Системы обеспечения теплового режима космических аппаратов

Перечень применяемых в циркуляционных СОТР жидкостных теплоносителей с указанием их теплофизических характеристик приведен в приложении 6.

Регулирование количества отводимого тепла производится регулятором расхода теплоносителя 4, изменяющим соотношение расходов через радиационный теплообменник (G2) и байпасную магистраль (G1).

Система регулирования жидкостного контура обеспечивает изменение количества отводимого из гермоконтейнера тепла и поддерживает температуру теплоносителя на входе в газожидкостный агрегат в требуемом диапазоне .

Выбор значения регулируемой температуры теплоносителя на входе в ГЖА () определяется из условия обеспечения оптимальных условий теплопередачи в ГЖА. Контроль указанной температуры производится датчиком температуры - термометром сопротивления или термопарой.

Блок управления жидкостного конгура вырабатывает управляющую информацию Дh=f() на перемещение регулирующего органа РРТ и перераспределение расходов теплоносителя (G1 и G2) таким образом, чтобы обеспечить увеличение расхода G2 при повышении регулируемой температуры .

В зависимости от требуемой точности регулирования в СТР применяются как линейные, так и нелинейные (релейные) законы управления, определяющие вид функционального соотношения Дh=f(). В прецизионных СТР используется, как правило, интегральные законы управления: реализуемые с помощью шаговых электродвигателей.

Технические и эксплутационные характеристики гидравлических распределителей (РРТ) интегрального типа приведены в приложении 10.

Математическая модель РТО жидкостного контура

Математическая модель РТО строится на основе модели типового элемента (см. рис. 1.11), рассмотренного в подразд. 1.11 и представляющего собой оребренный канал теплоносителя шириной 2t, наружная сторона которого покрыта терморегулирующим покрытием и является излучающей поверхностью, а внутренняя теплоизолирована от газовой среды гермоконтейнера.

При этом общая поверхность излучения РТО (Fp) связана с длиной выделенного типового элемента (Lp) соотношением

Fp=2tLp.

Ширина типового элемента 2t ( или расстояние между соседними каналами теплоносителя) находится в зависимости от принятой величины коэффициента эффективности оребрения:

Например, для РТО, выполненного из алюминиево-магниевого сплава АМг-6 при толщине оребрения др=1,5 мм, значение коэффициента эффективности = 0,95-0,98 будет обеспечиваться при ширине типового элемента 2t = ( 300. .200 ) мм.

Математическая модель типового элемента РТО аналогична рассмотренной в п. 1.11.1 и записывается следующим образом:

,

Граничные условия:

Распределение температуры поверхности РТО по ширине оребрения (по оси OY) находится в результате решения второго уравнения системы:

где - превышение температуры основания ребра над температурой условной среды .

Найденное решение используется для определения среднеин- тегральной температуры поверхности РТО ( средней по длине и по ширине оребрения температуры поверхности ).

Среднеинтегральная температура РТО зависит от температуры основания ребра и определяется на основании следующих соотношений:?

, ,

,

где - хладопроизводительность РТО; - средняя по длине РТО (при x=Lp/2) температура основания оребрения; - коэффициент лучистого теплообмена РТО с окружающей средой; - перепад температур между теплоносителем в канале РТО и стенкой канала в среднем по длине сечении РТО (при х = Lp/2); FT - поверхность внутреннего теплообмена канала теплоносителя;

Для наиболее характерных размеров типового элемента (d = 14мм, 2t = 200мм) . Найденное значение среднеинтегральной температуры используется при определении хладопроизводительности РТО.

Моделирование температурного состояния газожидкостной СОТР

Стационарное температурное состояние ГЖ СОТР определяется математическими моделями входящих в систему тепловых агрегатов и в соответствии с принципиальной схемой (см. рис. 2.5) представляется в следующем виде:

1) гермоотсек:

2) газожидкостный агрегат:

3) РТО:

;

4) конвективный теплообмен в канале РТО для жидкостного теплоносителя на турбулентном режиме (Re > 2300):

; ; ; ;

5) смеситель жидкостного контура:

Здесь - хладопроизводительность СОТР (количество тепла, отводимого ГЖ СОТР в единицу времени); kF - суммарный коэффициент теплопередачи в ГЖА; cG - водяной эквивалент жидкостного теплоносителя; G - суммарный массовый расход жидкостного теплоносителя в контуре; G2 - расход теплоносителя через РТО; G1 - расход теплоносителя через байпасную магистраль; 0 - среднеинтегральная температура поверхности РТО; - температура условной среды; - плотность поглощенного поверхностью РТО внешнего теплового потока; h - положение регулирующего органа РРТ: при h= 0 G2 = 0; G1 = G; при h= 1 G2 =G G1 = 0; - максимальный диапазон изменения температуры газа в гермоотсеке (считается заданной).

Модель стационарного температурного состояния испcользуется при построении алгоритма определения проектных параметров газожидкостной СОТР.

Алгоритм определения проектных параметров газожидкостной системы обеспечения теплового режима

Алгоритм определения проектных параметров газожидкостной СОТР разрабатывается на основании представленных выше математических моделей:

* внешнего теплообмена;

* внутреннего теплообмена;

* жидкостного контура СОТР.?

