Warum sind einige Reaktionsräder mit Niederdruckgas abgedichtet, andere mit Vakuum?

Diese Antwort und diese Antwort befassen sich mit der Frage Laufen Reaktionsräder im Allgemeinen im Vakuum oder stehen sie unter Druck? Abgedichtet oder entlüftet? und beide erwähnen, dass Schwungräder manchmal eher mit einem Niederdruckgas (Inertgas) als mit Vakuum abgedichtet werden.

Bearbeiten: Folgendes habe ich in Sinclair et al. SSC07-X-3, 21. jährliche AIAA/USU-Konferenz über Kleinsatelliten :

Viele kleine Satellitenräder verwenden ein hermetisches Gehäuse, das mit einem Niederdruckgas gefüllt ist. Die Innenatmosphäre ermöglicht die Verwendung von Lagerschmiermitteln mit mäßigem Dampfdruck sowie den Schutz von Teilen vor Verschmutzung oder Beschädigung.

Gas würde neben der Lagerreibung (und möglicherweise Wirbelströmen) zusätzliche Reibung für das System erzeugen, was eine zusätzliche geringe Leistung bedeutet. Es bedeutet auch, dass, wenn der Motor für einen bestimmten Zeitraum nicht mit Strom versorgt wird, das Drehmoment schneller auf das Raumfahrzeug zurückkoppeln würde.

Daher muss das Vorhandensein von Gas in einigen Anwendungen einen gewissen Vorteil haben.

Diese Antwort sagt:

Bei flüssigen Schmiermitteln gibt es ein Problem: Sie verdampfen im Vakuum. Aus diesem Grund sind die meisten Reaktionsradanordnungen mit einem Niederdruck-Inertgas im Inneren des Behälters hermetisch abgedichtet.

Aber nach meinem Verständnis ist die Verdampfung eher eine Funktion des Partialdrucks des betreffenden Materials im Gas und nicht des Gesamtdrucks des umgebenden Inertgases. Ich verstehe nicht, wie das Gas die Verdunstung hemmen könnte.

Ich verstehe also nicht, warum einige Reaktionsräder mit einem Niederdruckgas und andere mit Vakuum abgedichtet sind. Welche Kompromisse gibt es und warum wird in einigen Fällen Vakuum und in anderen Niederdruckgas gewählt?

Die folgende Tabelle (für volle Größe in neuem Fenster öffnen) stammt von Lubrication of Attitude Control Systems und war ursprünglich hier verlinkt . Es ist ein hilfreicher Überblick über das Thema, und die Dampfdrücke verschiedener Schmiermittel (einige sind vakuumfreundlicher als andere) sind in der unteren Reihe aufgeführt. Es lohnt sich, das PDF zu lesen, es ist eine schöne Darstellung der Themen.

Die rechte Seite der Tabelle ist im Original-PDF abgeschnitten.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich vermute, dass die Verdunstung komplexer sein könnte als das, was Sie hier geschrieben haben. Im Hochvakuum fliegen austretende Schmierstoffmoleküle wahrscheinlich geradlinig ab, bis sie auf das Gehäuse treffen und dann haften bleiben. Wenn das Gehäuse mit Gas gefüllt ist, bedeutet dies zumindest, dass "Partialdruck" des Schmiermittels eine Bedeutung hat. Ein weiterer Fall vielleicht von Kontinuum vs. Nicht-Kontinuum-Mechanik.
Das Anhaften von @OrganicMarble ist vorübergehend; Wenn das Molekül einmal verdunstet ist, wird es es immer wieder tun ... haften bedeutet also nicht dauerhaft haften. Ein Puffergas mit niedrigem Druck kann die Zeit, die das Molekül verbringt, bevor es auf eine Oberfläche trifft, von Millisekunden auf Sekunden ändern, aber es trifft immer noch ziemlich schnell auf eine Oberfläche und hat die gleiche Gelegenheit zu haften. Der Partialdruck ist also in jedem Fall genauso gültig , Vakuum oder nicht. Unter der Annahme, dass alles die gleiche Temperatur hat, ist auch die Geschwindigkeit, mit der es auftrifft, ähnlich. Sehen Sie sich meine Nachricht im Prämienbanner an.
@uhoh Das ist in der Tat komplexer, als es auf den ersten Blick erscheinen mag. Das Schmiermittel hat wahrscheinlich eine höhere Temperatur, "wo es sein sollte", als wenn es auf das Gehäuse geschleudert wurde, sodass die Verdunstung schneller erfolgt. Wenn das Schmiermittel tatsächlich verdunstet, bleibt es (hauptsächlich) im Gas, und wenn dieses Gas die Sättigung erreicht (denken Sie an den Taupunkt mit Wasser), dann behindert es eine weitere Verdunstung.
@MikeBrockington Nun, die Sättigung geschieht gleich, unabhängig davon, ob ein anderes Gas vorhanden ist oder nicht. Dampfdruck ist Dampfdruck, und für die erste Ordnung spielt es keine Rolle, ob es sich um einen Partialdruck (im Fall einer Atmosphäre) oder einen Gesamtdruck (im Fall ohne zusätzliche Atmosphäre) handelt, es sei denn, Sie spielen natürlich damit Entonox :-)

