×
11.03.2019
219.016.de63

СПОСОБ ЗАПРАВКИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ОБИТАЕМЫХ АППАРАТОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
02191147
Дата охранного документа
20.10.2002
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к космической технике, а именно к способам заправки гидравлических систем терморегулирования транспортных грузовых и пилотируемых кораблей, модулей орбитальных станций и других изделий, посещаемых экипажем в ходе их эксплуатации. Способ включает в себя операции измерения гидравлических характеристик системы, заполнения ее гидравлической магистрали теплоносителем и установки статического рабочего давления. Предварительно на гидравлическом аналоге заправляемой системы измеряют напор, создаваемый гидронасосом системы при максимальном бортовом напряжении электропитания, и величину падения напора гидронасоса до точки входа гидромагистрали системы в обитаемый отсек. Определяют зависимость изменения давления в системе на градус изменения температуры теплоносителя и давление кавитации гидронасоса. Затем при заправке системы каждого летного аппарата после заполнения гидромагистрали теплоносителем измеряют его среднемассовую температуру и устанавливают соответствующее статическое рабочее давление в системе. Изобретение обеспечивает безопасность экипажа в случае аварийной разгерметизации магистралей системы внутри обитаемых отсеков.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к космической технике, конкретно к способам заправки гидравлических систем терморегулирования (СТР) транспортных грузовых и пилотируемых кораблей, модулей орбитальных станций и других изделий, посещаемых экипажем в ходе их эксплуатации.

Изобретение может быть использовано на предприятиях, занимающихся изготовлением и эксплуатацией космической техники или в других отраслях промышленности, где предъявляются повышенные требования по безопасности обслуживающего персонала при эксплуатации гидравлических систем охлаждения (обогрева) изолированных от внешней среды помещений.

В настоящее время в практике космических полетов широкое распространение получили гидравлические системы терморегулирования, позволяющие в большей степени обеспечивать комфортные температурно-влажностные условия атмосферы внутри обитаемых или посещаемых экипажем отсеков космических аппаратов (см., например, "Космические аппараты" М. , Военное издательство, 1983 г., с. 213-215).

В качестве теплоносителя в таких системах обычно используются водные растворы этиленгликоля или глицерина, содержащие антикоррозионные, антифрикционные и красящие присадки (иногда и люминофоры).

Обладая рядом общеизвестных преимуществ (негорючесть, взрывобезопасность паров, низкая температура замерзания, незначительная скорость коррозии металла в жидкой фазе), обеспечивающих им безусловное предпочтение перед другими типами жидкостей, эти теплоносители обладают двумя основными недостатками:
а) теплоносители электропроводны и при попадании внутрь приборов или на электроразъемы бортовой кабельной сети могут вызывать короткое замыкание в электросистемах аппаратов с аварийными последствиями;
б) теплоносители в той или иной степени относятся к вредным веществам и при попадании внутрь организма могут вызывать достаточно тяжелое отравление (см., например, справочник "Вредные вещества в промышленности, том 1. Органические вещества" изд. Химия, 1971 г., с. 302-305).

Кроме того, при истечении жидкой фазы теплоносителя в обитаемые отсеки в случае раз герметизации гидравлических магистралей атмосфера отсеков перестает удовлетворять медико-биологическим требованиям по безопасности пребывания экипажа, что, в свою очередь, требует использования экипажем средств защиты органов дыхания и глаз от паров и капель теплоносителя, создавая определенный дискомфорт для экипажа.

Известны способы заправки гидравлических систем теплоносителями или рабочими жидкостями (см. "Агрегаты технического обслуживания самолетов и вертолетов", Егорычев А.Б., Осокин Е.П., Хачикян А.Д., "Машиностроение", 1973 г., с. 101-103).

Способы предусматривают заполнение гидромагистралей рабочими жидкостями и установку в системах рабочего давления, независимого от давления атмосферы в кабинах пилотов и в салоне пассажиров. Обычно такое давление выбирают на уровне, обеспечивающем выполнение системами своих силовых функций, например на уровне 150-210 кг/см2, необходимом для выпуска шасси.

Для долговременных пилотируемых КА такой уровень давления неприемлем, поскольку разгерметизация таких магистралей может привести к тяжелым последствиям, как для экипажа, так и для оборудования.

Известен способ заправки гидравлических систем (см. "Монтаж и испытания гидравлических и пневматических систем на летательных аппаратах". Сапожников В.М. М., Машиностроение, , 1972 г., с. 152-165).

