RU2784226C1 - Refrigerator-emitter of the spacecraft - Google Patents

Refrigerator-emitter of the spacecraft Download PDF

Info

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
Application number
RU2022121263A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Георгиевич Еремин
Мария Олеговна Ромашова
Елена Леонардовна Ромадова
Александр Павлович Белоглазов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Application granted granted Critical
Publication of RU2784226C1 publication Critical patent/RU2784226C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: spacecraft equipment.
SUBSTANCE: device is designed to provide heat removal from the spacecraft equipment. The radiator-radiator, which is a panel, consists of a collector with a layer of carbon fiber wound between the heat pipes inserted into it, and a shell of heat-conducting carbon pitch fiber is put on each heat pipe installed in the collector with a coolant flowing through it, to which, through the layer high-temperature compound based on coal tar pitch, a heat-conducting carbon sheet is attached, forming a heat-radiating surface of the radiator-radiator.
EFFECT: mass of the cooler-radiator of the system for ensuring the thermal regime of the spacecraft decreases with an increase in the effective heat release.
2 cl, 1 dwg

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 heat pipes 2 inserted into it from two sides in a checkerboard pattern. A layer of carbon fiber is wound on the collector between the heat pipes 3 with carbonized binder. The heat pipes 2 are covered with thin-walled shells 4 made of heat-conducting pitch carbon fiber (with a thermal conductivity of more than 500 W/m K). Heat-conducting carbon fabric 6 (with thermal conductivity of more than 500 W/m K) and density of 1.7 g/cm 3 ) is attached to the shell through a layer of high-temperature carbon compound based on coal tar pitch 5, forming a heat-radiating surface of the radiator cooler.

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 shell 4 made of heat-conductive carbon composite material, put on the heat pipe 2 during heating, allows the pipe to expand and elongate relative to the carbon heat-conductive shell, and by increasing its diameter to connect with the carbon heat-conductive shell 4, which expands less intensively due to the lower coefficient of thermal expansion, compared with the coefficient of thermal expansion of a heat pipe made of steel. As a result, thermal contact between the heat-conducting shell 4 and the heat pipe 2 is provided. Attached through a layer of high-temperature carbon compound based on coal tar pitch 5, the heat-conducting carbon web 6 to each carbon-coated heat pipe 2 forms a heat-radiating surface of the radiator cooler.

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)

Холодильник-излучатель, представляющий собой панель, состоящую из коллектора с протекающим внутри него теплоносителем, в коллектор вставлены тепловые трубы с припаянными к ним излучающими медными пластинами, отличающийся тем, что на каждую тепловую трубу, установленную в коллектор, надета оболочка из теплопроводного углеродного пекового волокна, к которой через слой высокотемпературного компаунда на основе каменноугольного пека прикреплено теплопроводное углеродное полотно, образующее теплоизлучающую поверхность холодильника-излучателя, при этом на коллектор между вставленных в него тепловых труб намотано углеродное волокно.Refrigerator-radiator, which is a panel consisting of a collector with a coolant flowing inside it, heat pipes with radiating copper plates soldered to them are inserted into the collector, characterized in that a shell of heat-conducting carbon pitch fiber is put on each heat pipe installed in the collector , 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 refrigerator-emitter, while carbon fiber is wound on the collector between the heat pipes inserted into it.
RU2022121263A 2022-08-04 Refrigerator-emitter of the spacecraft RU2784226C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2784226C1 true RU2784226C1 (en) 2022-11-23

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US5069274A (en) Spacecraft radiator system
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
JP2010024907A (en) Exhaust heat recovery equipment
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
RU2603698C1 (en) Element of spacecraft low-potential energy release device
JPH0642406A (en) Heat jointly supplied power generator and exhaust heat recovery device thereof
JP7032915B2 (en) Nuclear plant and sleeve cooling mechanism
CN214063134U (en) Novel heat shield with multilayer structure
JPH0345297B2 (en)
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
CN211120655U (en) Heat shield for preventing high-radiation heat equipment from radiating outwards