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.

Для каждого из этих положений рассматриваются три характерных расчетных случая:

1) 1а (IIа) - энергопотребление N_max, термоконтейнер находится на освещенном участке орбиты ();

2) 1б (IIб) - энергопотребление N_min, термоконтейнер находится на освещенном участке орбиты () (при этом < , что практически всегда выполняется);

3) 1в (IIв) - энергопотребление N_min, термоконтейнер нахо¬дится на теневом участке орбиты ().

Алгоритм определения проектных параметров газовой СОТР гермоконтейнера (для тепловой схемы с G = const)

Исходные данные (блок входных данных алгоритма):

1) циклограмма энергопотребления аппаратуры гермоконтейнера N(τ) - см. рис. 2.1;

2) допустимый диапазон изменения температуры газа в гермоотсеке ;

3) диаметр гермоконтейнера d;

4) теплоноситель - азот с теплофизическими характеристи¬ками (при p=10⁵Па, T=293К): с_г=1030Дж/кг; ρ=1,225кг/м³; А.=0,025Вт/(мК); v=15,06·10^-6 м²/c;

5) параметры круговой орбиты КА:

• наклонение i;

• высота H_кр;

• долгота восходящего узла Ω;

• дата (N₂₁).

Алгоритм определения проектных параметров включает три расчетных блока:

1) блок внешнего теплообмена,

2) блок внутреннего теплового режима гермоконтейнера,

3) блок определения проектных параметров для трех расчетных случаев 1а, 16, 1в положения 1 (аналогично IIа, IIб, IIв положения II).

Общая блок-схема алгоритма определения проектных пара¬метров представлена на рис. 2.3.

Результатом численной реализации представленного алгоритма для шести характерных расчетных случаев являются следующие параметры СОТР:

1) расход газового теплоносителя в гермоотсеке G;

2) поверхность РТО (необходимый диапазон изменения)

3) длина РТО l_РТО = (F_p)_max/πd;

4) термическое сопротивление ЭВТИ днищ гермоотсека R_Эi;

5) коэффициент конвективного теплообмена α:

• в канале РТО;

• в нагретой зоне гермоотсека;

6) высота щелевого канала теплоносителя радиационного теплообменника Δh;

7) коэффициент перекрытия сечения канала РТО K_s .

На основании анализа полученных результатов делается заключение о необходимых условиях обеспечения заданного теплового режима гермоконтейнера КА в орбитальном полете.

Рис. 2.3. Блок-схема алгоритма определения проектных параметров газовой СОТР

Рис. 2.3. (окончание)