Устройство обеспечения теплового режима криогенной емкости при эксплуатации космического объекта



Устройство обеспечения теплового режима криогенной емкости при эксплуатации космического объекта
Устройство обеспечения теплового режима криогенной емкости при эксплуатации космического объекта

 


Владельцы патента RU 2413661:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Изобретение относится к теплоизоляции, преимущественно криогенных емкостей космических изделий. Устройство обеспечивает тепловой режим криогенной емкости (1) и содержит экранно-вакуумную теплоизоляцию (2), гермооболочку (3) поверх теплоизоляции (2) и предохранительные клапаны (6), сообщенные с полостью между емкостью (1) и гермооболочкой (3). Клапаны (6) предотвращают разрушение гермооболочки от внутреннего давления. Гермооболочка (3) выполнена из мягкого неметаллического материала, опертого на теплоизоляцию (2) с помощью равномерно расставленных неметаллических бобышек (4). Тем самым образована полость (5) между емкостью (1) и гермооболочкой (3). Пироклапаны (7) вскрывают эту полость на начальном участке выведения объекта в космическое пространство. Дренажные клапаны (8) открываются с падением атмосферного давления в процессе выведения объекта и сообщают полость (5) с окружающей атмосферой. В результате происходит истечение газа из полости (5) до полного вакуумирования теплоизоляции (2). Техническим результатом изобретения является уменьшение потерь криогенного компонента на его испарение при длительной эксплуатации космических объектов и снижение массы космического объекта. 2 ил.

 

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к вопросам обеспечения режима эксплуатации криогенных емкостей.

Экранно-вакуумная теплоизоляция - наиболее распространенный вид теплоизоляции емкостей с криогенным компонентом, предназначенных для длительного пребывания в космических условиях. Эта теплоизоляция применяется для теплозащиты емкостей как в атмосферных условиях, так и в условиях космического пространства. Экранно-вакуумная теплоизоляция состоит из металлизированных пленок (экранов) с малотеплопроводными прокладками.

Одним из главных условий эффективной работы экранно-вакуумной теплоизоляции, применяемой для теплозащиты криогенных емкостей, предназначенных для длительного пребывания в космических условиях, является создание и поддержание давления остаточных газов между ее экранами не более 1·10-4 мм рт.ст. При этом давлении основными составляющими теплового потока через экранно-вакуумную теплоизоляцию являются излучение и перенос тепла теплопроводностью по твердому телу. Повышение давления сверх названного приводит к увеличению эффективного коэффициента теплопроводности изоляции за счет теплопроводности остаточного газа, величина которой может значительно превышать теплопроводность по твердому телу и передачу тепла излучением.

Известно устройство обеспечения теплового режима криогенной емкости, представляющее собой вакуумно-многослойную теплоизоляцию (экранно-вакуумную теплоизоляцию), нанесенную на наружную поверхность криогенной емкости, поверх которой установлен жесткий герметичный кожух (гермооболочка) с предохранительным устройством (мембрана или предохранительный клапан) предохраняющее кожух от разрушения от внутреннего давления. Для снижения эффективного коэффициента теплопроводности и, соответственно, потерь криогенного компонента из полости между емкостью и кожухом откачивается воздух. (См. М.Г.Каганер «Тепловая изоляция в технике низких температур». Издательство «Машиностроение». Москва 1966 г., стр.237-262). Это устройство принято за прототип.

Недостатками прототипа является:

- применение жесткого металлического герметичного кожуха в составе криогенной емкости космического объекта приводит к значительному увеличению его массы;

- даже незначительная негерметичность кожуха в процессе эксплуатации космического объекта приводит к проникновению в полость между криогенной емкостью и кожухом атмосферного воздуха, к увеличению эффективного коэффициента теплопроводности и, соответственно, к потерям криогенного компонента за счет его прогрева и испарения.

Задачей устройства является уменьшение потерь криогенного компонента на его испарение при длительной эксплуатации космических объектов и снижение массы космического объекта.

