способ контроля качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели

Формула изобретения

Способ контроля качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором, включающий изготовление панели согласно чертежу и имитаторов тепловой нагрузки с контактной поверхностью, установку имитаторов на наружную поверхность обшивки панели под общей теплоизоляцией напротив полки коллектора в различных местах по его длине, прокачку теплоносителя через жидкостный тракт коллектора с заданными расходом и температурой, подачу на каждый имитатор электрической мощности и измерение потребляемой мощности имитаторов, установившихся температур имитаторов и теплоносителя и определение коэффициентов теплопередачи между имитатором и теплоносителем для различных мест коллектора, отличающийся тем, что изготавливают не менее трех одинаковых по конструкции и потребляемой мощности имитаторов тепловой нагрузки с шириной контактной поверхности, равной ширине полки коллектора, и при одинаковых усилиях прижатия контактной поверхности имитаторов к наружной поверхности обшивки панели и при постоянной температуре теплоносителя на входе в коллектор, равной температуре окружающего воздуха, определяют по отдельности коэффициенты теплопередачи отдельно установленного на панель имитатора (К1), имитатора, установленного между двумя соседними по направлению движения теплоносителя имитаторами (К2), и имитатора в условиях, когда напротив полки соседних витков коллектора симметрично ему установлены другие имитаторы (К3), а о качестве конструкции и технологии изготовления панели судят по выполнению соотношения

К= К2+К3-К1-Кст [К],

где К - коэффициент теплопередачи от наружной поверхности обшивки панели к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора, Вт/(м ·°С);

Кст - фактор влияния на коэффициент теплопередачи [К] термического сопротивления стыка между поверхностями контакта имитатора и обшивки, Вт/(м·°С);

[К] - допустимое значение коэффициента теплопередачи от наружной поверхности обшивки панели к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора, Вт/(м·°С).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к космической технике, в частности к спутникам связи, телевещания и ретрансляции информации, и создано авторами в порядке выполнения служебного задания.

В настоящее время новые (вновь разрабатываемые) отечественные спутники связи, телевещания и ретрансляции информации типа "Экспресс" (в дальнейшем изложении "спутник") в общем виде представляют из себя конструкцию, в которой различные приборы со своими контактными теплоотдающими поверхностями прикреплены к наружным поверхностям обшивок сотовых панелей со встроенным жидкостным коллектором, через жидкостный тракт которого циркулирует теплоотводящий теплоноситель.

Для обеспечения высокой надежности в течение требуемого длительного срока орбитального функционирования спутника (до 15 лет) до установки приборов на сотовую панель со встроенным жидкостным коллектором должно быть гарантировано качество конструкции и технологии изготовления ее.

Как показал анализ, основной характеристикой качества рассматриваемой сотовой панели является ее функциональная пригодность, т.е. качественно изготовленная сотовая панель в дальнейшем в условиях эксплуатации обеспечит требуемую (необходимую) тепловую связь от наружной поверхности обшивки панели к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора. Следовательно, обобщенным показателем качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором является величина коэффициента теплопередачи от наружной поверхности обшивки панели к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора, которую необходимо контролировать после изготовления сотовой панели.

Известны способы контроля значения коэффициента теплопередачи от корпуса прибора (или имитатора прибора), установленного на жидкостную плату, к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте платы (см. стр. 277-278, 281-284 книги: А.В.Болгарский, Г.А.Мухачев. В.К.Щукин. Термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1975).

Анализ, проведенный авторами, показал, что общим существенным недостатком известных способов контроля значения коэффициента теплопередачи от корпуса имитатора прибора к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте платы, т.е. известных способов контроля качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором является их сложность (что является отрицательно влияющим фактором в обеспечении высокой надежности спутника, имеющего в своем составе сотовые панели со встроенным жидкостным коллектором) и обусловленные этим высокие затраты средств и времени при реализации в производстве.

Анализ источников информации по патентной и научно-технической литературе показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является способ контроля качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором, выполненный на базе известного способа, приведенного на стр.277-278 книги: А.В.Болгарский, Г.А.Мухачев, В.К.Щукин. Термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1975, который включает в себя выполняемые в следующей последовательности операции (см.фиг.3):

- операция 1: изготавливают панель 1 согласно чертежу;

- операция 2: изготавливают имитаторы приборов 2 с контактной поверхностью, соответствующей поверхности штатного прибора (как ширина, так и длина площадей (поверхностей) контакта различных приборов различны);

- операция 3: устанавливают (прикрепляют штатно, с натягом) имитаторы на наружную поверхность обшивки панели под общей теплоизоляцией напротив полки коллектора 3.1 в различных штатных местах по его длине;

- операция 4: прокачивают теплоноситель через жидкостный тракт коллектора с заданными расходом и температурой;

- операция 5: подают на каждый имитатор соответствующие штатным приборам величины (различные) электрической мощности;

