- •1. Системы обеспечения теплового режима
- •2. Моделирование теплового режима термоконтейнера космического аппарата на орбите (лабораторный практикум)
- •Лабораторная работа №1 Моделирование внешнего теплообмена термоконтейнера космического аппарата на орбите
- •Моделирование условий освещенности гермоконтейнера солнечным тепловым потоком
- •Определение угловых коэффициентов планетного облучения гермоконтейнера
- •Определение плотности поглощенных поверхностью рто тепловых потоков солнечного и планетного излучений (внешней тепловой нагрузки)
- •Определение тепловых потоков через экранно-вакуумную теплоизоляцию днищ гермоконтейнера
- •Лабораторная работа № 2 Моделирование внутреннего теплового режима термоконтейнера
- •Определение расхода циркулирующего в гермоконтейнере теплоносителя
- •Теплообмен в канале радиационного теплообменника
- •Конвективный теплообмен в нагретой зоне гермоконтейнера
- •Выбор способа регулирования теплового режима гермоконтейнера
- •Основные расчетные случаи для сотр гермоконтейнера
- •Лабораторная работа №4 Определение проектных параметров газожидкостной системы обеспечения теплового режима гермоконтейнера космического аппарата
- •Математическая модель рто жидкостного контура
- •Моделирование температурного состояния газожидкостной сотр
- •Алгоритм определения проектных параметров газожидкостной системы обеспечения теплового режима
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 (qs) 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 N2I (N2I - 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.
В зависимости от ориентации гермоконтейнера изменяются и условия его освещенности солнечным тепловым потоком.
Например, для цилиндрической части гермоконтейнера угол освещенности (угол между направлением на солнце и внешней нормалью) составит: для положения I , для положения II .
Время пребывания () гермоконтейнера на теневом (или солнечном) участках орбиты в общем случае может быть найдено с помощью уравнения Кеплера:
где , e - большая полуось и эксцентриситет эллиптической орбиты; , - моменты времени захода КА в тень Земли () и выхода из нее (); , Е2 - соответствующие моментам и эксцентрические аномалии.
Значения и Е2 определяются по истинным аномалиям и по соотношению . Истинные аномалии и находятся (при известной ориентации плоскости орбиты) либо аналитически, либо с помощью геометрического построения.
В частном случае для орбит, близких к круговым (е ~ 0), на основании уравнения (2.2) может быть получено следующее приближенное соотношение для определения времени пребывания КА на теневом участке орбиты ():
где = 6371,1 км - радиус Земли; Н - высота круговой орбиты над поверхностью Земли; - период обращения КА на орбите, с; = 3,986-105 км3/с2 - гравитационный параметр Земли.
Время пребывания КА на солнечном участке орбиты (если пренебречь наличием участка "полутени" орбиты)
.
При = 0° орбита КА полностью освещается Солнцем - "солнечная" орбита. При = 90° орбита "теневая" с максимальной продолжительностью теневого участка.