Способ регулирования давления в гидравлической системе терморегулирования с газожидкостным компенсатором космического аппарата

 

Изобретение относится к области космической техники, а именно к технологии ремонтно-профилактических работ с гидравлическими системами терморегулирования. Способ регулирования давления в гидравлической системе терморегулирования с газожидкостным компенсатором космического аппарата включает операции измерения и регулирования давления в системе путем наддува или сброса газа из газовой полости компенсатора. При обнаружения факта разгерметизации системы определяют скорость и направление изменения давления в газовой полости компенсатора. Далее при росте давления его повышают путем наддува, а при падении понижают путем сброса газа из газовой полости компенсатора. Эти операции производят до момента стабилизации давления в газовой полости компенсатора в пределах погрешности измерения давления. Температуру теплоносителя в системе терморегулирования и давление в гермоотсеках поддерживают на постоянном уровне. Способ обеспечивает бесперебойную работу разгерметизированной системы в течение времени, которое требуется для устранения негерметичности. 1 ил.

Изобретение относится к области космической техники, а именно к технологии ремонтно-профилактических работ с гидравлическими системами терморегулирования (СТР), содержащими газожидкостные компенсаторы, и может быть использовано экипажами орбитальных станций (ОС) для регулирования давления в таких системах.

Известны способы регулирования давления в гидравлических СТР с газожидкостными компенсаторами, включающие операции измерения и регулирования давления в системе, путем наддува или сброса газа из газовой полости компенсатора с целью поддержания давления теплоносителя в контуре СТР в требуемом рабочем диапазоне (см., например, книгу А.М. Егорычев и др. "Агрегаты технического обслуживания самолетов и вертолетов", М., изд. Транспорт, 1973).

Наиболее близким к изобретению, выбранным в качестве прототипа, является способ регулирования давления в гидравлической системе терморегулирования космического аппарата (КА), содержащий газожидкостной компенсатор (см. патент 2067954 от 20.10.96 г., М. кл. B 64 G 1/66), включающий операции измерения и регулирования давления путем наддува в газовую полость компенсатора при понижении давления в контуре СТР до нижнего рабочего уровня и сброса газа из газовой полости при повышении давления до верхнего рабочего уровня.

Недостатком известных способов является то, что они не могут обеспечить бесперебойную работу гидравлической системы терморегулирования при ее разгерметизации в герметичных отсеках КА в течение требуемого для устранения негерметичности системы времени. В процессе длительной эксплуатации орбитальной станции СТР может потерять герметичность. Такие случаи уже имели место, например, на ОС "Салют-6" и на эксплуатируемой в настоящее время станции "Мир". Если негерметичность системы такова, что при равенстве давлений теплоносителя в контуре СТР и давления атмосферы в гермоотсеке КА, истечения теплоносителя в гермоотсек и попадание газа из гермоотсека в контур теплоносителя не происходит по причине превышения сил поверхностного натяжения над силами тяжести, влияние которых в условиях пониженной гравитации невелико, а влияние сил поверхностного натяжения существенно и возрастает с уменьшением диаметра или условного диаметра течи, то такую систему можно продолжать эксплуатировать в течение всего времени до момента устранения ее негерметичности при условии обеспечения равенства вышеупомянутых давлений. В известных способах давление в контуре СТР поддерживается все время в требуемом рабочем диапазоне и при этом не гарантируется равенство давлений в зоне негерметичности системы между давлением теплоносителя в контуре и давлением атмосферы в гермоотсеке, т.е. не выполняется условие, при котором возможна эксплуатация разгерметизированной системы. Даже при небольшой величине негерметичности продолжительная эксплуатация системы невозможна, т. к. при превышении давления в контуре теплоносителя над давлением атмосферы гермоотсека, в гермоотсек будет попадать теплоноситель, а при превышении давления атмосферы над теплоносителем в контуре, в контур теплоносителя будет попадать газ.

При попадании теплоносителя из СТР в гермоотсек продолжительная работа системы недопустима, т. к. при этом не обеспечивается безопасность экипажа станции при токсичных, пожароопасных и агрессивных теплоносителях и даже, если в качестве теплоносителя используется вода, попадание ее в атмосферу нежелательно, т.к. отдельные капли, уносимые потоком воздуха, могут попасть на электроплаты приборов и агрегатов и вызвать различного рода электрические замыкания, включая короткое замыкание силовых цепей, а локализировать и изолировать жидкость в условиях невесомости крайне затруднительно. При попадании газа в гидравлический контур СТР нарушается сплошность потока теплоносителя, газ будет скапливаться в зонах пониженного давления, как правило, на входе в побудитель циркуляции - электронасосный агрегат (ЭНА), что приведет к постепенному наполнению рабочей полости ЭНА газом, снижению его производительности и затем к прекращению циркуляции теплоносителя в контуре.

