Система обеспечения теплового режима космического аппарата. Расчет характеристик систем обеспечения теплового режима космических аппаратов, страница 15

- тепловой поток отраженного от Земли солнечного излучения, поглощаемый наружной оболочкой ЭВТИ;

- тепловой поток собственного излучения Земли, поглощаемый наружной оболочкой ЭВТИ;

- атмосферный тепловой поток, поглощаемый наружной оболочкой ЭВТИ.

Расчет указанных тепловых потоков осуществляется по методике, изложенной в подр.3.5.

Используемая в настоящее время на КА экранно-вакуумная теплоизоляция, как правило, имеет следующие значения оптических коэффициентов:

-  наружная оболочка -

-  внутренние слои -

Удельная масса ЭВТИ при 10 экранах составляет:

-  при использовании в качестве внутренних слоев ПЭТФ с напылением алюминия – 0,2...0,3 кг/м²;

-  при использовании в качестве внутренних слоев алюминиевой фольги – 1 кг/м².

4.2. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК СТР

Целью расчета характеристик СТР является определение основных теплофизических, энергетических, геометрических и массовых характеристик элементов СТР.

Исходными данными при проведении расчета характеристик СТР являются:

-  требования к тепловому режиму КА;

-  максимальные и минимальные значения тепловых потоков, выделяемых внутри отсеков КА;

-  конструктивно-компоновочная схема КА;

-  параметры орбиты КА;

-  ориентация КА в процессе полета.

В качестве основного критерия при проведении расчетов выступает, как правило, требование минимизации суммарной массы СТР и части энергоустановки, которая обеспечивает работу СТР.

Рассмотрим порядок расчета основных характеристик СТР на примере СТР с газожидкостным контуром (рис.4.2). Пусть в качестве требования к тепловому режиму КА выступает требование поддержания необходимого значения температуры газа в отсеке Т_г.

Рис.4.2. Расчетная схема СТР:

1-  датчик температуры газа; 2- блок управления; 3- вентилятор; 4- створки; 5- газожидкостный теплообменник; 6- гидравлический контур; 7- гидроблок; 8- радиатор; 9- отсек КА.

При проведении расчета рассматривают два режима работы СТР:

-  режим максимальных тепловых потоков, когда имеет место максимальное тепловыделение внутри КА и КА находится на освещенном участке орбиты (режим «перегрева»);

-  режим минимальных тепловых потоков, когда тепловыделение внутри КА минимальное и КА находится на теневом участке орбиты (режим «переохлаждения»).

Характеристики СТР определяются из рассмотрения режима максимальных тепловых потоков, который является наиболее напряженным для СТР. Для режима минимальных тепловых потоков проводится проверочный расчет на отсутствие замерзания теплоносителя, а также осуществляется выбор рабочего диапазона регулирующих органов средств автоматики.

4.2.1. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОЖИДКОСТНОГО ТЕПЛООБМЕНИКА

Газожидкостный теплообменник (ГЖТ) должен обеспечивать возможность отвода максимального теплового потока

                        (4.23)

где - коэффициент теплопередачи от газа к жидкости;

- площадь теплообмена в ГЖТ;

- соответственно, средняя температура газа и средняя температура жидкости в ГЖТ.

Отсюда требуемая площадь теплообмена в ГЖТ

                                                                    (4.24)

Средние температуры газа и жидкости в ГЖТ определяются следующим образом:

                                                           (4.25)

                      (4.26)

где - температура газа в отсеке;

- температура газа на выходе из ГЖТ;

- температура теплоносителя на выходе из ГЖТ;

- температура теплоносителя на входе в ГЖТ.

В существующих СТР указанные температуры имеют следующие значения: =20…30⁰С, =15…20⁰С, =12…15⁰С, =5…10⁰С.

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле

                       (4.27)

где , - соответственно коэффициент теплоотдачи между газом и стенкой теплообменника и коэффициент теплоотдачи между стенкой теплообменника и теплоносителем;

- коэффициент теплопроводности материала стенки;

- толщина стенки теплообменника.

Для реальных ГЖТ значения коэффициентов теплоотдачи лежат в следующих пределах:  = 70…140 Вт/(м²×град),  = 815…1050 Вт/(м²×град).