Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
Воспроизведение низких температур для испытаний конструкций КЛА в основном осуществляется для решения двух задач: — охлаждаемые (например, жидким азотом или жидким гелием)
219
панели выполняют функции криогенных насосов, т.е. обеспечиваю* вакуум за счет конденсации на их поверхности паров и газов, критические температуры которых выше критической температуры приме* няемого хладагента;
— использование криогенных жидкостей позволяет получать ва поверхностях элементов конструкции КЛА (например, на материалах тепловой защиты) отрицательные температуры, характерные для таких этапов эксплуатации, как орбитальный полет КЛА или эксплуатация КЛА в период предстартовой подготовки.
Воспроизведение на поверхностях конструкции КЛА циклов нагрев-охлаждение позволяет изучать проблемы прочности в условиях так называемого «теплового удара», что не менее важно, чем, например, решение проблем статической или динамической прочности.
Холодильные установки можно разделить на установки:
— для охлаждения до -180°С;
— для охлаждения до -270°С;
— для получения сверхнизких температур, ниже -270°С.
Рассмотрим некоторые способы охлаждения, используемые для испытаний конструкции ЛА в условиях воздействия отрицательных температур.
Наиболее простым способом получения холодного воздуха является использование вихревой трубы (рис. 2.103).
Рис. 2.103. Схема вихревой трубы: 1 - дроссельный вентиль; 2 - сопло; 3 -диафрагма; 4 - холодный конец трубы; 5 - горячий конец трубы
Сущность ее работы состоит в том, что закрученный через тангенциальное сопло 2 сжатый воздух, расширяясь, расслаивается на холодную и горячую составляющие, которые отделяются друг от друга. Холодный воздух выходит через отверстие в диафрагме 5, горячий воздух выходит через другой конец трубы 5, снабженный дросселем /. КПД вихревой трубы не превышает 0,1 и в семь-восемь раз. ниже КПД холодильной машины.
В воздушной холодильной установке (рис. 2.104) используется охлаждающий эффект расширения сжатого воздуха. В компрессоре 1 воздух от начального давления р0 и температуры Г0 сжимается до давления рк . При этом температура воздуха Тк будет значительно выше температуры окружающей среды. Сжатый воздух поступает в теплообмен-
220
„як 2, охлаждается окружающим воздухом или водой до температуры Тз > теряя при этом теплоту б,. Сжатый и охлажденный воздух поступает р детендер 5, в котором расширяется до начального давления р0 . в процессе расширения воздуха температура его падает значительно ниже температуры окружающей среды. Из детендера холодный воздух поступает в охлаждаемое помещение 4, охлаждает окружающие предметы, поЛучая от них теплоту (?2 » нагревается до температуры Т\ и вновь поступает в компрессор.
Рис. 2.104. Схема воздушной холодильной установки: / - компрессор; 2 - теплообменник; 3 - детендер; 4 - охлаждаемое помещение
веда
///////////////
2
?/////////////'
В паровой компрессорной холодильной установке (рис 2.105) получение холода обеспечивается за счет изменения агрегатного состояния охладителя — кипения его при низких температурах с отводом от охлаждаемого тела необходимой теплоты парообразования с последующей конденсацией паров за счет предварительного повышения давления и температуры с дальнейшим понижением температуры хладагента.
Рис. 2.105. Схема компрессорной
холодильной установки: / - испаритель; 2 - компрессор; 3 - конденсатор; 4 - вентиль
В испарителе при низком давлении происходит кипение хладагента с поглощением теплоты охлаждающего тела (ограниченного объе-
221
ма). Влажный пар хладагента всасывается и сжимается адиабатно коц-прессором 2, который подает его при более высоком давлении (и температуре) в конденсатор 3. Конденсат хладагента пропускается через редукционный регулирующий вентиль 4, в котором давление снижается до давления всасывания в компрессоре, и хладагент вновь поступает в испаритель.
Работа термоэлектрического холодильника (рис. 2.106) основана на том, что при пропускании постоянного тока через цепь, составленную из двух разнородных металлов или полупроводников, на одном из спаев теплота выделяется, а на другом поглощается (эффект Пельтье). Термоэлемент состоит из двух последовательно соединенных полупроводников. При пропускании электрического тока на одном спае (Гх) теплота поглощается, на другом (Гг) — выделяется; если на спае ТГ теплоту интенсивно отбирать, то спай Тх охладится и может служить холодильным устройством. Особенно эффективны полупроводниковые охлаждающие устройства.
Рис. 2.106. Схема термоэлектрического холодильника: / - электронный полупроводник; 2 - горячий спай; 3 - дырочный полупроводник; 4 - холодный спай
В абсорбционной холодильной установке (рис. 2.107) для сжатия паров хладагента используется не механический компрессор, а термохимический. Так, например, если в качестве рабочего тела использовать водоаммиачный раствор, то аммиак выполняет роль хладагента, а вода — абсорбента. В этом случае хладагент (аммиак) должен иметь низкую температуру кипения и растворяться или поглощаться рабочим телом, которое может быть как жидким, так и твердым.
