Научная статья на тему 'Методика расчета и выбора параметров электрообогревателей космического аппарата при наличии ограничений'

Методика расчета и выбора параметров электрообогревателей космического аппарата при наличии ограничений Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
236
111
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ / ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЬ / МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ / SPACECRAFT / ELECTRIC HEATER / MATHEMATIC MODEL

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Чеботарев В. Е., Звонарь В. Д., Фаткулин Р. Ф., Дмитриев Г. В.

Проведен анализ различного типа электр ообогревателей космического аппарата и для каждого из них составлена математическая модель расчета параметров при наличии конструктивных и тепловых ограничений. Разработана методика выбора параметров электрообогревателей по критериям, зависящим от вида ограничений и обеспечивающих заданную плотность теплового потока. Представлены результаты расчета параметров электрообогревателей космического аппарата информационного обеспечения и сформулированы рекомендации по их выбору в условиях неопределенности факторов эксплуатации.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Чеботарев В. Е., Звонарь В. Д., Фаткулин Р. Ф., Дмитриев Г. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

TECHNIQUE FOR CALCULATION AND SELECTION OF SPACECRAFT ELECTRIC HEATERS PARAMETERS UNDER UNCERTAINTY CONDITIONS1JSC «Information Satellite Systems of a name of academician M. F. Reshetnev»2JSC «Information Satellite Systems named after academician M. F. Reshetnev»

The authors present analysis of different electrical heaters of spacecraft. Taking into account design and heat limitations, the mathematical models are presented for each of them. Technique for selection of heater parameters, based on limitations dependent criteria and providing for specified heat-flux density, is developed. The obtained calculation data of spacecraft heaters are presented and recommendations on choice of their parameters under uncertainty conditions are formulated.

Текст научной работы на тему «Методика расчета и выбора параметров электрообогревателей космического аппарата при наличии ограничений»

Paнaлиз. - мощность помехового сигнала, измеренного анализатором спектра.

Таким образом, калибровка измерительного тракта позволяет рассчитать поправочный коэффициент N к показаниям анализатора спектра в LI и L2 диапазоне, который равен сумме коэффициентов передачи всех блоков от анализатора спектра до приемной антенны:

N------КЛэфф - G1

МШУ + ^аб.изм. + Lад + Lдел.. (14)

При помощи найденного поправочного коэффициента определяется мощность помехового сигнала, приведенного к входу приемной антенны АФУ НАП СРНС, при котором происходят срывы сопровождения и захвата сигналов НКА. Применение предложенной методики позволяет измерять реальную устойчивость НАП СРНС к воздействию помех вне зависимости от значений коэффициентов передачи приемного тракта, что дает возможность сравнить ее с предлагаемыми моделями помеховой обстановки.

Библиографические ссылки

1. Дмитриев Д. Д. Исследование помехоустойчивости аппаратуры радионавигации // Современные проблемы развития науки, техники и образования : сб. научн. тр. / под науч. ред. М. А. Барышева, В. И. Кокорина. Красноярск : ИПК СФУ, 2009. С. 202-209.

2. Интерфейсный контрольный документ ГЛОНАСС. Навигационный радиосигнал в диапазонах L1, L2 / РНИИ КП. ред. 5.1. М. : РНИИ КП, 2008.

3. Айбиндер И. М. Шумы радиоприемников. М. : Связь, 1974. 328 с.

4. Уайт Д. Р. Ж. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. М. : Советское радио, 1977.

5. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. 4-е изд., перераб. и доп. М. : Радиотехника, 2010.

6. Панченко Б. А., Нефедов Е. И. Микрополоско-вые антенны. М. : Радио и связь, 1986.

V. N. Tyapkin, Y. L. Fateev, D. D. Dmitriev, V. G. Konnov

CALIBRATION OF MEASURING PATH FOR ECM TEST OF NAVIGATION EQUIPMENT OF CUSTOMERS OF SATELLITE RADIO NAVIGATION SYSTEMS

The authors consider calculation of radio-frequency lines «Navigation space satellite - the spectrum analyzer» and «the generator of noises - the spectrum analyzer» for their calibration for ECM test of navigation equipment of customers of satellite radio navigation systems.