Способ предусматривает создание рабочего давления в системе, равного номинальному рабочему давлению в гидроаккумуляторе (определяется техническими условиями на агрегат) и позволяющего заполнять жидкость в систему, в процессе многократного срабатывания исполнительных механизмов, вплоть до полного заполнения системы. Способ также не увязывает величину устанавливаемого рабочего давления в системе с давлением атмосферы в кабине во время полета.

Известен также способ заправки гидравлических систем терморегулирования космических аппаратов (см. Авторское свидетельство СССР 133286, кл. B 64 G 13/26, 1979 г.), выбранный в качестве прототипа. Способ предусматривает установку в системе рабочего давления на уровне, меньшем на 100-200 мм рт.ст. нижнего предела давления атмосферы обитаемых отсеков космического аппарата. Способ широко применялся в период 1980-2000 г. при заправке пилотируемых космических аппаратов.

В ходе длительной эксплуатации космической техники выявились следующие недостатки этого способа:
- при установке рабочего давления в системе не учитывается напор, создаваемый гидронасосом в системе. Рабочее давление в гидравлической системе с насосом устанавливается в газовой полости гидропневматического компенсатора, установленного на входе в насос. Поэтому при работе системы рабочее давление в гидромагистралях системы, расположенных в обитаемых отсеках, могло быть выше, чем давление атмосферы отсека. В результате этого в случае разгерметизации системы внутрь отсека происходило истекание теплоносителя в отсек. Такие случаи имели место при эксплуатации СТР модулей станции "Мир", особенно при работе систем за пределами их расчетного ресурса;
- при установке рабочего давления не учитывалось падение напора, создаваемого гидронасосом до точки входа гидромагистрали в обитаемый отсек. Это ограничивало возможности применения высоконапорных гидронасосов, необходимых для гидросистемы орбитальной станции из-за большой разветвленности ее системы и ее большого гидравлического сопротивления;
- не учитывалось также снижение рабочего давления в системе при ее работе из-за понижения температуры теплоносителя, что ограничивало мощность применяемого гидронасоса.

Таким образом, применяемый способ заправки гарантированно обеспечивал безопасность экипажа только при выключенном состоянии системы (т.е. при ее нерабочем состоянии).

В реальных условиях полета экипаж обнаруживал теплоноситель в атмосфере отсека тогда, когда разгерметизация гидромагистрали уже произошла и в отсек попадало определенное количество жидкости.

Поэтому выключение системы только ограничивало количество жидкости, попавшей в отсек, но не предотвращало последствия аварийной ситуации.

Задачей настоящего изобретения является создание способа заправки гидравлических СТР космических аппаратов, обеспечивающего безопасность экипажа как при неработающей, так и при работающей системе, в случае аварийной разгерметизации магистралей внутрь обитаемых отсеков.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе заправки гидравлических систем терморегулирования космических аппаратов, включающем операции измерения гидравлических характеристик системы, заполнения ее гидравлической магистрали теплоносителем и установки статического рабочего давления, предварительно на гидравлическом аналоге заправляемой системы измеряют напор, создаваемый гидронасосом системы при максимальном бортовом напряжении электропитания, и величину падения напора от гидронасоса до точки входа гидромагистрали системы в обитаемый отсек, кроме того определяют зависимость изменения давления в системе на градус изменения температуры теплоносителя и давление кавитации гидронасоса, а затем при заправке системы каждого летательного аппарата после заполнения гидромагистрали теплоносителем измеряют среднемассовую температуру теплоносителя гидромагистрали и устанавливают статическое рабочее давление в системе в соответствии с соотношением:

где Ак = 2÷5 - "кавитационный" коэффициент запаса;
Рк - давление, при котором начинается кавитация теплоносителя в гидронасосе системы;
Pст - устанавливаемое статическое рабочее давление в системе;
Pатмmin - минимальное давление атмосферы в обитаемом или посещаемом отсеке;
ΔPнmax - напор, создаваемый гидронасосом системы при максимальном напряжении бортового питания;
ΔРn - величина падения напора гидронасоса до точки входа гидромагистрали в обитаемый или посещаемый отсек;
tср.мТ - среднемассовая температура теплоносителя, заправленного в систему;
tраб.Т - температура теплоносителя при работе системы;
ΔPt - величина изменения давления в системе на градус изменения температуры теплоносителя ("жесткость" системы).

