Способ контроля работы системы терморегулирования

 

Изобретение относится к космической технике, в частности к способам контроля работы систем терморегулирования связных спутников. Способ контроля работы системы терморегулирования включает в себя телеметрические измерения температур теплоносителя при орбитальном функционировании участков жидкостного тракта и сравнение их с допустимыми значениями. Измеряют температуры теплоносителя на входе и выходе из жидкостного тракта охлаждения приборов, ток нагрузки и напряжение питания этих приборов. По полученным данным определяют расход теплоносителя через жидкостной тракт охлаждения. Такой способ контроля работы систем терморегулирования позволяет снизить суммарное гидравлическое сопротивление жидкостного тракта системы. 2 ил.

Изобретение относится к космической технике, в частности к способам контроля работы систем терморегулирования (СТР) связных спутников.

В настоящее время в процессе эксплуатации космического аппарата (например, связного спутника типа "Молния") с целью диагностики и прогнозирования нормального функционирования его проводят периодический контроль работы его систем, в том числе СТР, путем телеметрического измерения показаний соответствующих датчиков, установленных на борту (см. стр. 215 книги: Воронин Г.И. Системы кондиционирования воздуха на летательных аппаратах. М.: "Машиностроение", 1973 г., а также стр. 115 монографии: Андрейчук О.Б., Малахов Н. Н. Тепловые испытания космических аппаратов, М.: "Машиностроение" 1982 г. ). По результатам контроля судят, в частности, о работоспособности СТР в данный момент орбитального функционирования и в перспективе при дальнейшей эксплуатации; при необходимости, основываясь данными вышеуказанного анализа, принимают соответствующее решение о повышении качества изготовления последующей СТР (или о доработке ее, если она изготовлена), чтобы исключить ее преждевременный отказ и обеспечить требуемый срок эксплуатации в условиях орбитального функционирования.

Анализ источников информации по патентной и научно-технической литературе показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является способ контроля работы СТР, изложенный на стр. 215 (второй абзац сверху) книги: Воронин Г.И. Системы кондиционирования воздуха на летательных аппаратах. М., "Машиностроение", 1973 г.

По известному способу применительно к СТР связного спутника (содержащей - см. фиг. 2 - жидкостный тракт 1 и установленные в нем: электронасосный агрегат (ЭНА) 2; тракт охлаждения приборов ретранслятора 3; регулятор расхода теплоносителя 4; радиатор 5; компенсатор объема 6; датчики, соединенные с системой телеметрии, температуры теплоносителя 7 (t1 - t4; например, термометры сопротивления, установленные на поверхностях участков жидкостного тракта) и расхода теплоносителя 8 в жидкостном тракте (содержащий трубку Вентури 8.1 и датчик перепада давлений 8.2)), контроль ее работы в условиях орбитального функционирования осуществляется следующим образом (см. фиг. 2): периодически (например, один раз в течение месяца) проводят телеметрические измерения значений основных параметров, характеризующих работу СТР - расхода теплоносителя в жидкостном тракте, обеспечиваемого ЭНА, и температур теплоносителя участков жидкостного тракта по показаниям соответствующих датчиков поз. 7 и 8, установленных на борту; сравнивают измеренные значения с допустимыми значениями, а также проводят сравнительный анализ с данными предыдущих измерений и судят о работоспособности СТР в данный момент и в перспективе при дальнейшей эксплуатации.

Как показал анализ, проведенный авторами в процессе разработки СТР, обеспечивающей тепловой режим мощного (тепловыделение ретранслятора более 150 Вт) связного спутника на геостационарной орбите в течение длительного срока активного существования (10 лет и более), известный способ обладает существенным недостатком, а именно: известное техническое решение обуславливает неприемлемое повышение суммарного гидравлического сопротивления жидкостного тракта СТР, т.к. для измерения расхода теплоносителя по известному способу в жидкостном тракте СТР необходимо установить, например, трубку Вентури, имеющую относительно высокое гидравлическое сопротивление и увеличивающую суммарное гидравлическое сопротивление жидкостного тракта (для существующих связных спутников гидравлическое сопротивление трубки Вентури составляет 25 - 30% гидравлического сопротивления жидкостных трактов охлаждения ретрансляторов); для мощного связного спутника связи с существенным возрастанием тепловыделений (более 1500 Вт) ретранслятора длина его жидкостного тракта и, следовательно, гидравлическое сопротивление также возрастают; в этом случае для обеспечения в жидкостном тракте заданного расхода (без разработки нового, более мощного, ЭНА и, следовательно, без увеличения энергопотребления и массы СТР за счет этого) гидравлическое сопротивление остального жидкостного тракта должно быть уменьшено на такую же эквивалентную величину; анализ показал, что этого можно добиться, в частности, исключением из состава СТР трубки Вентури - следовательно, расход теплоносителя в жидкостном тракте при контроле работы СТР мощного связного спутника необходимо измерять другим способом.

Таким образом, существенным недостатком известного способа контроля работы СТР является то, что он обуславливает неприемлемое повышение суммарного гидравлического сопротивления ее жидкостного тракта, а также усложнение конструкции СТР.

Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеуказанного существенного недостатка.

Поставленная цель достигается тем, что при контроле измеряют температуры теплоносителя на входе и выходе из жидкостного тракта охлаждения приборов, ток нагрузки и напряжение питания этих приборов и определяют расход теплоносителя через жидкостный тракт охлаждения по соотношению.

