Моделирование теплового режима термоконтейнера космического аппарата на орбите: Лабораторный практикум

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ТЕРМОКОНТЕЙНЕРА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НА ОРБИТЕ

(ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ)

Лабораторный практикум посвящен решению конкретных задач по обеспечению теплового режима космических аппаратов и по своему содержанию охватывает большую часть вопросов, рассмотренных в разд. 1.

Практикум состоит из четырех работ, в которых последовательно рассматриваются вопросы моделирования теплового режима термоконтейнера КА на орбите с использованием двух альтернативных схем СОТР: газовой и газожидкостной.

Работа № 1 посвящена изучению и моделированию вопросов внешнего теплообмена термоконтейнера в космическом пространстве; рассматриваются модели солнечного и планетного излучений, анализируется их влияние на тепловой режим термоконтейнера на орбите.

В работе № 2 рассматриваются вопросы организации и моделирования внутреннего теплового режима термоконтейнера КА с размещенной внутри тепловыделяющей аппаратурой.

Результаты математического моделирования, проведенного в работах № 1 и 2, используются при разработке алгоритма определения проектных параметров газовой СОТР, представленного в работе № 3.

В работе № 4 рассматривается схема обеспечения теплового режима термоконтейнера с газожидкостной СОТР. На основе проведенного математического моделирования разработан и представлен алгоритм определения основных проектных параметров газожидкостной СОТР.

Лабораторные работы выполняются по индивидуальным исходным данным на основании разработанных алгоритмов для нескольких, характерных для теплового режима термоконтейнера, расчетных случаев.

Схема организации теплообмена в термоконтейнере с газовой СОТР. Объектом моделирования является термоконтейнер космического аппарата, находящегося на орбите с заданными параметрами.

Тепловой режим термоконтейнера КА на орбите определяется условиями внешнего и внутреннего теплообмена и обеспечивается активной системой терморегулирования.

Термоконтейнер имеет цилиндрическую форму с двумя полусферическими днищами, покрытыми экранно-вакуумной теплоизоляцией (см. рис. 1.3).

Цилиндрическая поверхность термоконтейнера с нанесенным на нее терморегулирующим покрытием является радиационной и используется для отвода из термоконтейнера избыточных внутренних тепловыделений работающей аппаратуры.

Заданная циклограмма энергопотребления аппаратуры (рис. 2.1) определяет уровни тепловыделений в гермоотсеке. Требуемый тепловой режим, определяемый допустимым диапазоном изменения температуры газа (), обеспечивается циркулирующим в термоконтейнере газовым теплоносителем. Охлаждение теплоносителя производится в канале радиационного теплообменника.

Цель моделирования теплового режима термоконтейнера - определение проектных параметров газовой СОТР, обеспечивающей заданный тепловой режим.

Основные проектные параметры:

•         поверхность радиационного теплообменника;

•         массовый расход газового теплоносителя в термоконтейнере;

•         термическое сопротивление ЭВТИ

Поставленная задача последовательно решается в процессе выполнения трех лабораторных работ.

Лабораторная работа №1

Моделирование внешнего теплообмена термоконтейнера космического аппарата на орбите

Для находящегося на орбите термоконтейнера КА моделирование внешнего теплообмена с окружающей средой космического пространства предполагает решение следующих задач:

1)       моделирование условий освещенности термоконтейнера солнечным тепловым потоком;

2)       определение угловых коэффициентов планетного облучения термоконтейнера;

3)       определение внешней тепловой нагрузки термоконтейнера (плотности поглощенных тепловых потоков солнечного и планетного излучений, действующих на радиационную поверхность термоконтейнера);

4)       определение тепловых потоков через ЭВТИ днищ термоконтейнера.

Моделирование условий освещенности гермоконтейнера солнечным тепловым потоком

Условия освещенности гермоконтейнера на орбите солнечным тепловым потоком (q_s) определяются следующими факторами (рис. 2.2):

•         параметром освещенности плоскости орбиты (углом );

•         ориентацией гермоотсека на орбите (положения I и II);

•         временем пребывания гермоконтейнера на солнечном и теневом участках орбиты(). 

Угол освещенности плоскости орбиты , (угол между нормалью к плоскости орбиты  и направлением падающего солнечного теплового потока _s), определяется из тригонометрического соотношения [17]

           (2.1) 

где   - наклонение и долгота восходящего узла орбиты;  =23°27' - угол между плоскостью эклиптики и плоскостью экватора;  = 0,9856 N_2I  (N_2I - количество суток, отсчитываемых от 21 марта до текущего дня) - угол в градусах, определяющий положение Солнца на эклиптике на текущий момент.

Диапазон изменения угла — 0 <  < 90°. Если по соотношению (2.1) 90°, то положение внешней нормали к плоскости орбиты должно быть изменено на противоположное:

Ориентация гермоконтейнера на орбите характеризуется ориентацией его продольной оси в подвижной орбитальной системе координат:

•         в положении I продольная ось гермоконтейнера совпадает по направлению с местной вертикалью;

•         в положении II продольная ось гермоконтейнера находится в плоскости местного горизонта.