Технический результат предложенного способа заправки состоит в том, что, по сравнению с известными на сегодняшний день способами заправки, он позволяет исключить истечение теплоносителя внутрь обитаемых или посещаемых экипажем отсеков при аварийной разгерметизации гидромагистралей системы, расположенных в этих отсеках, при любом состоянии системы (работает - не работает), что существенно повышает безопасность экипажа и надежность самого космического полета.

По предложенному авторами способу заправку производят следующим образом.

Предварительно в ходе экспериментальной отработки космического аппарата на изделии, имеющем штатную систему терморегулирования (гидравлический аналог: обычно, это СТР изделия для отработки теплового режима), проводят гидравлические испытания, где определяют необходимые гидравлические характеристики системы.

В первую очередь определяют напор, создаваемый гидронасосом, и величину падения напора до точки входа гидромагистрали системы в обитаемый или посещаемый отсек. Для этой цели гидросистема экспериментального изделия оснащается датчиком перепада давления, измеряющего напор насоса, и датчиком давления, установленным в районе входа гидромагистрали в обитаемый отсек.

Хотя величина напряжения бортового питания на современных космических аппаратах стабилизирована на уровне 28,5 ± 0,5 В, в аварийных ситуациях она может достигать 34 В. Поэтому гидравлические характеристики определяются при этом напряжении.

Затем определяют давление в системе, при котором начинается кавитация теплоносителя в гидронасосе. Для этой цели постепенно снижают давление в гидросистеме, одновременно измеряя напор, создаваемый гидронасосом. Когда создаваемый напор станет равным нулю и циркуляция теплоносителя прекратится, фиксируют давление кавитации. Это давление измеряют датчиком рабочего давления, установленным на входе в насос.

Далее определяют "жесткость" гидромагистрали, т.е. величину изменения давления в системе на один градус изменения температуры теплоносителя. С этой целью теплоноситель в системе охлаждают примерно до уровня ее номинальной рабочей температуры с обеспечением контроля текущего давления в системе и среднемассовой температуры теплоносителя. Обычно это производят путем подключения к бортовому теплообменнику СТР наземной термостатирующей установки и организации циркуляции теплоносителя в системе.

Минимально допустимое давление атмосферы в обитаемых или посещаемых экипажем отсеках определяют по технической документации на космический аппарат.

Ак - "кавитационный" коэффициент запаса на основании опыта работы с гидронасосами СТР выбирают в диапазоне значений 2-5. Теоретически он должен быть таким, чтобы произведение Ак • Рк было близко к верхнему пределу устанавливаемого давления.

После определения экспериментальных параметров (констант) приведенное соотношение принимает вид зависимости устанавливаемого рабочего давления (функция) от среднемассовой температуры теплоносителя в процессе заправки (аргумент). Затем производят расчет зависимости давления от среднемассовой температуры в диапазоне температур, характерном для воздуха в помещении, где происходит заправка системы.

Эта зависимость в виде таблицы приводится в эксплуатационной документации (инструкции на проведение работ по заправке системы).

Для примера рассмотрим предлагаемый способ применительно к технологии заправки гидравлического контура жилых отсеков (КЖО) системы терморегулирования российского транспортного пилотируемого корабля "Союз-ТМ".

Полностью гидравлический аналог КЖО воспроизведен на тепловом макете этого изделия. В процессе гидравлических испытаний КЖО были определены следующие параметры:
ΔPнmax = 0,35 кг/см2 - напор, создаваемый гидронасосом КЖО при напряжении бортового питания 34 В (максимальное значение для системы электропитания этого корабля);
ΔРn = 0,05 кг/см2 - величина падения напора гидронасоса до точки входа гидромагистрали КЖО в первый обитаемый отсек; в данном случае - спускаемый аппарат корабля;
Рк = 80 мм рт.ст. - давление кавитации для гидронасоса;
ΔPt == 5 мм рт.ст./град - величина изменения давления в системе на градус изменения температуры теплоносителя;
Ак - "кавитационный" коэффициент запаса гидронасосов, применяемых в ГЖО корабля "Союз-ТМ" был выбран 5.

