Nghiên cứu, chế tạo máy lạnh Mini cho tên lửa phòng không tầm thấp

Trong bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả quá trình nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm máy lạnh mini theo nguyên mẫu trong TLPKTT được Nhóm nghiên cứu của Viện Công nghệ/TCCNQP chế tạo. Kết quả thử nghiệm đo được lưu lượng ni tơ lỏng tạo ra từ máy lạnh mini tự chế tạo đạt và vượt chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu, chế tạo máy lạnh Mini cho tên lửa phòng không tầm thấp Cơ học & Điều khiển thiết bị bay NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÁY LẠNH MINI CHO TÊN LỬA PHÒNG KHÔNG TẦM THẤP Vũ Quốc Toản, Bùi Xuân Chiến, Phạm Vĩnh Thiện Tóm tắt: Trong bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả quá trình nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm máy lạnh mini theo nguyên mẫu trong TLPKTT được Nhóm nghiên cứu của Viện Công nghệ/TCCNQP chế tạo. Kết quả thử nghiệm đo được lưu lượng ni tơ lỏng tạo ra từ máy lạnh mini tự chế tạo đạt và vượt chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu. Từ khóa: Hiệu ứng Joul-Thompson, Máy lạnh mini. 1. MỞ ĐẦU Tổ hợp TLPKTT vác vai được các nước trên thế giới bắt đầu nghiên cứu chế tạo từ năm 1960. Năm 1972 bắt đầu có nghiên cứu, cải tiến. Trên các tổ hợp TLPKTT có trang bị đầu tự dẫn sử dụng quang trở được làm lạnh sâu tới – 196oC. Bộ phận để làm lạnh quang trở ở đây là máy lạnh mini. Có nhiều kiểu loại máy lạnh mini khác nhau, chúng hoạt động dựa trên các hiệu ứng vật lý khác nhau. Máy lạnh mini trong TLPKTT hoạt động dựa theo hiệu ứng Joul-Thompson. Nguyên lý hoạt động của nó như sau: chất khí bị nén ở áp suất cao đi qua một ống dẫn tiết diện nhỏ, đi ra môi trường áp suất thấp, khí nở ra. Lúc này khoảng cách giữa các phân tử khí sẽ tăng lên làm thế năng của chất khí tăng. Nếu không có ngoại lực và nhiệt độ bên ngoài tác động vào quá trình này (hệ cô lập), tổng năng lượng của chất khí là không thay đổi. Theo định luật bảo toàn năng lượng, việc tăng thế năng dẫn đến sự giảm động năng, do đó nhiệt độ của khí giảm. Tất cả các chất khí (trừ khí H2, Ne và He) đều tuân theo định luật này. Máy lạnh mini có nguyên lý hoạt động theo hiệu ứng Joul-Thompson được Ranque phát minh đầu tiên vào năm 1933 [1], và Hilsch [2] năm 1947. Hệ thống ống tạo xoáy của Ranque và Hilsch gọi là Ranque- Hilsch Vortex Tube (RHVT). Đến năm 1955, Westley [3] thực nghiệm tối ưu hóa hình học của hệ thống xoáy RHVT. Tiếp theo vào năm 1960, Takahama xuất bản các tài liệu về hệ thống ống xoáy RHVT. Ông chỉ ra rằng ống xả của các vòi phun đạt 0,5 ~ 1 mm và cấu tạo hình học của hệ thống ống xoáy RHVT có mối quan hệ tới công suất làm lạnh. Năm 1961, Paruleker [4] thiết kế một ống xoáy ngắn hình nón. Ông thấy rằng kết cấu của bề mặt bên trong của ống có ảnh hưởng đến hiệu suất làm lạnh. Ông cho rằng thiết kế của buồng xoáy và các vòi phun đầu vào là rất quan trọng, ông nói các vòi phun đầu vào nên có một hình dạng xoắn ốc Archimedean và mặt cắt ngang của nó phải được khía rãnh. Ông phát hiện ra rằng các ống xoáy với một góc hình nón khoảng 2 - 3 độ có hiệu suất lớn hơn các ống xoáy hình trụ cỡ 20% ~ 25% về hiệu suất làm lạnh. Vào năm 1968, Borisenko [5] cho thấy góc nón tối ưu cho ống xoáy hình nón là 3 độ. Năm 1996, Piralishvili và Polyaev [6] giới thiệu một loại mới của ống xoáy: Mạch đôi ống xoáy, với một ống hình nón để cải thiện hiệu suất (xem hình 1). Ở cửa nóng, trong trung tâm của các van điều khiển, có một lỗ cho phép phản hồi khí về ống xoáy. Khí phản hồi có cùng nhiệt độ như khí đầu vào nhưng với áp suất 332 V.Q.Toản, B.X. Chiến,…,“Nghiên cứu, chế tạo máy lạnh… phòng không tầm thấp.” Nghiên cứu khoa học công nghệ thấp. Với thiết kế này, công suất làm mát của hệ thống tăng và hiệu quả hoạt động của ống xoáy được cải thiện. Hình 1. Máy lạnh ống xoáy hình nón. Hình 2 mô tả phương pháp làm lạnh quang trở bằng phương pháp sử dụng hiệu ứng Joule – Thomson. Khí với áp suất cao được đưa vào máy lạnh từ bình nén khí thông qua ống nối (5) đi qua lọc vào ống xoắy (1) được quấn trên lõi (2) sau khi ra khỏi lỗ hẹp (van của ống) khí sau khi giãn nở và nhiệt độ giảm, đế của quang trở được làm lạnh [7]. Hình 2. Máy lạnh mini làm lạnh đế quang trở sử dụng hiệu ứng Joule – Thomson. 1 - Ống xoáy; 2 - Lõi; 3 - Bình chứa; 4 - Đế quang trở; 5 – Ống nối Máy lạnh mini trong đầu tự dẫn TLPKTT hoạt động theo hiệu ứng Joule – Thomson. Thiết kế của máy lạnh mini trong TLPKTT thế hệ mới hiện nay đã kết hợp được những ưu việt của các phát minh trước đó. Với mẫu máy lạnh này đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu, chế tạo và sử dụng trong TLPKTT. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Khảo sát mẫu 2.1.1. Giải mã kết cấu của máy lạnh mini Hình 3. Sơ đồ cấu tạo máy lạnh mini. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 333  Cơ h học ọc & Điều khiển thiết bị bay Nhóm nghiên ccứu ứu tiến hhành ành khảo khảo sát các mẫu máy lạnh tr trên ên TLPKTT và chia máy llạnh ạnh mini th thành ành các bbộ ộ phận sau: 1 – Đế;Đế; 2 – Thân; 3 – Lõi; Lõi; 4 – Ống dây tọa xoáy xoáy;; 5 – Chóp; Chóp; 6 – Ống dây đầu ra ra;; 7 – Vít; 8- 8- Trục Trục cố định; 9 – Khối Khối lọc nit nitơ 2.1.2. Khảo Khảo sát vật liệu chế tạo các chi tiết Khảo sát thành Khảo thành phphầnần vật liệu các chi ti tiết ết bằng các thiết bị hiện đại đáng tin cậy và đo lường lường kích thưthướcớc các chi tiết của máy lạnh mini trong đđầu ầu tự dẫn ttrên ...