Разработка системы обеспечения теплового режима на основе контурных тепловых труб для приборных отсеков высокоскоростных атмосферных ле

Разработка системы обеспечения теплового режима на основе контурных тепловых труб для приборных отсеков высокоскоростных атмосферных летательных аппаратов

Для поддержания теплового режима бортовой аппаратуры (БА) при длительном полете высокоскоростных ЛА в настоящее время применяется система обеспечения теплового режима (СОТР) активного типа, включающая вентиляционный и расходный испарительный контура. Однако такая система, обладает рядом недостатков, заключающихся в повышенном энергопотреблении, габаритах, низкой надежности вентиляторов. Альтернативой использованию вентиляционного контура может быть применение контурных тепловых труб (КТТ). Согласно выдвинутой концепции была разработана функционально-компоновочная схема приборного отсека с СОТР на основе КТТ. Был произведен расчет теплового режима БА высокоскоростного ЛА, показавший, что система обеспечивает поддержание температуры посадочных мест приборов в допустимом диапазоне. Полученные результаты расчетно-теоретических исследований показывают, что достоинства КТТ позволяют создать СОТР нового типа, обладающей по сравнению с существующими системами значительными преимуществами, такими как меньшая масса, меньший занимаемый объем, отсутствие электропотребления, высокая надежность.

Ключевые слова: контурная тепловая труба, система обеспечения теплового режима, высокоскоростной атмосферный летательный аппарат

Введение. Приборное оборудование большинства ЛА требует создания на борту специальной системы обеспечения теплового режима (СОТР). Высокие тепловые нагрузки, жесткие ограничения на массу и габариты системы, а также требования высокой надежности, готовности к применению, минимального объема работ по наземному обслуживанию  требуют углубленного анализа существующих способов и стимулируют поиск новых физических принципов и схемных решений СОТР.

Для длительного полета высоскоростного летательного аппарата с недостаточной теплоемкостью и высоким удельным тепловыделением аппаратуры необходима система терморегулирования активного типа, как правило, включающая внутренний вентиляционный и внешний расходный испарительный контура. Такая система, обеспечивая требуемый допустимый  температурный диапазон аппаратуры, обладает рядом недостатков, заключающихся в повышенном энергопотреблении, габаритах, низкой надежности  вентиляторов.

Альтернативой использованию вентиляционного контура, а также теплопередающих устройств кондуктивного типа, может быть применение контурных тепловых труб (КТТ), которые  обладают существенными преимуществами по сравнению с другими устройствами аналогичного назначения. Применение КТТ для термостабилизации посадочных мест аппаратуры приборного отсека ЛА позволит исключить вентиляционную систему, что уменьшит энергопотребление (на 10 – 20 %), а масса СОТР при этом практически не изменится.

Особенности КТТ. Контурные тепловые трубы это герметичные двухфазные теплопередающие устройства, обладающие сверхнизким термическим сопротивлением и работающие по замкнутому испарительно-конденсационному циклу с использованием капиллярных сил для прокачки теплоносителя [1]. КТТ способны передавать тепловые потоки от нескольких ватт до нескольких киловатт при различной ориентации в гравитационном поле и в невесомости без использования каких-либо дополнительных источников энергии. Принципиальная схема устройства представлена на рисунке 1.

[pic 1]

Рисунок 1 – Принципиальная схема КТТ:

1 – компенсационная полость; 2 – испаритель; 3 – фитиль;

4 – паропровод; 5 – конденсатор; 6 – конденсатопровод.

Работа КТТ основана на переносе тепла за счет использования  скрытой теплоты фазового перехода теплоносителя. Принцип работы устройства следующий. Под воздействием тепловой нагрузки, теплоноситель начинает испаряться из фитиля. За счет разницы давлений в зоне испарения и компенсационной полости пар двигается по паропроводу в конденсатор. В конденсаторе пар охлаждаясь, конденсируется. Далее теплоноситель уже в жидкой фазе движется в компенсационную полость, откуда под действием капиллярных сил фитиля прокачивается опять к зоне испарения.