Задача решается за счет того, что в устройстве обеспечения теплового режима криогенной емкости при эксплуатации космического объекта, содержащем экранно-вакуумную теплоизоляцию, гермооболочку поверх экранно-вакуумной теплоизоляции и предохранительные клапаны, сообщенные с полостью между гермооболочкой и криогенной емкостью и предотвращающие разрушение гермооболочки от внутреннего давления, гермооболочка выполнена из мягкого неметаллического материала, опертого на экранно-вакуумную теплоизоляцию с помощью равномерно распределенных по внутренней поверхности гермооболочки неметаллических бобышек, образуя полость между криогенной емкостью и гермооболочкой. Полость между криогенной емкостью и гермооболочкой сообщена с пироклапанами, вскрывающими полость между гермооболочкой и криогенной емкостью на начальном участке выведения объекта в космическое пространство, и с дренажными клапанами, которые открываются с падением атмосферного давления в процессе выведения объекта в космическое пространство и сообщают полость между гермооболочкой и криогенной емкостью с окружающей атмосферой, в результате чего происходит истечение газа из полости между гермооболочкой и криогенной емкостью до полного вакуумирования экранно-вакуумной теплоизоляции.

На фиг.1 и 2 схематично представлено устройство обеспечения теплового режима криогенной емкости при эксплуатации космического объекта, где:

1. криогенная емкость;

2. экранно-вакуумная теплоизоляция;

3. гермооболочка;

4. неметаллические бобышки;

5. полость между гермооболочкой и криогенной емкостью;

6. предохранительные клапаны;

7. пироклапаны;

8. дренажные клапаны.

В устройстве обеспечения теплового режима криогенной емкости 1 при эксплуатации космического объекта, содержащем экранно-вакуумную теплоизоляцию 2 и гермооболочку 3 поверх экранно-вакуумной теплоизоляции 2 с предохранительными клапанами 6, сообщенными с полостью между гермооболочкой и криогенной емкостью 5 и предотвращающими разрушение гермооболочки от внутреннего давления, гермооболочка 3 выполнена из мягкого неметаллического материала, опертого на экранно-вакуумную теплоизоляцию 2 с помощью равномерно распределенных по внутренней поверхности гермооболочки 3 неметаллических бобышек 4, образуя полость между гермооболочкой и криогенной емкостью 5, включая межслойные пространства экранно-вакуумной теплоизоляции 2. Полость между гермооболочкой и криогенной емкостью 5 сообщена с пироклапанами 7, вскрывающими полость между гермооболочкой и криогенной емкостью 5 на начальном участке выведения объекта в космическое пространство, и дренажными клапанами 8, которые открываются с падением атмосферного давления в процессе выведения объекта в космическое пространство и сообщают полость между гермооболочкой и криогенной емкостью 5 с окружающей атмосферой, в результате чего происходит истечение газа из полости между гермооболочкой и криогенной емкостью 5 до полного вакуумирования экранно-вакуумной теплоизоляции 2.

Гермооболочка 3 выполняется герметичной и полностью охватывает криогенную емкость 1. Между гермооболочкой 3 и криогенной емкостью размещается экранно-вакуумная теплоизоляция 2. Сборка гермооболочки 3 может выполняться и монтироваться на криогенной емкости 1, например, путем склеивания отдельно скроенных ее элементов. При наличии элементов конструкции (трубопроводы, кабели и др.), проходящих через гермооболочку 3 к криогенной емкости 1, в гермооболочку 3 могут быть вклеены, например, рукава, охватывающие эти элементы конструкции и герметизирующиеся на них, например, с помощью резиновых вкладышей и шнуров.

Полость между гермооболочкой и криогенной емкостью 5 сообщена с предохранительными клапанами 6, автоматическое срабатывание которых происходит при превышении давления в полости между гермооболочкой и криогенной емкостью 5 выше настроечного давления предохранительных клапанов 6. Наличие предохранительных клапанов 6 предотвращает разрушение гермооболочки 3 от внутреннего давления независимо от степени герметичности гермооболочки 3.

Количество предохранительных клапанов 6 и дренажных клапанов 8 выбирается исходя из объема экранно-вакуумной теплоизоляции 2 и из условия беспрепятственного выхода из нее газа.

Получение вакуума в экранно-вакуумной теплоизоляции 2 космического объекта за минимальное время выхода экранно-вакуумной теплоизоляции 2 на стационарный режим вакуумирования приводит к уменьшению потерь криогенного компонента на его испарение.

Устройство обеспечения теплового режима криогенной емкости 1 при эксплуатации космического объекта работает следующим образом.

