Способ проведения тепловых испытаний изделий в условиях, эквивалентных марсианским

 

Изобретение относится к технологии наземной отработки (в термобарокамерах) марсоходов и других изделий, предназначенных для работы и пребывания на поверхности Марса, к способам моделирования их температурного режима Техническая задача - улучшение условий испытаний путем исключения вероятности десублимации газа в термобарокамере, уменьшения фоновых тепловыделений и расхода хладагента Способ проведения тепловых испытаний изделий в условиях, эквивалентных марсианским, заключается в имитации натурных тепловых потоков в термобарокамере в газовой среде с пониженным давлением. При этом испытания проводят в газовой среде с содержанием аргона не менее 95%. При давлении средь1 в камере Р {0.3-1.0) кПа 0,3 - 1,0 кПа. соответствующем условиям на Марсе, и указанной модельной среде возможно воспроизведение в камере любых низких температур, соответствующих натурным (до 150 К) в связи с отсутствием явления десублимации аргона В частном случае, когда поддержание давлени Р d указанном диапазоне затруднительно, испытания проводят при Р (02-1.7) кПа 02 - 1,7 кПа. 1 зя ф-лы, 1 табл, 1 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ - Э

CD

CO

CQ

00

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5039424/23 (22) 14.04.92 (46) 30.10.93 Бюл. Йа 39 — 40 (76) Вайсфельд Леонид Оскарович; Кислое Михаил

Иванович; Плохих Виктор Никифорович; Поршнев

Геннадий Павлович; Семенов Александр Георгиевич (54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ, ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАРСИАНСКИМ (57) Изобретение относится к технологии наземной отработки (в термобарокамерах) марсоходов и других изделий, предназначенных для работы и пребывания на поверхности Марса, к способам моделирования их температурного режима Техническая задача — улучшение условий испытаний путем исключения вероятности десублимации газа в термобарокамере, уменьшения фоновых тепловы(в) Щ„((и) 2001848 Cl (51) 5 B64G7 00 делений и расхода хпадагента Способ проведения тепловых испытаний изделий в условиях эквивалентных марсианским, эаключаетсл в имитации натурных тепловых потоков в термобарокамере в газовой среде с пониженным давлением. При этом испытания проводят в газовой среде с содержанием аргона не менее 95%. При давлении средь, в камере P =(0.3-1.0) кПа = 0,3 — 1,0 кПа, соответстн вующем условиям на Марсе, и укаэанной модельной среде возможно воспроизведение в камере любых низких температур, соответствукхцих натурным (до

150 К) в связи с отсутствием явления десублимации аргона. В частном случае, когда поддержание давпени P а укаэанном диапазоне затруднительно, исК пытанил проводят при P =(02-1.7) кПа - 0,2 — 1,7

К кПа. 1 эп ф-лы,1 табл.1 ил.

20018п8

Иэобре3ение относится к способам наземной отработки (в термобзрокамерах) температурных режимов работы и пребыванил иэделий нз поверхности Марса, е частности мзрсоходов.

Атмосфера наД поверхностью Марса на

95% состои г из двуокиси углерода (С02) и на

1,5 из аргона (Аг), при этом давление составляет 0,3 — 1,0 кПа, а температура достигает 150 К, При имитации указанных условий в термобарокэмере с целью проведения тепловых (климатических) испытаний изделий воспроизведение необходимых низких температур, з также давления и состава газовой среды затрупнены (а е ряде случаев невозможны) в селзн с явлением десублимации (конденсации е твердое агрегатное состояние, еыморзжиоанил) СО2 на криоэкранах, подводах хладагента и других эахолаживаемых жидкими газами деталях термобарокамеры при температуре Т ниже минимальной температуры существования газообразной фазы CO> (T.ð). В указанном диапазоне давлении Ткр =153 К.

Поскольку температура иэделия зависит От величины давления газа, е принципе еозмо>кнз замена COz иным газом или

cMccl,to гззол (е частности. сухим воздухом) с Одновременным изменением давления из услоеил посгоянстеа температуры иэделия.

Однако расчетно-теоретические оценки такого перехода затруднены, особенно е условиях отсутствия необходимых для этого данных о теплофиэических характеристиках

СО2 и ееролт 1ых газов-заменителей. Кроме того. достоверность расчетных данных требует экспериментального подтверждения. Поэтому иэделия испытывают в среде

СО2, но при несколько повышенных температурах, ззхолзжиеая криоэкраны парами жидкого хладзгента (бй2), а не его жидкой фазой LN2, Осущестеля:от принудительный нагРев зон с Т Т,р. ИспольэУемый ДлЯ соэдзнил атмосферы е камере гаэ (в баллоне) содержит не зеленее 95, СО2 (пищееой или не менее 98;ь СО2 (технический). Иногда его дополнительно очищают вымораживанием с последующим нагревом.

Цель изобретения — улучшение условий испытаний путем исключения вероятности десублимации газа, уменьшения фоновых теплоеыделений и расхода хладагента. Это позволит осуществлять наземные испытания марсоходое и других иэделий, предназначенных для эксплуатации в марсианских условиях, е экстремальных "холодных" режимах, упростить технологию испытаний (облегчить контроль и управление процесса5

55 ми в условиях низких температур). повысить тем самым надежность изделий.

Цель достигается тем. что ffo способу проведения тепловых испытаний изделий в условиях, эквивалентных марсианским, заключающемуся в имитации натурных тепловых потоков и температур в термобарокамере в газовой среде с пониженным давлением, испытания проводят в газовой среде с содержанием аргона не менее 95,ь.

