Svara imperatīvs aviācijā
Lidmašīnu un kosmosa kuģu ķīmiskās apstrādes sistēmas-virsmas apstrāde aizsardzībai pret koroziju, dzinēju komponentu tīrīšanas šķīdumi, termiskās kontroles šķidrumi-uzliek ierobežojumus, kas nav sastopami zemes ķīmiskajās rūpnīcās-: katrs iekārtas masas kilograms tieši samazina kravnesību. Komerciālajā lidmašīnā ietaupītais kilograms nozīmē aptuveni 500 USD degvielas ietaupījumu lidmašīnas ekspluatācijas laikā. Kosmosa kuģī palaišanas izmaksas par kilogramu līdz zemai Zemes orbītai svārstās no 2500 līdz 5000 USD.
Siltummaiņi ir vieni no smagākajiem komponentiem kosmosa ķīmiskās apstrādes sistēmās. To masu nosaka materiāla blīvums, nepieciešamais virsmas laukums siltuma nodošanai un nepieciešamais konstrukcijas atbalsts. Titāna-palādija sakausējums (Ti-0,2Pd, 7. klase) ir standarta metāla izvēle pret koroziju izturīgiem kosmosa siltummaiņiem. Tas apvieno titāna izturību pret koroziju ar paaugstinātu pallādija pasivitāti.
PTFE piedāvā radikālu svara samazinājumu. Materiāla blīvums ir 2200 kg/m³ pretstatā 4510 kg/m³ titāna -palādijam-, kas ir mazāks par pusi. Apvienojumā ar smago metālisko galviņu un atbalsta konstrukciju likvidēšanu PTFE siltummaiņa uzstādītais svars parasti ir 15-25% no titāna-palādija ekvivalenta.
Svara sadalījuma salīdzinājums
30 kW siltummainis kosmosa ķīmiskajai apstrādei ilustrē svara salīdzinājumu. Titāna-palādija iekārta ir kompakta apvalka-un-caurules konstrukcija ar 1,0 m² siltuma pārneses virsmu. Zemākas siltumvadītspējas dēļ PTFE iekārtai ir nepieciešama 3,5 m² virsmas, lai nodrošinātu tādu pašu slodzi ar līdzvērtīgu LMTD.
Neskatoties uz to, ka tam ir nepieciešams 3,5 reizes lielāks virsmas laukums, PTFE ierīce sver ievērojami mazāk. PTFE caurules sver 1,8 kg (3,5 m² × 0,8 mm siena × 2200 kg/m³). PTFE galvenes un atbalsta rāmis pievieno 3,5 kg. Kopējais PTFE sausais svars: 5,3 kg.
Titāna -palādija caurules sver 4,5 kg (1,0 m² × 1,0 mm siena × 4510 kg/m³). Titāna apvalks, cauruļu loksnes un atbalsta rāmis pievieno 22 kg. Kopējais titāna -palādija sauss svars: 26,5 kg.
| Svara parametrs | Titāns{0}}pallādijs (7. klase) | PTFE |
|---|---|---|
| Virsmas laukums 30 kW noslodzei (m²) | 1.0 | 3.5 |
| Caurules materiāla blīvums (kg/m³) | 4,510 | 2,200 |
| Caurules sienas biezums (mm) | 1.0 | 1.0 |
| Caurules masa (kg) | 4.5 | 1.8 |
| Galvenes/čaulas masa (kg) | 15 | 2.0 |
| Atbalsta rāmja masa (kg) | 7 | 1.5 |
| Kopējais sauss svars (kg) | 26.5 | 5.3 |
| Svara{0}}līdz-slodzes attiecība (kg/kW) | 0.88 | 0.18 |
| Uzstādītais svars (ieskaitot cauruļvadu savienojumus, kg) | 32 | 8 |
| Naudas sods 3000 USD/kg palaišanas izmaksās | $96,000 | $24,000 |
Struktūras un uzstādīšanas svara kaskāde
PTFE svara priekšrocības sniedzas tālāk par pašu siltummaini. Titāna-palādija vienībai, kas sver 26,5 kg sausā stāvoklī, ir nepieciešami konstrukcijas stiprinājuma punkti, kas atbilst statiskajam svaram, kā arī dinamiskām slodzēm no vibrācijas un manevrēšanas. Gaisa kuģa vai kosmosa kuģa konstrukcija ir lokāli jāpastiprina, lai atbalstītu šo koncentrēto masu. Strukturālais pastiprinājums palielina masu, kas plūst cauri transportlīdzekļa konstrukcijai.
5,3 kg PTFE ierīci var atbalstīt pati tvertnes konstrukcija vai minimāls stiprinājums. Sadalītajai vieglajai slodzei nav nepieciešama lokāla konstrukcijas pastiprināšana. Instalācijas svars-, kas ietver cauruļvadu savienojumus, izolāciju un konstrukcijas stiprinājumus-, ir aptuveni viena-ceturtā daļa no titāna-palādija instalācijas svara.
Kopējais lietderīgās kravas sods par PTFE instalāciju ir aptuveni 24 000 ASV dolāru pēc komerciālās palaišanas izmaksām, salīdzinot ar 96 000 $ par titāna -palādija sistēmu. 72 000 ASV dolāru kravnesības ietaupījums uz vienu siltummaini ir nozīmīgs faktors aviācijas un kosmosa sistēmu projektēšanā.
Korozijas un apkopes sinerģija
PTFE svara priekšrocības papildina tā izturība pret koroziju. Lai gan titāna-pallādijs ir ļoti izturīgs, tas nav imūna pret visām aviācijas un kosmosa ķimikālijām. Daži fluorēti hidrauliskie šķidrumi, skābi tīrīšanas šķīdumi un šķīdinātāju maisījumi var uzbrukt pasīvajai plēvei. Katrs korozijas gadījums, kad nepieciešama siltummaiņa nomaiņa, sedz ne tikai aprīkojuma izmaksas, bet arī lietderīgās slodzes sodu par nomaiņas uzsākšanu.
PTFE universālā ķīmiskā inerce novērš koroziju{0}}aizvietošanu. Transportlīdzekļa nodošanas ekspluatācijā uzstādītais siltummainis paliek ekspluatācijā visu transportlīdzekļa kalpošanas laiku. Naudas slodzes sods par rezerves siltummaiņiem, kas -uzglabāti transportlīdzeklī vai laisti apgrozībā kā nomaiņa-, ir atcelti.
Kopsavilkums
PTFE siltummaiņi piedāvā svara -pret- veiktspējas attiecību aptuveni 4,9 reizes labvēlīgāku nekā titāna-palādija sakausējums aviācijas un kosmosa ķīmiskajai apstrādei-0,18 kg/kW pret 0,88 kg/kW uzstādīto svaru. Svara samazinājums tiek panākts, neskatoties uz PTFE zemāko siltumvadītspēju, kas prasa lielāku virsmas laukumu, jo fluorpolimēra zemais blīvums un smago metālisko konstrukciju likvidēšana vairāk nekā kompensē. Ietaupītā kravnesība{11}}aptuveni 72 000 ASV dolāru par siltummaini par komerciālās palaišanas izmaksām ir pārliecinošs faktors aviācijas un kosmosa sistēmu projektēšanā.
Inženiertehniskais atbalsts vieglā PTFE siltummaiņa projektēšanai kosmosa lietojumos ir pieejams, iesniedzot siltuma nodevas, darba temperatūras un spiediena, procesa šķidruma ķīmijas un masas budžeta ierobežojumus.