Промежуток времени с момента разгерметизации системы и до момента ее устранения может составить 3-4 месяца, т.к. на ОС может не оказаться средств, необходимых для устранения негерметичности, и потребуется доставлять эти средства на грузовом корабле. За это время может произойти отказ резервной СТР и тогда при использовании известных способов регулирования давления невозможно будет поддерживать на ОС температуру в требуемом диапазоне, что приведет к невозможности пребывания экипажа на станции и даже может привести к прекращению существования самой станции, как это было со станцией "Салют-6", на которой вышли из строя все СТР.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение бесперебойной работы разгерметизированной в гермоотсеках КА гидравлической системы терморегулирования, содержащей газожидостной компенсатор, в течение требуемого для устранения негерметичности системы времени.

Задача решается тем, что в способе регулирования давления в гидравлической системе терморегулирования с газожидкостным компенсатором космического аппарата, включающем операции измерения и регулирования давления в системе путем наддува или сброса газа из газовой полости компенсатора, после обнаружения факта разгерметизации системы определяют скорость и направление изменения давления в газовой полости компенсатора и при росте давления его повышают путем наддува, а при падении - понижают путем сброса газа из газовой полости компенсатора и указанные операции производят до момента стабилизации давления в газовой полости компенсатора в пределах погрешности измерения давления, при этом температуру теплоносителя на СТР и давление в гермоотсеках поддерживают на постоянном уровне.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными на сегодняшний день техническими решениями, предлагаемый способ регулирования давления в гидравлической СТР с газожидкостным компенсатором космического аппарата обеспечивает бесперебойную работу разгерметизированной системы в течение времени, требуемого для устранения негерметичности системы.

Это достигается благодаря обеспечению равенства давлений теплоносителя в контуре СТР и атмосферы в гермоотсеке в зоне негерметичности системы. В результате применения предлагаемого способа обеспечиваются безопасные условия для пребывания экипажа на станции и температурный режим на ОС поддерживается в требуемом диапазоне в течение всего требуемого для устранения негерметичности системы времени, что исключает ситуации, приводящие к прекращению существования станции, как это может быть при применении известных способов.

На чертеже показан пример устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит гидравлический контур СТР, включающий побудитель циркуляции - ЭНА 1, регулятор расхода жидкости (РРЖ) 2, например, с шаговым электронагревателем, обратные клапаны 3, теплообменник-охладитель 4, термоплаты 5, газожидкостной теплообменник 6, электроподогреватель 7, змеевиковый теплообменник 8. Перед входом теплоносителя в ЭНА 1 установлен датчик температуры 9, который через систему управления 10 электрически связан с РРЖ 2. Контур СТР снабжен газожидкостным компенсатором 11 с дренажно-заправочными клапанами 12, 13 по жидкости и газу. К клапану 13 подстыкован трубопровод 14 со штуцерами 15, 16, 17. К штуцеру 17 через запорный вентиль 18 и редуктор 19 подстыкован баллон с газом 20. К штуцеру 16 через запорный вентиль 21 подстыкован ручной вакуум-насос 22, а к штуцеру 15 через запорный вентиль 23 подстыкован образцовый мановакуумметр, например, ВК-316М, имеющий точность измерения 0,5 мм рт. ст.

При проведении штатной проверки герметичности системы, при которой температура теплоносителя в контуре СТР и давление в гермоотсеке поддерживаются на постоянном уровне, в случае герметичной системы давление в газовой полости компенсатора 11, фиксируемое мановакуумметром 24, не изменяется. Если давление будет изменяться (нерезкое падение или возрастание давления, что будет, например, при разрыве трубопровода и такую ситуацию экипаж станции обнаружит до проведения штатных проверок и выключит этот контур СТР), то проверка герметичности будет продолжена до следующего сеанса связи с экипажем станции и при устойчивой тенденции падения или возрастания давления в газовой полости компенсатора, группой управления полетом принимается решение и передается экипажу станции о проведении регулирования давления в разгерметизированном контуре СТР до момента устранения негерметичности. Решение выполняется путем проведения следующих операций по заявляемому способу: 1. Поддерживают температуру теплоносителя в контуре СТР на постоянном в пределах погрешности измерений уровне, для чего устанавливают в системе управления 10 минимальную установку по температуре, например, 0,5^oC и в случае отклонения температуры от номинального уровня (например, 20^oC) на величину установки с системы управления поступает команда в РРЖ 2, который в случае повышения температуры производит перепуск части или всего теплоносителя через теплообменник - охладитель 4, в котором происходит отвод тепла, а в случае понижения температуры за счет уменьшения тепловыделений аппаратуры с системы управления 10 в РРЖ 2 поступает команда на перепуск теплоносителя мимо теплообменника-охладителя 10; сигнал об уровне температуры теплоносителя в контуре непрерывно поступает с датчика температуры 9 в систему управления.