- операция 6: измеряют величины потребляемой мощности имитаторов, установившихся температур имитаторов и теплоносителя по показаниям соответствующих датчиков температуры;

- операция 7: определяют коэффициенты теплоперадачи между корпусом имитаторов и теплоносителем для различных мест коллектора, которые для качественной панели должны удовлетворять следующему соотношению

где Кк.пр.i - коэффициент теплопередачи (на единицу длины коллектора) от корпуса конкретного имитатора, прикрепленного штатно к конкретному месту на обшивке панели, к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора, Вт/(м·°С);

Qпp.i - потребляемая мощность (тепловая нагрузка) конкретного имитатора, Вт;

Lпp.i - длина контактной площади конкретного имитатора, м;

Тк.пр.i - средняя температура корпуса конкретного прибора по показаниям температурных датчиков, установленных на нем, °С;

Тт.пр.i - средняя температура теплоносителя в жидкостном тракте коллектора под конкретным прибором по показаниям соответствующих датчиков температуры теплоносителя, °С;

[Кк.пр i] - допустимый коэффициент теплопередачи (на единицу длины коллектора) от корпуса конкретного имитатора, прикрепленного штатно к конкретному месту на обшивке панели, к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора, Вт/(м·°С).

Из анализа вышеприведенных известных операций следует, что существенным недостатком известного способа контроля значения коэффициента теплопередачи от корпуса имитатора прибора к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте платы, т.е. известного способа контроля качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором, является его сложность (что является отрицательно влияющим фактором в обеспечении высокой надежности спутника, имеющего в своем составе сотовые панели со встроенным жидкостным коллектором) и обусловленные этим высокие экономические затраты при реализации в производстве, т.к. в настоящее время при производстве спутника номенклатура типов приборов составляет несколько десятков (отличающихся друг от друга, в частности, энергопотреблением, массой и геометрическими характеристиками) и для контроля качества панели по известному способу необходимо изготовить такое же количество их имитаторов со штатным посадочным местом и штатным энергопотреблением, установить их штатно (с натягом) на изготовленную сотовую панель и провести испытания по определению значений коэффициентов теплопередачи от корпуса каждого имитатора прибора к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте платы.

Таким образом, существенными недостатками известного способа контроля качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором является его сложность (что является отрицательно влияющим фактором в обеспечении высокой надежности спутника, имеющего в своем составе сотовые панели со встроенным жидкостным коллектором) и обусловленные этим высокие экономические затраты при реализации в производстве.

Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.

Проведенный авторами анализ показал, что устранение вышеуказанных существенных недостатков и решение вышеупомянутой задачи достигаются осуществлением контроля качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором следующим образом:

изготавливают как минимум три одинаковых по конструкции и потребляемой мощности имитатора с шириной контактной поверхности, равной ширине полки коллектора, и при одинаковых усилиях прижатия контактной поверхности имитаторов к поверхности обшивки панели и при постоянной температуре теплоносителя на входе в коллектор, равной температуре окружающего воздуха, определяют по отдельности коэффициенты теплопередачи отдельно установленного на панель имитатора, (К1), имитатора, установленного между двумя соседними по направлению движения теплоносителя имитаторами, (К2), и имитатора, когда напротив полки соседних витков коллектора симметрично ему установлены имитаторы, (К3), и о качестве конструкции и технологии изготовления панели судят по выполнению соотношения

К=К2+К3-К1-Кcт[К],

где К - коэффициент теплопередачи от наружной поверхности обшивки панели к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора, Вт/(м·°С);

K2,K3,K1 - смотрите выше текст; Bт/(м·°С);

Кст - фактор влияния на K термического сопротивления стыка между поверхностями контакта имитатора и обшивки, Вт/(м·°С);

[К] - допустимое значение коэффициента теплопередачи от наружной поверхности обшивки панели к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора, Вт/(м·°С),

что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.

В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено, и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом способе.

Принципиальная схема предлагаемого способа контроля качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором изображена на фиг.1-2.

Предлагаемый способ включает в себя выполняемые в следующей последовательности операции (см. фиг.1):

- операция 1: изготавливают панель согласно чертежу;

- операция 2а: изготавливают как минимум три одинаковых по конструкции и потребляемой мощности (например,40 Вт) имитатора тепловой нагрузки (в дальнейшем изложении "имитатор") с шириной контактной поверхности, равной ширине полки коллектора (например, 30 мм) (см.фиг.2, где: 1 - имитатор тепловой нагрузки; 2 - груз; 3 - сотовая панель со встроенным жидкостным коллектором 3.1; 4 - теплоизоляция; Т1,Т2 - датчики температуры, установленные симметрично на корпусе имитатора; Т3,Т4 - датчики температуры теплоносителя, установленные на входе и выходе жидкостного тракта под имитатором);

