Технологические особенности снижения критичных газовых нагрузок на этапе тепловакуумной отработки космического аппарата и его составляющих

Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»

намическим сопротивлением воздушной обвязки (воздуховодов, патрубков, клапанов) [2].

Так, для ВКС 30/60 используется турбокомпрессор, имеющий компрессорную ступень с адиабатическим КПД 86 %, турбинную ступень с внутренним КПД 87 %. Ротор турбокомпрессора имеет встроенный высокоскоростной электродвигатель с КПД 92 %, питающийся от преобразователя частоты с КПД 97...98 %. Опорами ротора служат воздушные газодинамические подшипники с механическим КПД более 99 %. Тепловая эффективность теплообменного аппарата достигает 95 % при сопротивлении до 500 Па [3].

Принцип работы данных систем прост: летом воздух, сжатый компрессором, охлаждается в теплообменнике. Охлажденный воздух расширяется в турбине, в результате чего его температура понижается до +5...+10 °С. Полученный охлажденный воздух подается в помещение. Горячий воздух после выхода из теплообменника выбрасывается в атмосферу или в дополнительный контур утилизации (подогрев воды и др.). Зимой теплый воздух после теплообменника подается в помещение, а переохлажденный в турбине воздух отводится в окружающую среду.

К основным преимуществам таких систем, основанных на свойствах воздуха, как рабочего тела, является способность работать в диапазоне температур окружающей среды: -50...+50 °С, в отличие от фреоновых тепловых насосов и кондиционеров, температурный диапазон которых значительно уже, а возможность подачи свежего воздуха при приемлемой эффективности сильно ограничена как летом, так и зимой. Так же к плюсам стоит отнести высокую энергетическая эффективность при низком коэффициенте рециркуляции (большой доле свежего воздуха). В холодный период времени отопительный коэффициент

в диапазоне температур -50...+7 °С составляет 2...4,2. В теплый период времени холодильный коэффициент в диапазоне температур +25.+50 °С составляет 1,3.1,7 при притоке свежего воздуха до 100 %.

К недостаткам можно отнести относительно небольшую производительность (14 000 м3 при макс. статическом давлении 300 Па), а также то, что ВКС является моноблоком и модельный ряд не велик.

Область применения ВКС в Красноярске очень широкая. В силу особенности климата, когда температурный диапазон довольно широк (-40 до +40), применение систем на фреоне не всегда удачно. А потребность в вентиляции и кондиционировании, в межсезонье и летний периоды года, не то чтобы очень велика, она жизненно необходима. ВКС может быть использован в зданиях административного, коммерческого и культурно-бытового назначения, спортивных комплексов, торговых центров, предприятий общественного питания, медицинских учреждений, производственных помещений, складских и гаражных комплексов, сельскохозяйственных строений, теплиц и прочих объектов, где требуется кондиционирование, отопление и вентиляция, а также любых других применений, где требуется тепло и/или холод.

Библиографические ссылки

1. Пятибокова Ж. Здания высоких технологий: бесфреоновые климатические системы / ООО ИИП «АВОК-ПРЕСС», 2014. 108 с.

2. Вентпортал [Электронный ресурс]. URL: http ://remont.info.

3. Егоров С. Мир климата: воздушные климатические системы для жилых зданий. М. : АПИК, 2013. 114 с.

© Галимов В. С., 2014

УДК 629.78

И. П. Колчанов, М. М. Михнев, А. В. Делков Научный руководитель - А. А. Кишкин ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Железногорск

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СНИЖЕНИЯ КРИТИЧНЫХ ГАЗОВЫХ НАГРУЗОК НА ЭТАПЕ ТЕПЛОВАКУУМНОЙ ОТРАБОТКИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА И ЕГО СОСТАВЛЯЮЩИХ

Рассматривается проблема загрязнения космических аппаратов продуктами гажения материалов и газовыделений из полостей сборок, связанная с проблемой массопотерь материалов конструкции в условиях функционирования аппарата в космосе. Приводятся технологические решения, способствующие снижению газовых нагрузок на аппарат на этапах его тепловакуумной отработки.

