Особенности технологии криогенных испытаний космических аппаратов

Технология и мехатроника в машиностроении

Многочисленные измерения показывают, что омические потери в линиях сверхвысоких частот очень зависят от малейших несовершенств поверхности. По этой причине к изготавливаемым волноводам предъявляются жесткие требования по качеству их изготовления. Параметры шероховатости не должны превышать Яа 0,12 мкм для посеребренного волновода на частоте 100 Ггц. Очень хорошая обработка поверхности волноводов получается путем осаждения их на стальные оправки. В настоящее время используются минитрубопроводы сечением 10*23; 16*8; 11х5,5; 7,8x3,4 мм.

Для изготовления трубопроводов применяют как металлические, так и неметаллические материалы. Например, бериллиевые бронзы (Бр2,0; Бр2,5; ВНТ1,7; БНТ1,9) хорошо работают при температурах от -60 до +150 °С. После закалки (нагрев до 780-800 °С с охлаждением в воде) бериллиевая бронза имеет низкую прочность и высокую пластичность, что позволяет успешно изготавливать трубы и формовать сложные контуры. Трубопроводы из бериллиевой бронзы обладают стойкостью к атмосферным условиям, хорошо поддаются сварке и пайке.

Волноводы бортовой аппаратуры зарубежных космических аппаратов имеют высокие технические характеристики:

1. Масса волноводов существенно меньше (на 50100 %) по следующим причинам:

а) толщина стенки волноводных труб равна 0,635 мм, имеются сведения о толщине 0,5 мм;

б) волноводные фланцы устанавливаются только по интерфейсам, все промежуточные соединения выполняются с помощью муфт;

в) неразъемные соединения элементов волноводов выполняются пайкой твердыми высокотемпературными припоями;

г) гибкие секции интегрированы в состав волновода.

2. Затухание СВЧ энергии в волноводах существенно ниже (до 20 %) ввиду изготовления труб с более высоким качеством рабочих поверхностей.

Представленные данные подтверждают необходимость проведения работ по доведению основных технических характеристик отечественных волноводов до уровня лучших современных зарубежных образцов:

- снижение массы до 50 % в зависимости от конфигурации;

- снижение потерь СВЧ энергии до 20 % [2].

На данный момент происходит дальнейшее развитие этой отрасли, связанное с освоением новых частотных диапазонов. Использование гибких волновод-ных трактов с гофрированной поверхностью обеспечивает сохранение положения плоскости поляризации в волноводе независимо от трассировки, отсутствие стыков улучшает электрические параметры фидера. Совокупность данных свойств делает использование гибких волноводов незаменимым при проектировании и изготовлении современной авиационно-космической техники, а также наземных фидерных трактов высокочастотных диапазонов для питания антенн.

Библиографические ссылки

1. Ефимов И. Е., Шермина Г. А. Волноводные линии передачи. М. : Связь, 1979. 232 с.

2. Фролов О. П. Антенны и фидерные тракты для радиолиненых линий связи. М. : Радио и связь, 2001. 416 с. : ил.

References

1. Efimov I. E., Shermirn G. A. The waveguide transmission line. M. : Svyaz, 1979. 232 p.

2. Frolov O. Р. Antenna and feeder paths for radiolinenyh lines. M. : Radio i svyaz, 2001. 416 p.

© Чураков Д. В., Тоцкий Д. А., Саклакова А. Е., Филиппов Ю. А., 2013

УДК 621.6.09:65.012.23

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ КРИОГЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Н. Ф. Янковская, В. А. Будьков, Н. Л. Ручкина, А. Е. Саклакова, Е. В. Раменская

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. Е-таП:па1-уап.1@уаМех.гц

Изложены результаты априорных исследований скорости охлаждения агрегатов космических аппаратов (КА) в погружном азотном криостате. Получено уравнение для анализа процесса охлаждения, которое учитывает технологические параметры хладагента и их дивергенцию. Выявлен эффект скачкообразного изменения скорости охлаждения объекта испытания. Результаты работы позволяют моделировать рабочий процесс охлаждения для уточнения программы и методики испытаний.

Ключевые слова: криогенные испытания, моделирование, хладагент, азот, технология.

Решетневскуе чтения. 2013

FEATURES OF CRYOGENIC TEST TECHNOLOGY FOR SPACE VEHICLES

N. F. Jankovskaja, V. A. Bud'kov, N. L. Ruchkina, A. E. Saklakova, E. V. Ramenskaja

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail:nat-yan.1@yandex.ru

The results of a priori studies of cooling rate of the spacecraft (CA) units in the immersion nitrogen cryostat are shown. The equation for the analysis of the cooling process, which takes into account refrigerant process parameters and their divergence, is received. The effect of abrupt changes in the cooling rate of the test subjects is revealed. The results of work allow simulating the cooling process to refine the program and testing procedures.

Keywords: cryogenic testing, modeling, refrigerant, nitrogen, technology.

В технологии производства изделий авиационной техники и космических аппаратов (КА) используются различные виды испытаний, из которых наиболее сложными являются криогенные. Для получения низких температур чаще всего используются криогенные жидкости с характерной низкой температурой кипения. Температуры кипения наиболее распространенных хладагентов, находятся в диапазоне от 4,2 К до 90 К. Поэтому интервалы температур, получаемые с помощью различных хладагентов составляют 63-78 К для азота, 1,0-4,2 К для гелия-4 и 0,3-1 К для гелия-3 [1].

Несмотря на большое разнообразие жидких хладагентов, в основном применяются жидкий гелий и жидкий азот, так как водород и кислород чрезвычайно взрывоопасны.

Скорость процесса охлаждения обечайки и объекта испытания в криостате с жидким азотом аппроксимируется функцией

у = Кх + их2 + 0,6е~Гс

где Я - параметр, отражающий показатель адиабаты азота; и - параметр, учитывающий изменение отношения энтальпий газа к теплоте парообразования азота; V - средняя скорость изменения температуры поверхности, °С/с; х - текущее технологическое время испытания, с; г - точка дивергенции вектора.

Частное решение уравнения (1) в виде образно-знаковой модели реализовано в прикладном пакете LabVIEW и представлено на рисунке.

Координаты точек перегиба характерной кривой охлаждения уравнения второго порядка описываются и определяются по следующим изменениям технологической среды вследствие:

- проявления градиента температуры хладагента в зоне контакта с поверхностями обечайки и объекта испытания;

- вариации плотности в микрообъеме рабочей камеры криостата;

- изменения удельной теплоемкости жидкости хладагента;

- разности теплопроводности хладагента в технологическом процессе испытания;

- непостоянства температуропроводности жидкого азота;

- уменьшения площади контакта омывания хладагента обечайки и объекта испытания.

у = 0 14х+0 01л2 + ^ +1

Время, с

Образно-знаковая модель скорости охлаждения объекта испытания в жидком азоте

Изложенные критерии описывают скачок скорости охлаждения в частном случае при х = 4 ± 0,5.

Таким образом, на основе разработанной математической модели скорости охлаждения поверхности обечайки появляется возможность качественной оптимизации технологического процесса контрольно-выборочных испытаний агрегатов космических аппаратов.

Библиографическая ссылка

1. Криогенные системы / А. М. Архаров, В. П. Беляков, Е. И. Никулин и др. М. : Машиностроение, 1987. 380 с.

Reference

1. Arharov A. M., Beljakov V. P., Nikulin E. I. Kriogennye sistemy. M. : Mashinostroenie, 1987. 380 p.

© Янковская Н. Ф., Будьков В. А., Ручкина Н. Л., Саклакова А. Е., Раменская Е. В., 2013