No 10 000 metriem virs jūras līmeņa līdz dziļai telpai: kā sildelementi aizsargā kosmosa aprīkojumu

Mēs visi zinām, ka parastajiem elektroniskajiem izstrādājumiem ir grūti darboties ekstremālos apstākļos. Tomēr kosmosa kuģi kruīzē desmitiem tūkstošu metru augstumā, un satelīti pastāv vakuumā, un tiem trūkst atmosfēras aizsardzības un temperatūras regulēšanas. Viņu darbības vide ir ārkārtīgi skarba. Sildelementiem ir neaizstājama loma kosmosa kuģu un satelītu normālas darbības nodrošināšanā tik sarežģītā vidē.

Kas ir sildelements?

Sildelements ir elastīgs, integrēts sildītājs ar regulējamu biezumu, kas izveidots augstas{0}}temperatūras karstās presēšanas{1}}cietēšanas procesā. Tā lepojas ar tādām priekšrocībām kā augsta elastība, plāns, augsta izolācijas izturība, netoksicitāte un laba karstumizturība, tāpēc tas ir piemērots apkurei, kam nepieciešamas mazas platības un viegla konstrukcija.

Sildelementa produkta informācija

Tipiska struktūra sastāv no iekšējā slāņa, kas izgatavots no grafēna, vadoša pārklājuma un sakausējumiem, piemēram, misiņa, nerūsējošā tērauda un dzelzs -hroma-alumīnija, lai radītu siltumu; ārējais slānis izmanto PET, poliimīda plēvi vai silikona loksni kā izolācijas pārklājumu, lai nodrošinātu drošību un konstrukcijas stabilitāti.

Sildelementi un silikona sildelementi tiek plaši izmantoti ne tikai plaša patēriņa elektronikas un rūpniecības jomās, bet arī kosmosa jomā, nodrošinot drošības garantijas kosmosa kuģu un satelītu darbībai.

Apkures bloku pielietojuma scenāriji

Apkures bloku pielietojums kosmosā — gaisa kuģu{0}}apledojums

Kāpēc ir nepieciešams pret-apledojums un-atkausēšana?

Komerciālās lidmašīnas parasti kruisē augstumā līdz 12 000 metriem, kur salona temperatūra var pazemināties līdz -40 līdz -50 grādiem. Šādas zemas temperatūras var viegli izraisīt kritisku komponentu, piemēram, elektronisko ierīču un sensoru, atteici. Vienlaikus instrumentu, sensoru un lēcu virsmās var uzkrāties mitrums un migla, izraisot darbības problēmas.

Turklāt gaisa kuģa apledojums maina gaisa kuģa aerodinamisko formu, pasliktinot tā aerodinamisko veiktspēju un tieši ietekmējot stabilitāti un vadāmību. Tāpēc gaisa kuģu pretapledojuma sistēmas nodrošina visaugstāko gaisa kuģu drošības līmeni.

Piemēram, pitot caurules apledojumam var būt katastrofālas sekas. Tas var neļaut pilotiem precīzi novērtēt gaisa kuģa statusu un pieņemt pareizus vadības lēmumus. Ārkārtējos gadījumos, piemēram, Air France AF447 avārijā, ledus kristāli bloķēja pitot cauruli, izraisot nekonsekventus gaisa ātruma rādījumus abās pusēs, galu galā izraisot ķēdes reakciju, kas noveda pie lidmašīnas apstāšanās un avārijas.

Lidmašīnu apledošanas un atledošanas{0}}principi
Lidmašīnu apledojums attiecas uz parādību, kad lidojuma laikā uz gaisa kuģa sastāvdaļu virsmām veidojas ledus slāņi ūdens pilienu sasalšanas vai ūdens tvaiku sublimācijas dēļ. Izplatītākie apledojuma veidi ir:

"Sausais apledojums", kas rodas ledus kristālu mākoņos;

"sublimācijas apledojums", kas veidojas, tieši sublimējot ūdens tvaikus;

Un visizplatītākā ir "pilienu apledojums", kas veidojas, kad pārdzesēti ūdens pilieni iedarbojas uz gaisa kuģa virsmu un sasalst.

Lai risinātu lidmašīnu apledojuma problēmu, gaisa kuģu inženieri izmanto dažādas pretapledojuma- un-apledošanas metodes. Tie galvenokārt ietver šķidro pretapledojuma-un termisko pretapledojuma-apledojumu. Pēdējo atkarībā no siltuma avota var iedalīt gāzes -termiskajā pretapledošanā- un elektrotermiskajā pretapledojumā-.

Elektriskās termiskās pretapledojuma{0}}sistēmas galvenokārt izmanto elektriski apsildāmus elementus, lai uzsildītu komponentu virsmas, lai novērstu apledojumu. Visizplatītākie lietojumi ir vējstikli, dzenskrūves un pitot caurules. Pateicoties mazajiem jaudas zudumiem un vienmērīgajai karsēšanai, elektrotermisko pretapledojumu- plaši izmanto mūsdienu lielajās komerciālajās lidmašīnās.