Любое вещество или материал, помещенные в вакуум, испускают газы, т. е. происходит газовыделение материалов [1]. В общем случае газовыделение в вакууме складывается из трех отдельных процессов: десорбции газа, адсорбированного на поверхности твердых тел; диффузии и десорбции газа, абсорбированного твердым телом; испарения (сублимации) жидкости (твердого тела). При газовыделениях реаль-

ных тел эти процессы протекают одновременно и накладываются друг на друга.

В космическом полете вакуумная среда вокруг космического аппарата (КА) определяется в общем случае характеристиками планетной атмосферы или межпланетного пространства, а также характеристиками искусственной атмосферы, образующейся газовыделением материалов КА и другими источниками

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2014. Технические науки

(газовыделение двигателей управления, утечка газа из загерметизированных полостей аппаратов и т. д.).

Главной особенностью космического пространства является его способность к «поглощению» неограниченного количества газов и паров, которые могут выделяться из элементов конструкции КА в открытый космос. Следовательно, массопотери являются первейшим и наиболее характерным видом воздействия космического вакуума на материалы и элементы устройства КА.

В результате массопотерь вещества, в том числе, изменяется шероховатость поверхности, в частности терморегулирующих покрытий КА, что приводит к ухудшению оптических характеристик поверхности.

Совсем по-иному происходит массопотеря вещества при моделировании космоса в земных условиях, когда в имитаторе космического пространства - термовакуумной камере (см. рисунок) существует риск возникновения критичных газовых нагрузок, приводящих, например, к загрязнению объекта испытания, возникающему вследствие конденсации на объекте газовых потоков вакуумного оборудования, в процессе достижения в имитаторе значений глубокого вакуума [2].

Таким образом, проблема, связанная с загрязнением вследствие конденсации является одной из основных при создании долгоживущих высокоресурсных КА (помимо иных видов загрязнений, возникающих при изготовлении и испытаниях КА на Земле).

В состав перспективных технологий в сфере промышленного производства продукции ракетно-космической отрасли в части обеспечения конструктивного совершенства новых разработок входит технология получения, поддержания и контроля «чистого вакуума» в процессе проведения тепловакуумных испытаний КА и его составляющих.

* из»;

» ЛЁЙ-—руь

"Г ^^

Космический аппарат, помещаемый в термовакуумную камеру

Опорные характеристики (показатели) данного технологического процесса:

- давление в вакуумной камере - 10-6 мм рт. ст.;

- допустимый уровень загрязнения в камере в массовом эквиваленте составляет величину 2 10-7 г за 15 суток.

Для снижения критичных газовых нагрузок в ОАО «ИСС» в настоящее время применяется комплексная технология предварительного обезгаживания материалов в вакуумной камере с контролем параметров обезгаживания.

Основу техпроцесса обезгаживания составляют следующие положения:

- увеличение температуры ускоряет процессы газовыделения;

- термовакуумный прогрев проводится выдержкой материалов, подсборок и сборочных узлов в условиях вакуума пока величина молекулярного газовыделения не стабилизируется на низком уровне;

- прогрев компонентов на самом возможно низком уровне сборки, как правило, имеет более низкую стоимость и меньший риск, потому что могут быть использованы более высокие температуры и могут быть использованы более маленькие камеры для прогрева;

- все операции по нагреву в вакууме должны быть выполнены таким способом, чтобы исключить возможность загрязнения или, с другой стороны, повреждения изделий во время испытаний.

Температурный режим обезгаживания подбирают исходя из допустимых для материала температур. При этом дегазация металлов осуществляется посредством нагрева в вакууме до температур, близких к рабочим или выше их.

Взаимодействие газов с металлами может носить разнообразный характер. Например, для водорода характерны: поверхностная физическая адсорбция, активированная абсорбция и хемосорбция, диффузия, растворение, химическое взаимодействие с образованием химических соединений.

Основными видами газовых загрязнений таких материалов, как нержавеющая сталь и никель, являются водород, азот, кислород, окислы углерода.

В каждом конкретном случае о степени дегазации конструкционных материалов можно судить по глубине вакуума, измеренного в стационарных условиях.

Библиографические ссылки

1. Справочник по вакуумной технике и технологиям / под ред. Д. Хоффман, Б. Сингха, Дж. Томаса, М. : Техносфера, 2011. 736 с.

2. Нусинов М. Д. Воздействие и моделирование космического вакуума. М. : Машиностроение, 1982.

© Колчанов И. П., Михнев М. М., Делков А. В., 2014