Физические принципы работы и принципиальные схемы электронагревных ЭРД

22. Физические принципы работы и принципиальные схемы электронагревных ЭРД.

В ЭНД используется принцип получения тяги при разгоне вытекающей из движителя струи газодинамическим способом, т.е. за счет  превращения в сопле потенциальной энергии газа в кинетическую. Скорость истечения газа зависит от температуры газа перед соплом. Повышения температуры газа перед соплом, происходит путем нагрева за счет тепла Джоуля, выделяемого при прохождении эл. тока. Джоулево тепло может выделятся как в некотором промежуточном веществе, так и в самом рабочем теле создающем тягу.

Классификация ЭНД:

1.Тепловой экран

2.Корпус с соплом

3.Нагреватель

4.Подвод рабочего тела

5.Изолятор

6.Токоподводы

На клеммы 6 подводится электрическая мощность. Посредствам нагревателя 3 она преобразуется в Джоулево тепло.

Тепловые потери с поверхности движителя могут достичь значительных величин, но при хорошей организации теплосъема с поверхности нагревателя, хорошей внешней теплоизоляции уровень бесполезных утечек тепла может быть невысоким, а КПД – значительным.   

Для снижения тепловых потерь предложено несколько способов:

1.Нагруженный корпус движителя защищают вакуумными полостями с радиационными экранами, обладающими низкими коэф-ми излучения.

2.Регеративное охлаждение сопла. Теплообменник выполняется многоходовым с достаточно высоким газодинамическим сопротивлением.

3.Подвод электрической энергии к движителю осуществляется с помощью тепловых перемещений.

№36. Структура, особенности и примеры использования физических моделей, моделирующих систем и стендов для автономных исследований и испытаний отдельных агрегатов солнечных ЭУ (на примере ФП и СБ, аппаратуры регулирования).

Стендовое оборудование для проведения многофакторных исследований и испытаний БФ можно поделить на две группы:

- стенды для исследования, испытаний и контроля небольших по площади групп ФП или модулей БФ;

- стенды для исследования и контроля панелей и крыльев БФ большой площади (от единиц до сотен квадратных метров).

Типовая структура стенда для исследования групп ФП (или малоразмерных панелей БФ):

ИП – источник электропитания; ИСИ – имитатор солнеч. излуч.; МП ИСИ - механизм перемещения ИСИ для регулирования уровня освещенности путем изменения расстояния между ИСИ и БФ; СИ – система измерения; СО – система охлаждения; Н - нагрузка; СУ – система управления.

Структура стендов для исследования БФ больших площадей примерно идентична показанной. Отличие проявляется лишь в конкретном техническом воплощении составляющих компонентов стенда.

Для небольших стендов сравнительно легко решаются вопросы охлаждения и термостабилизации (естественная конвекция; небольшие термоплаты охлаждаемые водой); выравнивание освещенности осущ. с помощью сравнительно простых оптических систем; регулирование освещенности выполняется изменением расстояния ИСИ от группы ФП с помощью простого координатного устройства. В большом стенде все сложнее: БФ и ИСИ охлаждают мощными вентиляционными системами, блоками кондиционеров и т.п.; для обеспечения равномерности освещения БФ применяются сложные оптические системы либо индивидуальная регулировка большого числа ламп ИСИ; электропитание ИСИ и других систем стенда осуществляется специальными подстанциями и т.д.

Для больших стендов БФ используют сравнительно простые специализированные имитаторы солнечного излучения на базе вольфрамовых ламп накаливания с зеркальными или матовыми отражателями. Что бы получить спектральный состав излучения близкий к солнечному, применяют сложные в эксплуатации импульсные или непрерывного действия мощные дуговые ксеноновые лампы, ртутные дуговые лампы, галогенные лампы накаливания с отражателями и фильтрами.

Система измерений параметров ФП основана в большинстве случаев на четырехзондовом методе и использует, как правило, ФЭ датчики освещенности и температуры, термопары или платиновые термодатчики сопротивления.

Для решения экспериментальных задач современных АРК специализированный стенд АРК должен удовлетворять таким требованиям:

- возможность совместной работы АРК со штатными агрегатами СЭС (БХ, БФ и др.) либо с имитаторами агрегатов и систем;

- автоматическая регистрация и накопление информации, автоматическое программное управление;

- обеспечение работы АРК по сложному переменному графику энергопотребления бортовой аппаратуры в постоянном и импульсном режимах;

- наличие развитой принудительной системы охлаждения, возможность имитации нештатных режимов работы АРК;

-аварийные средства защиты.

Блок-схема стенда для исследования АРК:

№ 66 Особенности систем хранения и подачи рабочих в-тв энергетических установок.

Системы хранения и подачи (СХП) предназначены для хранения и подготовки соответствующего фазового состояния, а также для дозировки и подачи рабочего вещества в движители. Их можно функционально разделить на несколько подсистем: хранения, дросселирования, регулирования и распределения. Эти подсистемы предназначены для:

-сохранения рабочего вещества с момента заправки и до окончания срока эксплуатации ЭРДУ в заданных условиях;

-снижения давления рабочего вещества, поступающего из бака, до определенного уровня и поддержания его на этом уровне в заданных пределах;

-поддержания требуемого расхода рабочего вещества или изменения этого расхода согласно «Техническому заданию»;

-подачи рабочего вещества в различные потребители движительного блока.

Решающими факторами выбора типа СХП являются физико-химические свойства рабочего вещества, обеспечивающие требования по тяге, удельному и суммарному импульсам, а также условия его хранения на Земле и использования на борту космического аппарата. В то же время массоэнергетические параметры космического аппарата оказывают влияние на выбор самого рабочего вещества: это касается складируемости и стойкости рабочего вещества к внешним воздействиям в условиях эксплуатации. Характерными особенностями СХП электрореактивных движителей являются длительный срок функционирования и расходы рабочего вещества.

Классификация СХП по фазовому состоянию хранения рабочего вещества, а также по способу забора и подачи его в движители.

Подготовка систем хранения и подачи, а также рабочих веществ для них.

Подготовка поверхностей СХП, контактирующих с рабочим веществом, сводится к очистке и контролю чистоты внутренних поверхностей заправочных устройств и приспособлений. В процессе изготовления СХП детали и узлы подвергаются обезжириванию и промывке с последующим контролем чистоты поверхностей.

Особые требования предъявляются к подготовке жидко-метаплических систем хранения и подачи. Это связано с тем. что в системе происходят коррозионные процессы. Вследствие этого возможно забивание проходных сечений МГД-насоса и других элементов СХП продуктами коррозии и химических реакций.

При подготовке рабочих веществ для систем подачи обеспечивают их химический состав, агрегатное состояние, устойчивость к внешним воздействиям при эксплуатации.

Для защиты конструкционных материалов от контакта с кислородом воздуха во время хранения СХП после изготовления подвергаются консервации – заполнению рабочих полостей нейтральным газом под небольшим давлением. Периодические проверки давления консервации во время хранения позволяют убедиться в герметичности системы.