Turklāt sildelementus var integrēt spārnu priekšējās malās, astes spurās, dzinēja gaisa ieplūdes atverēs u.c., lai periodiski noņemtu nelielu ledus uzkrāšanos ar periodisku karsēšanu. Šis risinājums ir energoefektīvs-, ātri reaģēts- un precīzi vadāms, tādēļ tas ir īpaši piemērots mazām lidmašīnām un droniem, efektīvi nodrošinot lidojumu drošību ar zemu enerģijas patēriņu.

Lidmašīnas iekšpusē arī sildelementiem ir izšķiroša nozīme: tie nodrošina stabilu instrumentu, sensoru un lēcu sildīšanu, neļaujot tiem sabojāt lielu{0}}augstumu un zemu{1}}temperatūru. Pateicoties zemajai gāzes izdalīšanai un izturībai pret ekstremālām temperatūrām un mitrumu, sildelementi var precīzi vadīt siltumu, efektīvi izkliedējot mitrumu un novēršot aizsvīšanu, vienlaikus izvairoties no precīzās iekārtas bojājumiem.

Apkures elementu pielietojums kosmosā – satelīta termokontrole

Kāpēc ir nepieciešama satelīta termiskā kontrole?

Kosmoss rada skarbu vidi ar ārkārtīgi augstu un zemu temperatūru un krasām temperatūras svārstībām. Īpaši tad, ja satelīti atrodas zemā Zemes orbītā, to ārējā termiskā vide krasi mainās, temperatūras svārstības svārstās no -150 grādiem līdz 150 grādiem. Lai uzturētu borta iekārtu normālu darbību un maksimāli palielinātu tā kalpošanas laiku, satelītiem jābūt aprīkotiem ar termiskās kontroles sistēmām, lai nodrošinātu to darbību piemērotā temperatūras diapazonā.

Satelīta termiskā kontrole – pasīvā un aktīvā termiskā kontrole
Satelīta siltuma kontrole ir plaši iedalīta pasīvā un aktīvajā siltuma kontrolē, pamatojoties uz to, vai tā patērē enerģiju.

Pasīvā termiskā kontrole galvenokārt ir atkarīga no materiālu fizikālajām īpašībām un konstrukcijas, lai regulētu temperatūru. Piemēri ietver termokontroles pārklājumu ar dažādām īpašībām uzklāšanu uz satelīta ārējā apvalka, daudzslāņu izolācijas materiālu izmantošanu un siltuma cauruļu vai radiatoru uzstādīšanu. Lai gan šī tehnoloģija ir ļoti uzticama, jo tā nepaļaujas uz atgriezeniskās saites kontroli, tā nevar reāllaikā pielāgoties vides izmaiņām, kā rezultātā samazinās vadāmība.

Aktīvās termiskās kontroles tehnoloģija izmanto satelīta temperatūru kā kontroles atgriezenisko saiti, aktīvi regulējot starojuma un siltumvadītspējas parametrus, kā arī aktīvi sildot un atdzesējot, lai uzturētu satelīta temperatūru. Visizplatītākais pielietojums ir elektriskais apkures termostats, kurā tiek izmantoti sildelementi, piemēram, elektriskās sildīšanas plāksnes, lai sildītu sastāvdaļas, kurām nepieciešama temperatūras uzturēšana.

Pieaugot kosmosa izpētes misiju sarežģītībai, termiskās kontroles komponentiem jāatbilst četrām prasībām: mazs svars, zems enerģijas patēriņš, augsta precizitāte un liels reakcijas ātrums. Uz šī fona sildelementi ar savu straujo uzsilšanu, ķīmisko koroziju, vienmērīgu siltuma sadalījumu un ilgu kalpošanas laiku ir kļuvuši par ideālu izvēli satelītu un kravas sildīšanai dziļā kosmosa vidē. Tieši savienojot sildelementus ar komponentiem, iekārtām un mašīnām, var ātri iegūt atbilstošu darba temperatūru. Turklāt, tā kā sildelementi nodrošina vienmērīgu siltuma pārnesi, tiek novērstas nevienmērīgas sasilšanas vai aukstuma vietas, nodrošinot stabilu iekārtas darbību.

Kā gaisa kuģu termiskās kontroles sistēmu galvenā sastāvdaļa sildelementi nodrošina nepieciešamo siltumu kritiskajām iekārtām un konstrukcijas daļām, nodrošinot stabilu darbību noteiktos temperatūras diapazonos. Mūsdienās sildelementu loma aviācijas un kosmosa jomā ievērojami pārsniedz vienkārša sildelementa lomu.

No lidmašīnu pretapledojuma-apledojuma un-atledošanas līdz satelīta precīzai termiskai kontrolei attīstības trajektorija skaidri norāda uz elastību, vieglumu un inteliģenci. Uz šī fona jaunās paaudzes elastīgie sildelementi, ko pārstāv sildelementi, pakāpeniski kļūst par svarīgu tehnoloģisko virzienu aviācijas un kosmosa termiskās kontroles jomā, pateicoties to augstajai veiktspējai un augstajai pielāgošanās spējai.