После старта ракеты срабатывают пироклапаны 7, вскрывается полость между гермооболочкой и криогенной емкостью 5, обеспечивая выход газа с падением атмосферного давления на начальном участке полета ракеты. Далее под действием снизившегося атмосферного давления срабатывают дренажные клапаны 8, которые в дополнении к пироклапанам 7 увеличивают площадь сообщения полости между гермооболочкой и криогенной емкостью 5 с окружающей космический объект средой, при этом обеспечивается беспрепятственный выход газа из полости гермооболочки 3, тем самым вакуумируется экранно-вакуумная теплоизоляция 2 до степени вакуума окружающей среды, и она приобретает готовность к работе в космических условиях.

Предлагаемое устройство обеспечения теплового режима криогенной емкости 1 при эксплуатации космического объекта за счет увеличение степени вакуумирования экранно-вакуумной теплоизоляции 2 за минимальное время путем сообщения ее с окружающей средой, начиная с момента выведения объекта в космическое пространство, обеспечивает сокращение времени выхода экранно-вакуумной теплоизоляции 2 на стационарный режим вакуумирования без ограничения площади теплоизолируемой поверхности, при этом используется возможность естественного достижения вакуума в экранно-вакуумной теплоизоляции 2 в процессе эксплуатации объекта в космическом пространстве и снижаются потери криогенного компонента криогенной емкости 1 на его испарение при длительной эксплуатации космических объектов, в результате чего значительно снижается масса космического объекта.

Кроме того, такое устройство за счет выполнения гермооболочки 3 из мягкого неметаллического материала позволяет уменьшить массу устройства, не требует высокой степени герметичности гермооболочки 3.

Устройство обеспечения теплового режима криогенной емкости при эксплуатации космического объекта, содержащее экранно-вакуумную теплоизоляцию, гермооболочку поверх экранно-вакуумной теплоизоляции и предохранительные клапаны, сообщенные с полостью между гермооболочкой и криогенной емкостью и предотвращающие разрушение гермооболочки от внутреннего давления, отличающееся тем, что гермооболочка выполнена из мягкого неметаллического материала, опертого на экранно-вакуумную теплоизоляцию с помощью равномерно распределенных по внутренней поверхности гермооболочки неметаллических бобышек, образуя полость между криогенной емкостью и гермооболочкой, которая сообщена с пироклапанами, вскрывающими данную полость на начальном участке выведения объекта в космическое пространство, и с дренажными клапанами, которые открываются с падением атмосферного давления в процессе выведения объекта в космическое пространство и сообщают полость между криогенной емкостью и гермооболочкой с окружающей атмосферой, в результате чего происходит истечение газа из данной полости до полного вакуумирования экранно-вакуумной теплоизоляции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к теплоизолированным колоннам, и может быть использовано для добычи нефти, газа и термальных вод, закачки теплоносителя в пласт.
Изобретение относится к области теплоизоляции. .

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для теплоизоляции, например, высокотемпературных аккумуляторных батарей, применяемых в космических установках.

Изобретение относится к области теплоизоляции. .

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при нанесении теплоизоляции на металлические трубы. .

Изобретение относится к области теплоизоляции, в частности к вакуумному кожуху. .

Изобретение относится к слоистым материалам на основе металлизированной полимерной пленки, которые используются в области космической техники. .

Изобретение относится к области космической техники, а именно к области средств тепловой защиты космических аппаратов, выводимых на орбиту внутри головных обтекателей ракет.

Изобретение относится к области космического материаловедения и оптической техники, в частности к композиции для терморегулирующего покрытия класса «солнечные отражатели», предназначенного для использования в системах пассивного терморегулирования космических аппаратов.

Изобретение относится к области космической техники, а именно к области средств тепловой защиты космических аппаратов. .

Изобретение относится к предохранительным устройствам космических аппаратов. .

Изобретение относится к предохранительным устройствам космических аппаратов, используемым для защиты оптико-электронной аппаратуры от воздействия тепловых и световых факторов.

Изобретение относится к криогенной и ракетно-космической технике и может быть использовано при теплоизолировании поверхностей баков, поверхностей емкостей для хранения и транспортирования криогенных жидкостей и т.п.

Изобретение относится к теплозащите поверхности космического аппарата, производящего спуск в атмосфере планеты. .

Изобретение относится к конструкции теплозащиты космического аппарата, выводимого ракетой-носителем в космическое пространство. .

Изобретение относится к области терморегулирующих покрытий, эксплуатирующихся преимущественно в составе космической техники. .

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при создании жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)
Наверх