Моделирование теплового режима термоконтейнера космического аппарата на орбите: Лабораторный практикум, страница 4

Лабораторная работа № 3

Определение проектных параметров газовой системы

обеспечения теплового режима гермоконтейнера

космического аппарата

Основные проектные параметры газовой СОТР:

•         поверхность радиационного теплообменника гермоконтейнера F_p;

•         расход циркулирующего в термоконтейнере теплоносителя G.

Для разработки алгоритма определения проектных параметров необходимо предварительно определиться по двум принципиальным вопросам:

1)       выбрать способ регулирования теплового режима гермоконтейнера и получить расчетное соотношение для определения проектного параметра F_p применительно к выбранному способу регулирования;

2)       определить характерные для определения проектных параметров расчетные случаи.

Выбор способа регулирования теплового режима гермоконтейнера

Регулирование теплового режима гермоконтейнера (см. рис. 1.9) возможно двумя способами:

•         изменением площади излучаемой поверхности F_p;

•         изменением расхода циркулирующего в термоконтейнере газового теплоносителя G (реализуемого путем включения и выключения дополнительных вентиляторов либо с помощью байпасной магистрали).

Для газовой СОТР наиболее характерна схема регулирования с изменением площади излучаемой поверхности F_p в диапазоне от (F_p)_min - на режиме минимального энергопотребления до (F_p)_max - на режиме максимального энергопотребления. При этом расход циркулирующего газа в термоконтейнере остается неизменным.

Расчетное соотношение для определения площади излучаемой поверхности гермоконтейнера находится из уравнения стационарного теплового баланса радиационной поверхности гермоконтейнера:

где  - внутренние тепловыделения аппаратуры гермоотсека, определяемые заданной циклограммой энергопотребления N(τ);  - тепловой поток через два полусферических днища гермоконтейнера, покрытых экранно-вакуумной изоляцией (определяемый по соотношению (2.6)), при этом знак "+" соответствует случаю, когда T_W > Т_дн, а знак "-" будет при T_W < Т_дн ;  (плотность поглощенного теплового потока определяется соотношением (2.5));  - тепловой поток, излучаемый радиационной поверхностью гермоконейнера в окружающее пространство (при отсутствии какого-либо переизлучения с элементами конструкции).

Принятое здесь допущение об осреднении температуры РТО по всей поверхности является достаточно грубым, но может быть обосновано выравниванием поля температур в тонкостенной оболочке РТО вследствие интенсивной циркуляции газового теплоносителя в гермоотсеке.

С учетом сделанного допущения площадь излучаемой поверхности гермоконтейнера F_P определяется следующими соотношениями:

При этом сама средняя температура РТО определяется в результате последовательных приближений с использованием дополнительных зависимостей

  ,  

где  - перепад температуры между средними температурами РТО и газового теплоносителя в канале РТО.

Анализ полученного соотношения для F_p показывает, что площадь РТО зависит как от внутреннего энергопотребления аппаратуры гермоконтейнера (), так и от внешней тепловой нагрузки (). Эти факторы являются определяющими при рассмотрении основных расчетных случаев для СОТР гермоконтейнера КА.

Основные расчетные случаи для СОТР гермоконтейнера

Расчетными случаями будем называть наиболее характерные для рассматриваемой СОТР тепловые режимы, которые могут быть реализованы в условиях длительного функционирования гермоконтейнера в космическом пространстве.

Выбор расчетных случаев для рассматриваемой задачи определяется совокупностью следующих факторов (в их различном сочетании):

1)       ориентацией гермоконтейнера КА на орбите (при заданных параметрах орбиты);

2)       условиями освещенности гермоконтейнера на орбите (пребыванием КА на освещенном () или теневом () участках орбиты);

3)       уровнем энергопотребления аппаратуры гермоотсека (N_max или N_min).

Из всех возможных случаев ориентации гермоконтейнера на орбите рекомендуется рассмотреть два положения, различающиеся прежде всего действующей на термоконтейнер внешней тепловой нагрузкой :

•         положение I — продольная ось гермоконтейнера находится в плоскости орбиты и ориентирована по направлению местной вертикали;

•         положение II - продольная ось гермоконтейнера находится в плоскости орбиты и плоскости местного горизонта.