- операция 3а: устанавливает вышеуказанные имитаторы на наружную поверхность обшивки панели под общей теплоизоляцией напротив полки коллектора в различных местах по его длине при одинаковых усилиях прижатия контактной поверхности имитаторов к поверхности обшивки панели (например, панель располагает горизонтально, на нее согласно вышеописанному устанавливают имитаторы, а на них одинаковые грузы с массой, например, по 0,8 кг);

- операция 4а; прокачивают теплоноситель через жидкостный тракт коллектора с заданным расходом (например, 100 см³/с) и при постоянной температуре теплоносителя на входе в коллектор, равной температуре окружающего воздуха (например, 25°С);

- операция 5а; подают на каждый имитатор соответствующие штатным приборам величины (одинаковые) электрической мощности (например, 40 Вт);

- операция 6а: измеряют величины потребляемой мощности имитаторов, установившихся температур имитаторов и теплоносителя на входе и выходе из коллектора по показаниям соответствующих датчиков температуры;

- операция 7а; определяют для различных мест коллектора по отдельности коэффициенты теплопередачи отдельно установленного на панель имитатора, (К1), имитатора, установленного между двумя соседними по направлению движения теплоносителя имитаторами,

(К2; если шаг между витками коллектора по всей площади панели одинаков, то К2 измерят один раз), и имитатора, когда напротив полки соседних витков коллектора симметрично ему установлены имитаторы, (К3; если шаг между витками коллектора по всей площади панели одинаков, то К3 измеряют один раз), по следующему соотношению

где Ki - коэффициент теплопередачи (на единицу длины коллектора) от корпуса конкретного имитатора, установленного к конкретному месту на обшивке панели, к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора, Вт/(м·°С);

Qпp - потребляемая мощность (тепловая нагрузка) конкретного имитатора Вт;

Lпp - длина контактной площади имитатора, м;

Тк.пр.i - средняя температура корпуса конкретного имитатора по показаниям температурных датчиков, установленных на нем, °С;

Тт.пр.i - средняя температура теплоносителя в жидкостном тракте коллектора под конкретным прибором по показаниям соответствующих датчиков температуры теплоносителя, °С;

- операция 8: определяют обобщенный показатель качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором - величину коэффициента теплопередачи от наружной поверхности обшивки панели (не от корпуса конкретного имитатора прибора, что предусмотрено в прототипе, - каждый прибор имеет различные ширину и длину, а также качество контактной поверхности и степень прижатия к обшивке панели и предусмотренный в прототипе показатель качества не позволяет объективно установить качество собственно панели) к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора, по соотношению (установленного авторами в результате анализа теплофизических процессов, происходящих в панели при вышеуказанных испытаниях, и на основе полученных опытных данных):

К=К2+К3-К1-Кcт[К], (1)

где К - коэффициент теплопередачи от наружной поверхности обшивки панели к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора, Вт/(м·°С);

К2,К3,К1 - смотрите выше текст; Вт/(м·°С);

Кcт - фактор влияния на К термического сопротивления стыка между поверхностями контакта имитатора и обшивки, Вт/(м·°С); (согласно расчетам на основе опытных данных Кст=1,4 Вт/(м·°С);

[К] - допустимое значение коэффициента теплопередачи от наружной поверхности обшивки панели к теплоносителю, циркулирующему в жидкостном тракте коллектора, Вт/(м·°С); для обеспечения оптимальных характеристик панели, как установлено авторами, [К]=20 Вт/(м·°С).

Если условие (1) выполняется, то это означает, что конструкция и технология изготовления обеспечивают требуемое качество панели, и она допускается в дальнейшем к установке на спутник.

В настоящее время проведено опробирование предложенного способа контроля качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором на опытных образцах панелей.

Предварительные данные показывают, что в результате использования предложенного способа в производстве панелей:

- существенно упрощается технология и сокращается продолжительность технологического процесса контроля качества панелей в результате использования предложенной технологии контроля с использованием трех одинаковых имитаторов и обеспечивается экономия материальных, финансовых средств и времени при изготовлении сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором;

- обеспечивается выявление скрытого брака и гарантированная отбраковка некачественно изготовленных панелей, что является основным фактором в обеспечении высокой надежности спутника в течение требуемого длительного срока орбитального функционирования (до 15 лет).

Таким образом, как видно из вышеизложенного, в результате использования предложенного способа контроля качества конструкции и технологии изготовления сотовой панели со встроенным жидкостным коллектором обеспечиваются существенное упрощение технологии контроля и снижение материальных и финансовых средств и времени при решении задачи изготовления качественных панелей для спутников связи, телевещания и ретрансляции информации, т.е. тем самым достигаются цели изобретения.

В настоящее время предложенное авторами техническое решение отражено в технической документации НПО прикладной механики на изготовление вновь разработанного спутника связи, телевещания и ретрансляции информации.