Цель достигается также тем, что по способу с перечисленными существенными признаками испытания проводят при давлении газовой среды 0,2 — 1,7 кПа (частный случай совокупности признаков способа).

Способ обеспечивает достижение поставленной цели именно эа счет совокупности перечисленных признаков, отличной от известных, в том числе прототипа.

На чертеже показана зависимость температурного режима характерного объекта испытаний от давления газовой среды с аргоном.

Конкретным примером реализации заявляемого способа, доказывающим возможность осуществления изобретения, могут служить испытания теплового макета мотора- колеса марсохода (TMMK). При этом может использоваться любая термобарокамера с рабочим объемом не менее 0,25 м без средств защиты от десублимации (т,е. беэ нагревателей и криоэлементах) или с ними, но без их использования, Камеру с установленным в ней ТММК

Зерметиэируют. вакуумируют и заполняют (от стандартного баллона с содержанием аргона свыше 95;ь) аргоном до давления 0,3—

1.0 кПа в соответствии с давлением среды над поверхностью Марса. С учетом неидеальной откачки воздуха в рабочем обьеме камеры образуется среда с содержанием Ar не менее 95 $. Возможно принудительное повышение процентного содержания Ar e камере за счет практикуемой в технике (технологии) испытаний "промывки" камеры рабочим газом: аргон напускают до большего давления, например 20 кПа, и вместе с остаточным (после первичного вакуумирования) воздухом откачивают, после чего вновь эаflollHAIoT камеру аргоном уже до давления

0,3 — 1,0 кПа. Заполняют криоэкраны жидким азотом, поддерживая или получая с помощью внешних и внутренних нагревателей объекта испытаний заданную температуру (начальную) последнего. На этом подготовительные операции завершаются (подготовлены условия испытаний) и проводят собственно испытания: включают внешние излучатели (имитаторы тепловых потоков.

2001848

Температурные режимы TMMK в различных газовых средах при температуре среды от 270 до 271 К, температуре криоэкранов 243 2 К, давлении газа 2 кПа,.тепловыделении во внутреннем оборудовании ТММК 10,5 Вт

Установившаяся (стационарная) температура выделенной зоны ТММК, К, в с ее

Разность значений температуры при

СОр и Ar, град

Зона ТММК

Обозначение температуры

Опорные стойки

Корпус

Привод

Пе его о ка

258

266,5

274,5

282,5 минус 0,5

0,5

0,5

Ti

Tz

Тз

Т4

257,5

267

283,5

Теплоизоляция внутреннего обо ования

295,5

Т5

294,5

0,5 снаружи

328

326,5

Т6

1,5 анти

346

Вн т еннее обо ование

Тт

345 солнечного излучения. планетного излучения и т.д.) и источники тепловыделения в объекте(по заданной циклограмме), имитируя тем самым натурные тепловые потоки и температуру (криозкранов. посадочных мест и т.д.) в термобарокамере. Как следует из сравнения экспериментальных данных (см. таблицу) для двух различных сред, температурный режим объекта испытаний (как результат его тепловых испытаний) в данных условиях практически не отличается в пределах точности измерений температуры

+2 К от аналогичного режима в среде. содержащей 95-98 СОг. Однако более низкая в сравнении с СО2 вне диапазона марсианских температур температура десублимации Ar исключает вероятность десублимации газа иэ модельной среды. не требуется подогрев поверхностей в камере, охлаждающихся до Ткр и ниже.

Учитывая влияние давления газовой среды на температурный режим объекта исФормула изобретения

1. СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ

ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ, ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАРСИАНСКИМ, заключающийся в имитации натурных тепловых потоков и температур в пьпаний (см. чертеж), давление в камере (P ) в процессе испытаний можно изменять в пределах оТ 0,2 до 1.7 кПа, Указанный диапазон определен по допустимому в пре5 делах точности измерения температуры ++.2

К диапазону изменения температуры Тт (для

Т1-Тбдопустимый диапазон давления шире).

Таким образом, замена среды преимущественно с СОр средой преимущественно

"0 с Ar в указанном диапазоне давлений практически не искажает результаты тепловых испытаний даже таких конструктивно сложных, характерных для планетоходов и аналогичной космической техники изделий, как мотор-колесо марсохода и его тепловой макет. (56) Инженерная модель Марса. М., Институт космических исследований, 1987.

20 Планетоходы./Под ред. А,Л. Кемурджиана. — M. Машиностроение, 1982, с. 253259. термобарокамере в газовой среде с пониженным давлением, отличающийся тем, что испытания проводят в газовой среде с содержанием аргона не менее 95%.

2, Способ по п.1, отличающийся тем, что испытания проводят при давлении газовой среды 0,2 - 1,7 кПа.

ДУРИ1ДРРДДДИИ!, КИВИ!ИВ г1 1ИИИИ!, ИВИйй @ г1 !ИИИИ1, ИИВИ!ЮР г l) ЛйИВИИИ! ,, ЙВВйвИ1Г ГФ 6г,1ИИИИ1

"., ИИИИ1Й1 гг .ИИИИ! ,, ииии1ай //01ииИИ1 ; @ииИ1иь tjilnlaaaal

, Ивйй1% г11ИИИИ1, ИИИ ВИИ / г 1ЖЕИИ!, ффйй1фф ) )1ффИИ! ,, ыййййый лг йИИИИ! . ИиИИ1иМИЯИиИИ!

У

° ° 9