2. Поддерживают давление в гермоотсеке на постоянном уровне путем исключения на это время операций, приводящих к изменению давления, например, проведение шлюзования, сброса газа или наддува газа в гермоотсек и т.д.

3. Определяют скорость изменения давления и направление его изменения (рост или падение) в газовой полости компенсатора 11 с помощью мановакуумметра 24.

4. При росте давления в газовой полости компенсатора, о чем свидетельствуют показания мановакуумметра, его повышают, а при падении - понижают, соответственно, путем наддува газа в газовую полость из баллона 20; наддув обеспечивают открытием вентиля 18 или сброса из газовой полости с помощью ручного вакуум-насоса, при этом вентиль 21 открывают, а наддув или сброс газа производят в течение фиксированного промежутка времени, например, в течение 5 минут, после чего опять определяют скорость и направление изменения давления и на основании этих замеров корректируют время последующего наддува или сброса газа. Например, если до проведения наддува или сброса газа давление в газовой полости компенсатора падало или возрастало со скоростью 3 мм рт. ст. /час, а после проведения этих операций скорость изменения давления стала 1,5 мм рт.ст./ч, то время последующего наддува или сброса устанавливают 2,5 минуты; указанные операции в такой последовательности производят до момента стабилизации давления в газовой полости компенсатора в пределах погрешности измерения давления.

5. Поддерживают температуру теплоносителя в контур СТР и давление в гермоотсеке на постоянном уровне, если для устранения негерметичности системы не требуется продолжительное время, в противном случае поддержание давления в гермоотсеке на постоянном уровне не обеспечивают и в процессе эксплуатации, если давление в гермоотсеке отклонится от зафиксированной при устранении негерметичности величины за счет проведения, например, шлюзования, то опять производят операции по п.п. 1, 2, 3, 4, 5.

Для обнаружения места негерметичности системы ориентируются на направление изменения давления в газовой полости компенсатора. Если давление понижается, то имеет место утечка теплоносителя из контура СТР и, следовательно, зона негерметичности находится там, где давление теплоносителя больше давления атмосферы в гермоотсеке, т.е. в зоне после ЭНА, например, в зоне А (см. чертеж), а если давление повышается, то имеет место попадание газа из гермоотсека в контур СТР и, следовательно, зона негерметичности находится там, где давление теплоносителя меньше давления атмосферы в гермоотсеке, т. е. в зоне входа теплоносителя в ЭНА, например, в зоне Б.

Эффективность предлагаемого технического решения состоит в том, что оно, в отличие от известных, позволяет обеспечить бесперебойную работу разгерметизированной в условиях космического полета СТР от момента обнаружения ее негерметичности и до момента устранения негерметичности при условиях, когда негерметичность такова, что при равенстве давлений теплоносителя в контуре СТР и давления атмосферы в гермоотсеке не происходит истечения теплоносителя в гермоотсек и попадания газа из гермоотсека в контур СТР. Это особенно важно в случае выхода из строя резервной СТР в период, пока не устранена негерметичность основной СТР. При использовании известных технических решений в этом случае могут оказаться неработоспособны как основная, так и резервная СТР, что приведет к невозможности пребывания экипажа на ОС и, следовательно, к необходимости завершения пилотируемого полета и может быть даже к прекращению существования ОС. Предлагаемое решение позволяет исключить такие ситуации.

Формула изобретения

Способ регулирования давления в гидравлической системе терморегулирования с газожидкостным компенсатором космического аппарата, включающий операции измерения и регулирования давления в системе путем наддува или сброса газа из газовой полости компенсатора, отличающийся тем, что после обнаружения факта разгерметизации системы определяют скорость и направление изменения давления в газовой полости компенсатора и при росте давления его повышают путем наддува, а при падении понижают путем сброса газа из газовой полости компенсатора и указанные операции производят до момента стабилизации давления в газовой полости компенсатора в пределах погрешности измерения давления, при этом температуру теплоносителя в системе терморегулирования и давление в гермоотсеках поддерживают на постоянном уровне.

РИСУНКИ

Рисунок 1