Сотовая панель с тепловыми трубами и теплоаккумулирующим материалом
(НПП «ТАИС»)
(НПО ТП)
(НПО им. )
Сотовые панели с тепловыми трубами сегодня являются элементами силовой конструкции космического аппарата. Такие сотовые конструкции одновременно являются теплопередающими устройствами, способными отводить избыточную тепловую энергию от оборудования, размещенного на их поверхности. Расширяя возможности теплопередачи сотовых конструкций, мы добавили в такую систему теплоаккумулирующее вещество, помещаемое в сотовый заполнитель. В этом случае сотовая панель способна поглощать избыточную тепловую нагрузку при пиковых тепловыделения оборудования без непосредственного отвода его в космическое пространство излучением. Такой подход позволяет проектировать системы обеспечения теплового режима с оптимальными массами. При этом минимизируется масса всего космического аппарата, поскольку системы терморегулирования составляют порядка 20% массы КА.
В представленной работе рассматривались два образца сотовых панелей. Первый образец имел размер 160х260х18 миллиметров и был заполнен пентадекановой кислотой. Температура фазового перехода теплоаккумулирующего материала составляла 56 0С.
Второй образец имел размер 260х460х18 миллиметров и был заполнен генэйкозаном. Температура фазового перехода теплоаккумулирующего материала составляла 32 0С.
Теплоаккумулирующая способность теплового аккумулятора измерялась в Джоулях:
Q = P*τ,
где
P – мощность, подводимая к тепловому аккумулятору, Вт;
τ - время процесса.
Для вычислительного эксперимента были выбраны следующие исходные параметры:
- толщина листа составляла 0.5 мм;
толщина стенок сот составляла 0.05, 0.1 и 0.2 мм;
- высота сот составляла 17 мм;
- теплоаккумулирующее вещество для первого образца - пентадекановая кислотай;
- теплоаккумулирующее вещество для второго образца – генэйкозанж;
- материал листа – алюминиевый сплав В 95;
- материал сотового заполнителя – алюминиевый сплав АД-31;
Была разработана математическая модель теплового аккумулятора, построенного на базе сотовой конструкции.
На основе построенной математической модели был проведен вычислительный эксперимент в котором для тепловой нагрузки 200 Вт, варьировалось значение толщины сотового заполнителя. Результаты представлены на Рис.1 и Рис.2 .
Кроме этого был проведен вычислительный эксперимент в котором для образца 260х460х18 варьировалась тепловая нагрузка от от 100 до 300 Вт. Для образца 160х260х18 варьировалась тепловая нагрузка от от 20 до 200 Вт. Толщина сот при этом не менялась.
Рис.1 Изменение температуры стенки на поверхности ТСП от времени процесса плавления ТАМ для толщины сотозаполнителя равной 0.05 мм и тепловой нагрузки 200 Вт.
Рис.2 Изменение температуры стенки на поверхности ТСП от времени процесса плавления ТАМ для толщины сотозаполнителя равной 0.2 мм и тепловой нагрузки 200 Вт.
Результаты, представленные на графиках показывают, что толщина стенки сот существенно влияет на динамические характеристики работы ТА. Выбор толщина стенки сот в 0.05 мм не является самой удачной конструкцией, поскольку растекание по ней теплового потока проходит с большими температурными градиентами. Что может приводить к перегреву оборудования, размещаемого на сотовых панелях. Результаты, представленные на втором графике являются более обнадеживающими и позволяют на поверхности соторанели получать относительно стабильные значения температур.
В физическом эксперименте был использован только сотовый заполнитель с толщиной стенки сот 0.05 мм, поскольку образцов сотовых конструкций с более толстым заполнителем не было в наличии.
Время работы теплового аккумулятора 260 х 460 х 18 мм до полного расплава ТАМ меняется от 34 до 13 минут при изменении тепловой нагрузки от 100 до 300 Вт.
Для теплового аккумулятора 160 х 260 х 18 мм время плавления меняется от 42 до 5 минут при изменении тепловой нагрузки от 20 до 200 Вт.
Полученные результаты показывают, что тепловые аккумуляторы на сонове сотовых панелей с тепловыми трубами могут занять свою нишу в системах обеспечения теплового режима космических аппаратов.