Antworten (1)

Ich denke, Sie haben Recht, der Druck des Gases hemmt nicht die Verdunstung von Schmiermitteln. Dasselbe gilt für Luft und Wasserdampf. Wenn wir Luft von außen auf 200 bar komprimieren, kondensiert viel Wasser, aber der Partialdruck von Wasser ist gleich, er hängt nur von der Temperatur ab, nicht aber vom Umgebungsdruck. Wird die Druckluft wieder auf 1 bar entspannt, ist sie sehr trocken. Nicht der Druckanstieg lässt das Wasser kondensieren, sondern der Volumenverlust.

Aber wenn die Schmiermittel nicht innerhalb des Abteils des Reaktionsrads abgedichtet sind, würden sie weiter in den Weltraum verdampfen, bis nichts mehr in den Lagern verbleibt. Aber wenn die Kammer mit oder ohne Gas im Inneren abgedichtet ist, hört die Verdampfung des Schmiermittels auf, wenn der Dampfdruck innerhalb der Kammer erreicht wird. Das Gas stoppt nicht die Verdunstung, aber das geschlossene Fach tut es.

Danke - ich bin mir ziemlich sicher, dass der Inertgasdruck die herkömmliche Verdampfung nicht verhindert. Aber meine Frage ist: " Warum sind einige Reaktionsräder mit Niederdruckgas abgedichtet, andere mit Vakuum? " Es könnte komplexere Transportmechanismen geben, oder es könnte für einen thermischen Effekt sein, ich weiß es nicht. Ich würde gerne wissen, warum jemand ein Niederdruckgas um ein Rad legt, das für längere Zeit eine feste Drehzahl beibehalten soll. Könnte Drag aus irgendeinem Grund gut sein?
Kaltschweißen kann bei einigen Materialkombinationen im Lager ein Problem darstellen. Einige Kombinationen erfordern möglicherweise ein Niederdruckgas, andere können im Vakuum verwendet werden. Wärmetransport von rotierenden Teilen innerhalb eines Vakuums nur durch Strahlung kann zur Überhitzung von Lagern führen. Überschüssige Hitze verdunstet das Schmiermittel.
OK danke. Es klingt, als würden wir hier nur spekulieren. Warten wir auf eine maßgebliche technische Antwort darauf, warum Gas in einige versiegelte Einheiten eingeführt wird und andere unter Vakuum versiegelt bleiben. Bis dahin liegt @DavidHammen immer noch falsch :)
@uhoh diese Frage fühlt sich immer noch relevant an, hatte jemand weitere Gedanken?
@Puffin Ich bin immer noch neugierig; Ich weiß aber nicht, was andere gedacht haben.
Ein versiegeltes Gehäuse kann einfacher herzustellen sein, wenn es vor dem Start nicht einer ganzen Druckatmosphäre standhalten muss.
Warum sind einige Reaktionsräder mit Niederdruckgas abgedichtet, andere mit Vakuum?
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