN107606642A (en) | A kind of spiral coil membrane wall burner hearth and its application | |
KR100862946B1 (en) | Apparatus for recovering waste heat | |
FI61349B (en) | UPPVAERMNINGS- OCH VENTILATIONSANORDNING | |
CA2841559C (en) | Bop heating methods and systems and heat exchange units | |
RU2332818C1 (en) | Cooling device for electronic elements | |
CN1982806A (en) | Solar hot-pipe heat-transferring assembly | |
RU2603698C1 (en) | Element of spacecraft low-potential energy release device | |
JP7032915B2 (en) | Nuclear plant and sleeve cooling mechanism | |
CN214063134U (en) | Novel heat shield with multilayer structure | |
KR100794512B1 (en) | An assembly keeping warmth | |
RU132879U1 (en) | RECOVERABLE REFRIGERATOR HEAT EXCHANGER | |
CN218066019U (en) | Air source heat pump refrigerant directly-expanding heater | |
CN217235550U (en) | Integral type boiler lining structure | |
CN219757078U (en) | Heat pipe type heat exchange device | |
RU208728U1 (en) | Electrosteam heat accumulator | |
CN221278723U (en) | Steam condensate heat tracing device | |
CN210154118U (en) | Heat insulation layer of heat insulation device of solar power generation heat absorber | |
CN211120655U (en) | Heat shield for preventing high-radiation heat equipment from radiating outwards | |
CN216693615U (en) | Water-cooled wall heating surface heat dissipation structure beneficial to heat dissipation |