Особенностью рассматриваемой тепловой расчетной схемы гермоконтейнера является применение секционного корпусного (или панельного) радиационного теплообменника (РТО), что учитывается в алгоритме раздельным определением внешней тепловой нагрузки и всех проектных параметров для каждой секции РТО.

В качестве основного расчетного случая для определения проектных параметров СОТР принимается режим максимального энергопотребления тепловыделяющей аппаратуры при заданной пространственной ориентации КА (соответствующей его основному рабочему положению при функционировании КА на орбите).

По функционированию жидкостного циркуляционного контура СОТР приняты следующие основные допущения.

1. Регулируемой температурой жидкостного контура является температура t1, на входе в газожидкостный агрегат (ГЖА), которая принимается равной минимальной температуре газа в гермоотсеке (Тmin) t1=Тmin .

2. Основному расчетному случаю - режиму максимального энергопотребления - соответствует положение регулятора расхо¬да теплоносителя (h), соответствующее расходу через РТО (G2), равному: G2 = 0,9Gmax.

3. Максимальный объемный расход в жидкостном циркуляционном контуре соответствует стандартной производительности гидронасосного агрегата (ГНА), установленного в контуре, и принят равным: GV= 10-4 м3/с.

4. Регулирование хладопроизводительности жидкостного циркуляционного контура СОТР производится путем изменения расхода G2 через РТО по сигналу (Дh), вырабатываемому в блоке управления в зависимости от отклонения регулируемого параметра (Дti).

Блок-схема алгоритма определения проектных параметров газожидкостной СОТР представлена на рис. 2.6.

Результатом численной реализации представленного алгоритма являются следующие проектные параметры газожидкостной СОТР:

1) расход газового теплоносителя в гермоотсеке Gг;

2) суммарный коэффициент конвективного теплообмена ГЖА - (kF)ГЖА;

3) термическое сопротивление ЭВТИ днищ гермоотсека - Rэ;

4) количество секций (панелей) РТО - n;

Рис. 2.6. Блок-схема алгоритма определения проектных параметров газожидкостной СОТР

Рис. 2.6 (окончание)

5) параметры каждой секции РТО:

* поверхность излучения Fp;

* среднеинтегральная температура поверхности ;

* температура условной среды Tу.с.;

* коэффициент конвективного теплообмена в канале РТО бт;

6) суммарная поверхность излучения РТО .

На основании полученных результатов делается заключение о необходимых условиях обеспечения теплового режима гермоконтейнера КА с газожидкостной СОТР и проводится сравнительный анализ параметров газожидкостной и газовой СОТР.

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авдуевский ВС. и др. Основы теплопередачи в авиационной и рекетно-космической технике. М.Машиностроение, 1975. 624с.

2. Апифанов О.М. Идентификация процессов теплообмена летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1979. 216с.

3. Андрейчук ОБ., Малахов Н.Н. Тепловые испытания космических аппара-тов. М.: Машиностроение, 1982. 143с.

4. Атамасов В.Д. Система обеспечения теплового режима космического ап-парата: учебное пособие / В.Д. Атамасов, В.И. Ермолаев. М., 1995. 78с.

5. Гпушицкий ИВ. Охлаждение бортовой аппаратуры авиационной техники. М.: Машиностроение, 1987. 184с.

6. Дульнев Г Н., Тарновский Н.Н. Тепловые режимы электронной аппарату-ры: Учебное пособие для вузов. Л.:Энергия, 1971. 248с.

7. Залетаев В.М. и др. Расчет теплообмена КА. М.: Машиностроение, 1979. 208 с.

8. Инженерный справочник по космической технике / Под ред. А.В. Солодо- ва. М.: Воениздат, 1969. 294с.

9. Козлов Л.В. и др. Моделирование тепловых режимов КА и окружающей среды. М.: Машиностроение, 1971. 382с.

10. Конструирование автоматических космических аппаратов / Д,И. Козлов, Г.П. Аншаков [и др.]; Под ред. Д.И. Козлова. М.: Машиностроение, 1996. 448 с.

11. Королев С. И. Системы обеспечения функционирования КА: Учебное по-собие. 4.1/ Ленингр. мех. ин-т. Л., 1985. 85 с.

12. КраусАД. Охлаждение электронного оборудования. Л.: Энергия, 1971.247 с.

13. Малоземов В В. и др. Системы жизнеобеспечения экипажей летательных аппаратов: Учебник для ВТУЗов. М.: Машиностроение, 1986. 584с.

14. Малышев Г В. Проектирование автоматических космических аппаратов / Г.В. Малышев, Х.С. Блейх, В.И. Зернов. М.: Машиностроение, 1982. 152с.

15. Панкратов БМ. Основы теплового проектирования транспортных косми-ческих систем. М.: Машиностроение, 1988. 304с.

16. Руководство для конструкторов по обеспечению тепловых режимов кос-мических аппаратов. Т. 1-6 / Под ред. Н.А. Анфимова. ГОНГИ, №1. М.. 1990.

17. Фаворский О Н., Каданер Я.С. Вопросы теплообмена в космосе. М.: Выс-шая школа, 1967. 239 с.

Размещено на Allbest.ru