Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапозонах - Формозов Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Основными элементами такой системы являются баллон со сжатым азотом и микроохладитель.
Схемы и конструкции дроссельных микроохладителей
По принципиальной схеме большую часть разработанных конструкций дроссельных,микроохладителей можно отнести к одной из следующих основных групп (рис. 10.1):
- однокаскадные, в том числе с простым и двухкратным дросселированием;
- многокаскадные с предварительным охлаждением газа.
Чаще всего применяют одно- и многорядные поперечно-противоточ-ные теплообменники (типа Хэмпсона) и противоточные типа труба в
74 трубе (типа Линде). Формы теплообменников различны: цилиндрическая, коническая, плоская.
Теплообменники Хэмпсона изготавливаются из капиллярных трубок ? 0,2-1,0 мм с чередованием оребренных и неоребренных рядов (нержавеющая сталь, никель и его сплавы). Оребрение выполняется из медной проволоки диаметром ? 0,05-0,2 мм, спирально навитой на трубки с определенным шагом.
Различные схемы теплообменников представлены на рис. 10.1.
Д )
Д
II
)(
К объекту охлаждения
III
К объекту охлаждения
Рис. 10.1
I
На рис. 10.1 теплообменники: I - простым дросселированием; II - с двухкратным параллельным дросселированием; III - с двухкратным последовательным дросселированием.
В качестве дросселей могут использоваться микроотверстия (дюзы), пористые металлокерамические таблетки, капиллярные трубки определенной длины ("капиллярный" дроссель), а также трубки теплообменника ("распределенный" дроссель).
Рассмотрим конструкцию микроохладителя с простым дросселированием цилиндрического типа, приведенного на рис. 10.2. Противоточ-ный теплообменник построен по схеме труба в трубе и представляет собой свитую в спираль капиллярную трубку 2, размещенную во внешней трубке 3 с запаянным концом. Трубка 2 канала высокого давления играет одновременно роль распределенного дросселя. В низкотемпературной зоне к теплообменнику припаян наконечник 4, который через слой теплопроводящей пасты 5 (смесь замазки Рамзая с аллюминиевой пуд-
75 рой) контактирует с дном охлаждаемого прибора 6. Конструкция штуцера 1 позволяет использовать микроохладитель как в замкнутой, так и в разомкнутой системах охлаждения, 7 - входное оптическое стекло.
х/а
Рис. 10.2
На рис. 10.2 не показаны выводы для подачи питания и снятия сигнала с ПИ-6. Это - предмет особого разговора. Эта схема не нашла широкого применения в основном из-за отсутствия непосредственного контакта хладагента с охлаждаемым ПИ, т. е. из-за повышенной температуры криостатирования (повышенное давление в канале обратного потока).
Наилучшими техническими данными обладает микроохладитель, представленный на рис. 10.3, где 1 - входное оптическое окно; 2 - ПИ (например, матрица 64- 64 элемента); 3 - кольцевая стеклотекстолито-
12 11
¦*т/>ы/ ////// / г.
/////It////// / /л\
Рис. 10.3
76
1
2
5
6
4
8
7 вая печатная плата с выводами от ПИ; 4 - медный хладопровод; 5 -дроссельная дюза; 6- теплообменник Хэмпсона; 7 - штуцер; 8 - фильтр газа; 9 - обечайка из нержавеющей стали; 10 - обечайка (секция) теплообменника из ковара; 11 - секция обечайки теплообменника из стеклотекстолита СТЭФ; 12 - сверхгерметичный разъем типа РСГС.
В данной конструкции обеспечивается:
- минимальное время выхода на температурный режим, так как минимизированы охлаждаемые массы, а секция 11 из стеклопластика с коэффициентом теплопроводности
? = 3 а0_л Вт/см К;
- равенство температуры ПИ и хладагента.
Такой ПИ с микроохладителем и системой замкнутого цикла очень удобен для крылатых ракет, систем FLJR самолетов и других аэрокосмических объектов, реализующих самонаведение в диапазоне волн З-5 мкм. ПИ может быть снабжен также в случае необходимости охлаждаемым фильтром изображения.
Входное окно может быть выполнено из лейкосапфира или германия, если необходимо отсечь излучение до 1,60 мкм, или из кремния, если -до 1,06 мкм.
Для зенитных ракет "Земля - воздух" с тепловыми головками самонаведения важнейшим параметром является время выхода на температурный режим (не более 3-4 с), так как они работают от баллонных расходных систем с ресурсом 90-100 с. Тогда теплообменники выполняют в виде конуса с углом 90° от дюзы, чтобы увеличить холодопроиз-водителность микроохладителя.
77 11. РАДИАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ НА БАЗЕ КОСМИЧЕСКИХ РАДИАЦИОННЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ И СУБЛИМАЦИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ ХОЛОДА
Одним из наиболее эффективных пассивных (не потребляющих электроэнергии) способов охлаждения микроэлектронных компонентов бортовой космической аппаратуры является излучение теплоты в холодный космос (Т < 10 К) космическими радиационными теплообменниками (КРТ), или просто "радиаторами". Классическая конструкция радиатора описана Брекенкриджем (рис. 11.1).
На рис. 11.1: 1 - черный (глубокий) космос; 2 - внешняя ("высокотемпературная") поверхность радиатора; 3 - внешняя ступень (зеркальная поверхность); 4 - внутренняя ступень (низкотемпературный радиатор); 5 - охлаждаемый ПИ; 8 - низкотеплопроводящие опоры (СТЭФ); 9 - пакеты ЭВТИ; б - линза ОС с охлаждаемой блендой; 7 - поверхность KA.