где - расход теплоносителя через жидкостный тракт охлаждения приборов, м³/с; I - ток нагрузки приборов, A; U - напряжение питания приборов, B; h - определенная при наземных испытаниях доля потребляемой мощности приборов, превращенная в тепло и переданная теплоносителю, циркулирующему через их жидкостный тракт охлаждения; c - удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг·град; ρ - плотность теплоносителя, кг/м³; t_вых - температура теплоносителя на выходе из жидкостного тракта охлаждения приборов, ^oC; t_вх - температура теплоносителя на входе в жидкостный тракт охлаждения приборов, ^oC, и сравнивают его с допустимым значением,
что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.

В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено, и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом способе.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема реализации предлагаемого технического решения (где поз. 1 - жидкостный тракт СТР и установленные в нем: электронасосный агрегат (ЭНА) 2; тракт охлаждения приборов ретранслятора 3; регулятор расхода теплоносителя 4; радиатор; компенсатор объема 6; датчики температуры теплоносителя 7, например, термометры сопротивления, установленные на поверхностях участков жидкостного тракта, соединенные с системой телеметрии: t_вх, t_вых - на входе и выходе из жидкостного тракта охлаждения приборов ретранслятора, t3 и t4).

Предлагаемый способ контроля работы СТР включает в себя нижеуказанные операции, выполняемые в следующей последовательности (см. фиг. 1):
1. До запуска спутника на орбиту в процессе наземных электрических испытаний его и СТР определяют долю потребляемой мощности приборов (h), превращенную в тепло и переданную теплоносителю, циркулирующему через их жидкостный тракт охлаждения при испытаниях, используя наземные технологические средства (например, для существующих связных спутников h = 0,6-0,8).

2. Во время орбитального функционирования периодически (например, один раз в течение месяца) проводят телеметрические измерения температур теплоносителя на входе и выходе из жидкостного тракта охлаждения приборов, ток нагрузки и напряжение питания этих приборов.

3. Определяют расход теплоносителя через жидкостный тракт охлаждения по соотношению, полученному авторами на основе анализа физических процессов, происходящих в жидкостном тракте в момент контроля работы газожидкостной СТР:

где - расход теплоносителя через жидкостный тракт охлаждения приборов, м³/с;
I - ток нагрузки приборов, A;
U - напряжение питания приборов, B;
h - определенная при наземных испытаниях доля потребляемой мощности приборов, превращенная в тепло и переданная теплоносителю, циркулирующему через их жидкостный тракт охлаждения;
c - удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг·град;
ρ - плотность теплоносителя, кг/м³;
t_вых - температура теплоносителя на выходе из жидкостного тракта охлаждения приборов, ^oC;
t_вх - температура теплоносителя на входе в жидкостный тракт охлаждения приборов, ^oC.

4. Сравнивают значения параметров СТР по вышеуказанным пунктам 2 и 3: температур и расхода теплоносителя в жидкостном тракте СТР с соответствующими допустимыми значениями, а также проводят сравнительный анализ с данными предыдущих измерений и судят о работоспособности СТР в данный момент и в перспективе при дальнейшей эксплуатации; при необходимости, основываясь данными вышепроведенного анализа, принимают соответствующее решение о повышении качества изготовления последующей СТР (или о доработке ее, если она изготовлена), чтобы исключить ее преждевременный отказ и обеспечить требуемый срок эксплуатации в условиях орбитального функционирования.

Проведенный авторами анализ показал, что в случае использования для контроля работы СТР существующих связных спутников в условиях орбитального функционирования предложенного технического решения обеспечивается снижение суммарного гидравлического жидкостного тракта СТР на величину, равную 25 - 30% от гидравлического сопротивления жидкостного тракта охлаждения их ретрансляторов; кроме того, при этом ввиду исключения из состава СТР трубки Вентури и присоединенного к ней датчика перепада давлений упрощается конструкция и, следовательно, повышается надежность СТР, снижается масса СТР на 1,5 кг, а также снижается энергопотребление собственно СТР на 1,4 Вт.

Таким образом, как следует из вышеизложенного, в случае использования для контроля работы СТР космического аппарата в условиях орбитального функционирования предложенного авторами технического решения обеспечивается упрощение конструкции и снижение суммарного гидравлического сопротивления жидкостного тракта СТР, что допускает увеличение гидравлического сопротивления жидкостного тракта охлаждения мощного ретранслятора без разработки нового ЭНА и, следовательно, без увеличения массы и энергопотребления СТР за счет этого, т.е. тем самым достигаются цели изобретения.

Предложенное авторами техническое решение отражено в технической документации НПО прикладной механики, по которой будет изготавливаться СТР вновь создаваемого связного спутника.

Формула изобретения

Способ контроля работы системы терморегулирования, включающий в себя телеметрические измерения при орбитальном функционировании температур теплоносителя участков жидкостного тракта и сравнение их с допустимыми значениями, отличающийся тем, что при контроле измеряют температуры теплоносителя на входе и выходе из жидкостного тракта охлаждения приборов, ток нагрузки и напряжение питания этих приборов и определяют расход теплоносителя через жидкостной тракт охлаждения по соотношению

где - расход теплоносителя через жидкостной тракт охлаждения приборов, м³/с;
I - ток нагрузки приборов, А;
U - напряжение питания приборов, В;
h - определенная при наземных испытаниях доля потребляемой мощности приборов, превращенная в тепло и переданная теплоносителю, циркулирующему через их жидкостной тракт охлаждения;
с - удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг · град;
ρ - плотность теплоносителя, кг/м³;
t_вых - температур теплоносителя на выходе из жидкостного тракта охлаждения приборов, ^oC;
t_вх - температура теплоносителя на входе в жидкостной тракт охлаждения приборов, ^oC,
и сравнивают его с допустимым значением.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2