Криогенный экран термооптической вакуумной установки

 

Изобретение относится к вакуумной технике, в частности имитационным установкам, предназначенным для исследований и испытаний оптико-электронных, оптико-механических устройств, особенно криооптики и ее элементов в условиях вакуума и низких температур. Сущность: экран выполнен в виде плоской панели с каналами для циркуляции хладагента. Кроме того, экран выполнен в виде двух тонкостенных зигованных обечаек. Причем обечайки герметично соединены между собой по торцевым кромкам с образованием между ними зазора для свободной циркуляции хладагента. Технический результат: снижение расхода хладагента при обеспечении высокой температурной однородности на поверхности экрана. 1 ил.

Изобретение относится к вакуумной технике, в частности имитационным установкам, предназначенным для исследований и испытаний оптико-электронных, оптико-механических устройств, особенно криооптики и ее элементов в условиях вакуума и низких температур.

Предлагаемое техническое решение целесообразно использовать и в других областях промышленности, где требуются исследования и испытания изделий и приборов в указанных условиях.

Дальнейшее развитие космонавтики связано с расширением применения на космических аппаратах (КА) охлаждаемых до криогенных температур оптико-электронных устройств, в частности, на основе металлооптики, в качестве сверхчувствительных приемников излучений, особенно в ИК-спектре.

Требования высокой надежности указанных устройств определяют необходимость их всестороннего исследования и испытания в термооптических вакуумных установках, имитирующих главные факторы условий их эксплуатации, основными из которых являются глубокий вакуум и низкотемпературное окружение.

Для определения предельной чувствительности охлаждаемых до криогенных температур оптико-электронных приемников излучений требуется создание однородного низкотемпературного окружения - вплоть до температуры жидкого гелия.

Имитационные установки известны из описаний к авт. свид. №343075, 391286, 445203, 444001, М.кл. F 04 В 37/08, патентам США №3262279, 3352122, Кл. 62-45, 3338063, 3360949, 3797264, 4009585, кл. 65-55.5, патентам ФРГ №1503677, М.кл. F 04 B 37/06, 1628440, М.кл. F 04 В 37/08, 1937821, F 04 B, 1620192, G 01 K, патентам Франции №1322147, 1389666, Кл. В 64 G, заявке Швейцарии №13812 от 22.09.1966 г. Известны также технические решения, приведенные в работах: И.Б.Данилов, В.Е.Кейлин, А.И.Сербии. Новые направления криогенной техники. - М.: Мир, 1966, с.176-197; В.Г.Фастовский, Ю.В.Петровский, Е.А.Ровинский. Криогенная техника. - М., Энергия, 1967 г., с.39-46; Л.В.Козлов, М.Д.Нусинов. Моделирование тепловых режимов космического аппарата и окружающей среды. М.: Машиностроение, 1971, с.214-358.

В качестве прототипа из приведенных аналогов принимаем техническое решение по авт. свид. СССР №444001, М.кл. F 04 B 37/08.

В прототипе, как и в аналогах, теплозащитные и криогенные экраны выполняются трубчатой конструкции, в которой имеются нижний и верхний коллекторы, соединенные между собой для циркуляции криогенного теплоносителя расположенными по периферии вакуумной камеры оребренными трубами или трубами, соединенными между собой теплопроводящими жалюзи или экранами.

Недостатком таких технических решений является наличие множества сварных и паяных соединений между коллекторами и трубами, что снижает надежность герметичности соединений, сложность изготовления и металлоемкость конструкции, следовательно, высокая теплоемкость, что приводит к повышенным затратам криогенного теплоносителя в режиме захолаживания.

Недостатком является также температурная неоднородность на поверхности охлаждаемых экранов, величина которой определяется теплопроводностью экранов или жалюзи, соединяющих смежные трубы, или на закрылках оребренных труб.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности герметичности криогенных экранов за счет сокращения количества сварных или паяных соединений, снижение расхода криогенного теплоносителя за счет уменьшения металлоемкости экранов и обеспечение высокой температурной однородности на поверхности экранов.

Поставленная цель достигается выполнением криогенных панелей в виде двух герметично соединенных между собой по торцевым кромкам тонкостенных зигованных обечаек, между которыми образован гарантированный зазор для свободной циркуляции криогенного теплоносителя.

На чертеже показана принципиальная схема термооптической вакуумной установки.

Пример конкретного выполнения.

Термооптическая вакуумная установка содержит вакуумную камеру 1, расположенные в ней теплозащитный экран 2, охлаждаемый, как правило, жидким азотом, криогенный экран 3, охлаждаемый преимущественно жидким гелием, установленное на направляющих 5 исследуемое устройство 4.

Вне вакуумной камеры напротив оптического иллюминатора 8 установлен контрольно-измерительный прибор 6 (лазерный интерферометр). Для создания вакуума с камерой соединена вакуумная система 7. На торцах экранов 2 и 3 установлены съемные переменные экраны 9.

Термооптическая вакуумная установка монтируется, как правило, на виброизолированных основаниях.

При проведении исследований и испытаний крышка камеры 1 открывается, снимаются съемные экраны 9, исследуемое устройство 4 устанавливается на направляющих 5, закрепляются экраны 9, камера 1 герметизируется, вакуумной системой 7 в камере создается вакуум и начинается захолаживание теплозащитного экрана 2, затем криогенного экрана 3. После выхода на вакуумный и температурный режим проводятся исследования устройства 4, при этом на него может подаваться криогенный теплоноситель.

Исследования проводятся с помощью прибора 6 с использованием иллюминатора 8.

После проведения исследований прекращается подача криогенного теплоносителя на исследуемое устройство, затем в криогенные экраны, далее в теплозащитные экраны.

При достижении температуры охлаждаемых поверхностей до температуры окружающего воздуха прекращается работа вакуумной системы 7.

В камеру напускается сухой газ до атмосферного давления, после чего открываются загрузочные люки и извлекается исследуемое устройство.

Выполнение теплозащитных и криогенных экранов в виде двух герметично соединенных по торцам тонкостенных зигованных обечаек позволяет резко сократить количество сварных и паяных соединений и таким образом повысить надежность герметичности экранов, уменьшить металлоемкость путем обеспечения жесткости тонкостенных обечаек зиговкой и обеспечить температурную однородность за счет свободной циркуляции криогенного теплоносителя в экранах в силу образованных между тонкостенными обечайками гарантированных зазоров. Таким образом достигается повышение надежности герметичности, снижается расход криогенной жидкости за счет уменьшения теплоемкости экранов и обеспечивается высокая температурная однородность на поверхности криогенных экранов.

Формула изобретения

Криогенный экран термостатической вакуумной установки, выполненный в виде плоской панели с каналами для циркуляции хладагента, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода хладагента при обеспечении высокой температурной однородности на поверхности экрана, он выполнен в виде двух герметично соединенных между собой по торцевым кромкам тонкостенных зигованных обечаек с образованием между ними зазора для свободной циркуляции хладагента.

РИСУНКИ