Расчет тяги, удельной тяги и мощности ДУ исходя из задач космического полета

Расчет тяги, удельной тяги и мощности ДУ исходя из задач космического полета (44)

Существует ряд задач выполняемых ЭРД размещенными на КА: коррекция орбиты КА; ориентация (стабилизация) спутника относительно Земли; и маршевые задачи (межпланетные полеты).

Движение космического аппарата зависит от возмущающих сил, которые постепенно изменяют элементы орбиты. В первую очередь на орбиту влияют несферичность Земли и неравномерность распределения масс на ее поверхности и в недрах. Возмущения орбиты возникают также из-за сопротивления земной атмосферы, притяжения других небесных тел, давления солнечного света. Главные возмущения спутниковых орбит вызваны несферичностью Земли и сопротивлением атмосферы.

Включение бортовой двигательной установки на базе ЭРД позволяет компенсировать эти возмущения. При определении тяги ЭРД можно предположить, что для поддержания КА на заданной круговой орбите ЭРД должен компенсировать потерю скорости аппарата, вызванную только сопротивлением атмосферы на заданной орбите:

, где – площадь поперечного сечения космического аппарата;

 – коэффициент аэродинамического сопротивления;

– плотность атмосферы на заданной орбите.

Для начального этапа расчета эффективную площадь определяем из следующего выражения:

где k_у – коэффициент учета площади солнечных батарей.

Если ЭРД будет работать непрерывно в течение всего срока функционирования КА на орбите, то требуемая величина тяги движителя должна быть равна величине сопротивления атмосферы на заданной орбите:

В действительности для выполнения своей задачи ЭРД включаются периодически и время их работы составляет несколько процентов от времени функционирования КА на орбите.

Время работы ЭРД на орбите обычно составляет 5…15% от времени функционирования КА. При этом  проводим корректировку величины тяги ЭРД. Тяга должна быть увеличена во столько раз, во сколько уменьшено время работы движителя.

После определения тяги в зависимости от поставленной задачи выбираем тип ЭРД и рабочее вещество, на котором ЭРД работает, задаем скорость истечения рабочего вещества из ЭРД .

Секундный массовый расход рабочего вещества через движитель

Зная секундный массовый расход  и время работы ЭРД на орбите, можно определить необходимый запас рабочего вещества на борту КА:  с

Зная КПД движителя можно посчитать его мощность. Многолетний опыт эксплуатации различных типов ЭРД показывает, что их КПД не превышает 60%. Вычисляем электрическую мощность, необходимую для его питания:

Вопрос 50

Особенности систем хранения и подачи рабочих веществ ЭРД.

Система хранения и подачи рабочего тела представляет собой комплекс агрегатов обеспечивающих хранение, подготовку соответствующего фазового состояния, а так же дозировку и подачу рабочего вещества в ускоритель.

СХПРТ функционально разделяют на подсистемы: система хранения, система дросселирования, система регулирования, система распределения.

Система хранения обеспечивает сохранение рабочего вещества в определенном агрегатном состоянии с момента заправки до окончания срока эксплуатации.

Система дросселирования служит для снижения давления рабочего вещества, поступающего из системы хранения, до заданного уровня и поддержания его на этом уровне.

Система регулирования предназначена для обеспечения потребного расхода рабочего вещества в зависимости от режима работы ускорителя и подачи его в ускоритель.

Рассмотрим СХПРТ с газобразным рабочим телом. Основными элементами СХПРТ являются: бак с ксеноном, газовый редуктор, электроклапаны, датчики давления, ресивер и регуляторы расхода.

При открытии вентиля бака газ проходит через редуктор, давление газа понижается. При включении электроклапана ресивер заполняется рабочим телом до максимально заданного давления, контролируемого датчиком давления. При достижении в ресивере максимально заданного давления, электроклапан закрывается. Далее газ поступает по трубопроводам к анодному и катодному блокам, расход которого регулируется регулятором давления, по мере выработки газа из ресивера, давление газа в нем уменьшается. Затем электроклапан открывается, и цикл повторяется снова.

Функциональная схема СХПРТ на примере СПД дает подробное представление о работе движительного блока и представляет собой совокупность элементов, соединенных между собой исходя из функций, которые эти элементы выполняют.

На функциональной схеме представлены следующие элементы:

1.  СХПРТ

  Заправочное устройство (ЗУ);

  Бак (Б);

  Датчики температур (ДТ);

  Датчики давления (ДД);

  Пироклапан (ПК);

  Редуктор (Р);

  Электроклапаны (ЭК);

  Ресивер (РС);

  Термодроссель(ТД)

  Жиклеры (Ж).

  Электроклапаны (ЭК)

2.  СПД

  Анодный блок (АБ);

  Магнитная система (МС);

  Катод-компенсатор (КК1);

  Катод-компенсатор (КК2);

3.  СЭП (Система электропитания)

4.  СУ (Система управления)

Система управления имеет связи почти со всеми элементами схемы. Это объясняется тем, что она играет важную роль в работе движителя – координирует работу других систем.

Система электропитания распределяет электроэнергию по всем элементам движительной установки, т.е. имеет прямые и обратные связи с системой управления и элементами ДУ.

Заправочное устройство необходимо для заправки бака рабочим телом.

Бак служит для хранения рабочего тела.

Датчики температуры, датчики давления служат для контроля за состоянием и количеством рабочего тела в баке.

Пироклапан используют для обеспечения надежной изоляции системы хранения от системы подачи до момента первого запуска СПД. Т.е. во время наземной транспортировки КЛА и вывода его на орбиту.

Редуктор понижает давление в системе подачи.

Электроклапан служит для подачи РТ в ресивер порциями.