По технической документации на космический корабль и на систему терморегулирования (контур КЖО) были выбраны:
Pатмmin = 760 мм рт.ст. - минимальная величина давления атмосферы внутри обитаемых отсеков корабля (спускаемый аппарат и бытовой отсек), которая может быть в процессе полета (поддерживается специальными средствами);
tрабТ = 7oС - номинальная среднемассовая температура теплоносителя КЖО при работе системы в полете (обеспечивается работой регулятора расхода жидкости).

Таким образом, если заправка системы производится при среднемассовой температуре теплоносителя, равной, например, 20oС, то рабочее давление в системе в соответствии с предложенным соотношением выбирается на уровне 400 мм рт.ст. < Pст ≤ 610 мм рт.ст.

С целью снижения темпа натекания воздуха в систему при фактической (реальной) степени герметичности системы и степени устойчивости к кавитации гидронасоса рабочее давление устанавливают на уровне, близком к верхнему пределу, полученному из соотношения давления. В данном случае давление выбирают на уровне ~ 600 мм рт.ст.

Для внутренних гидравлических контуров обогрева СТР служебного модуля "Звезда" Международной космической станции при температуре теплоносителя при заправке системы, равной 18oС, рабочее давление было установлено на уровне 500 мм рт.ст.

Таким образом, предложенный способ заправки обеспечивает безопасность экипажа, т.к. при разгерметизации системы внутрь жилых или обитаемых отсеков во время ее работы не происходит истечение теплоносителя внутрь отсеков.

Способзаправкигидравлическихсистемтерморегулированиякосмическихобитаемыхаппаратов,включающийоперацииизмерениягидравлическиххарактеристиксистемы,заполнениееегидравлическоймагистралитеплоносителемиустановкистатическогорабочегодавления,отличающийсятем,чтопредварительнонагидравлическоманалогезаправляемойсистемыизмеряютнапор,создаваемыйгидронасосомсистемыпримаксимальномбортовомнапряженииэлектропитания,ивеличинупадениянапораотгидронасосадоточкивходагидромагистраливобитаемыйотсек,крометого,определяютзависимостьизменениядавлениявсистеменаградусизменениятемпературытеплоносителяидавлениекавитациинасоса,азатемпризаправкесистемыкаждоголетногоаппаратапослезаполнениягидромагистралитеплоносителемизмеряютсреднемассовуютемпературутеплоносителягидромагистралииустанавливаютстатическоерабочеедавлениевсистемевсоответствииссоотношениемгдеА=2-5-"кавитационный"коэффициентзапаса;Р-давление,прикоторомначинаетсякавитациятеплоносителявгидронасосесистемы,ммрт.ст.;P-устанавливаемоеабсолютноестатическоерабочеедавлениевсистеме,ммрт.ст.;P -абсолютноеминимальноедавлениеатмосферывобитаемомилипосещаемомотсеке,ммрт.ст.;ΔP -напор,создаваемыйгидронасосомсистемыпримаксимальномнапряжениибортовогопитания,ммрт.ст.;ΔР-величинападениянапорагидронасосадоточкивходагидромагистраливобитаемыйилипосещаемыйотсек,ммрт.ст.;t -измереннаясреднемассоваятемпературатеплоносителя,заправленноговсистему,С;t -температуратеплоносителяприработесистемывполете,С;ΔP-величинаизменениядавлениявсистеменаградусизменениятемпературытеплоносителя("жесткость"системы),ммрт.ст./С.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 41.
20.02.2019
№219.016.bde9

Инструмент с ограничением крутящего момента

Изобретение относится к приспособлениям для создания оператором крутящего момента при работе в особых условиях, в частности в условиях открытого космоса. Инструмент с ограничением крутящего момента содержит корпус с размещенными в нем ведомым валом и механизмом ограничения крутящего момента и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02223897
Дата охранного документа: 20.02.2004
20.02.2019
№219.016.be1f

Быстроразъемный агрегат

Изобретение относится к ракетной технике, а конкретно к устройствам расстыковки заправочно-дренажных магистралей. Быстроразъемный агрегат включает в себя бортовую и наземную колодки, соединенные замком с пневмоприводом в виде запирающей втулки с подпружиненным поршнем. Наземная колодка снабжена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02217649
Дата охранного документа: 27.11.2003
20.02.2019
№219.016.c4d2

Топливный отсек грузового космического корабля

Изобретение относится к космической технике, конкретно к транспортным космическим кораблям для дозаправки орбитальных станций типа "Мир". Предлагаемый отсек содержит корпус с внешней теплоизоляцией и установленный внутри него каркас. На каркасе закреплены баки горючего и окислителя с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02196082
Дата охранного документа: 10.01.2003
23.02.2019
№219.016.c7d1

Способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса

Изобретение относится к области объединенного управления ориентацией и движением центра масс космических аппаратов (КА). В предлагаемом способе по вектору кинетического момента в системе силовых гироскопов и вектору угловой скорости КА определяют текущий суммарный кинетический момент КА...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02197412
Дата охранного документа: 27.01.2003
01.03.2019
№219.016.cacd

Многоканальный преобразователь сопротивлений в напряжения

Изобретение относится к техническим средствам измерения неэлектрических величин электротехническими методами и может быть использовано при измерении физических параметров. Технический результат заключается в снижении погрешности устройства за счет увеличения его помехоустойчивости, а также в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02219555
Дата охранного документа: 20.12.2003
01.03.2019
№219.016.caec

Отсек компонентов дозаправки

Изобретение относится к космической технике, а именно к проектированию и эксплуатации транспортных космических кораблей, обеспечивающих дозаправку космических орбитальных станций типа "Мир" в условиях космического пространства. Отсек компонентов дозаправки содержит корпус с закрепленными на нем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02217359
Дата охранного документа: 27.11.2003
11.03.2019
№219.016.d731

Разгонный ракетный блок

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для стабилизации и увода разгонного блока (РБ) от выводимого им космического аппарата. Предлагаемый РБ содержит двигательную установку, топливные баки, баллоны высокого давления с пневмосистемой для наддува баков, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02208558
Дата охранного документа: 20.07.2003
11.03.2019
№219.016.d7d6

Способ обезгаживания изделий

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к испытаниям изделий на обезгаживание в условиях, приближенных к эксплуатации изделий, например космических объектов. Способ обезгаживания изделий заключается в том, что помещают изделие в вакуумную камеру, вакуумируют ее,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02213635
Дата охранного документа: 10.10.2003
11.03.2019
№219.016.d7e4

Многоканальный коммутатор напряжения

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в многоканальных коммутируемых источниках питания, где требуется информация о протекающем токе в нагрузке. Многоканальный коммутатор напряжения содержит в каждом канале датчик тока, ключ и блок нагрузки. Выходной сигнал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02210182
Дата охранного документа: 10.08.2003
11.03.2019
№219.016.de41

Наземный мобильный измерительный комплекс

Изобретение относится к области космической техники, а именно к наземным измерительным комплексам в мобильном исполнении, и может быть использовано для оперативного приема, обработки, анализа и передачи телеметрической информации с борта космического объекта центру управления полетом. Наземный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02188508
Дата охранного документа: 27.08.2002
Показаны записи 1-4 из 4.
29.03.2019
№219.016.f833

Способ осушки внутренних магистралей системы терморегулирования

Изобретение относится к космической технике, конкретно к способам осушки магистралей гидравлических систем терморегулирования после слива теплоносителя из системы. Способ осушки внутренних магистралей системы терморегулирования включает многократные последовательные операции вакуумирования и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002170608
Дата охранного документа: 20.07.2001
10.04.2019
№219.017.0160

Способ управления давлением в гидравлической системе терморегулирования пилотируемого космического объекта

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано, в частности, в системах терморегулирования (СТР) долговременных модулей орбитальных станций, в ходе проведения экипажем во время полета ремонтно-профилактических работ. Предлагаемый способ включает периодическое уравнивание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02238887
Дата охранного документа: 27.10.2004
29.05.2019
№219.017.6a88

Способ регулирования температуры теплоносителя в системе терморегулирования космического аппарата с излучательным радиатором

Изобретение относится к космической технике, конкретно к способам регулирования температуры теплоносителя в системах терморегулирования космических аппаратов (КА) с излучательным радиатором, и может использоваться при эксплуатации космических аппаратов различного назначения, преимущественно с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02187083
Дата охранного документа: 10.08.2002
29.05.2019
№219.017.6ab3

Способ заправки теплоносителем гидравлических систем терморегулирования космических аппаратов

Изобретение относится к космической технике, а именно к способам заправки теплоносителем гидравлических систем терморегулирования широкого класса космических аппаратов (транспортные и грузовые корабли, модули орбитальных станций, разгонные ракетные блоки и т.п.). Способ включает в себя операции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02196711
Дата охранного документа: 20.01.2003
+ добавить свой РИД