Keywords: navigation equipment of customers, satellite radio navigation systems, interference immunity.

© Тяпкин В. Н., Фатеев Ю. Л., Дмитриев Д. Д., Коннов В. Г., 2012

УДК 629.78.064.5

В. Е. Чеботарев, В. Д. Звонарь, Р. Ф. Фаткулин, Г. В. Дмитриев

МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЕЙ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПРИ НАЛИЧИИ ОГРАНИЧЕНИЙ

Проведен анализ различного типа электрообогревателей космического аппарата и для каждого из них составлена математическая модель расчета параметров при наличии конструктивных и тепловых ограничений. Разработана методика выбора параметров электрообогревателей по критериям, зависящим от вида ограничений и обеспечивающих заданную плотность теплового потока. Представлены результаты расчета параметров электрообогревателей космического аппарата информационного обеспечения и сформулированы рекомендации по их выбору в условиях неопределенности факторов эксплуатации.

Ключевые слова: космический аппарат, электрообогреватель, математическая модель.

Электрообогреватели космического аппарата (КА) ц 2 ц 2 ц2 ^

совместно со средствами охлаждения используются ЖЭО =------=-----=------—, (1)

для поддержания заданного теплового режима обору- ^1 пр Рпр пр

домния, создавая необходимое равн°весие между где ЫЭО - мощность ЭО, Вт; и - напряжение элек-

притоком и оттоком тепла от этого оборудования.

Электрообогреватель (ЭО) содержит токонесущий тропитания ЭО, В; ^пр - электрическое сопротивле-провод и электроизолирующую подложку [1]. ние провода, Ом; Я1 - удельное электрическое сопро-

Основными параметрами ЭО являются: мощность,

I * тивление единицы длины провода, Ом/м; - пло-

масса, площадь обогреваемой поверхности. 2

Мощность ЭО определяется по закону Ома [2]: щадь сечения провода, м2; - удельное электриче-

ское сопротивление материала провода, Омм; I - длина провода, м.

Площадь обогреваемой с помощью ЭО поверхности ^ЭО зависит от площади провода ^ и коэффициента заполнении им обогреваемой поверхности Кодтт

F

пр

К

F =/ • d =-

пр пр пр

пр

• d„

(2)

Ч"ЗАП рЭО - NЭО

где dпр - максимальный размер сечения провода.

Масса ЭО формируется как сумма масс токонесущего провода тпр, электроизолирующей подложки и

клея тЭП:

тЭО = тпр + тЭП = Yпр • 1пр • Snp + Yэп

К

= Ftt-

(3)

пр + _'/ЭП

ЗЛП

dпp К

где Yd

- объемная плотность провода, кг!м

feO =

N

ЭО

p пр • КЗЛП dnp • Snp

N.

ЭО

U

- массовая эффективность

N

ЭО

Y пр • Snp + YЭП •

пр

К

• s„

N

U

(4)

(З)

ЗЛП у

Удельные показатели ЭО могут быть использованы для оптимизации параметров ЭО по критерию q-э ^ max, тЭ ^ max. С помощью этих критериев проведем выбор материала токонесущего провода по максимуму рпр провода (формула (4)), или максимуму Рпру (формула (5)) (табл. 1, в скобках приведен

/У пр

номер позиции материала, занимаемой по данному критерию).

Анализ данных табл. 1 позволяет сформулировать следующие рекомендации:

- материал нихром имеет лучшие показатели по обоим критериям;

- материал константан имеет удовлетворительные показатели по критерию 1, но уступает материалу алюминий по критерию 2;

- материал алюминий имеет удовлетворительные показатели по критерию 2, но неудовлетворительные - по критерию 1.

В итоге в ЭО КЛ применяют токонесущий провод, выполненный из материала с большим удельным сопротивлением (критерий 1): нихром, константан.

Кроме того, удельные показатели ЭО также содержат информацию о других частных критериях оптимизации ЭО: U ^ min, Snp ^ min, КЗЛП ^ max.

Уменьшение напряжения ЭО повышает удельный показатель q3, тЭ, однако приводит к увеличению массы кабелей системы электропитания:

тК = Коб •УК •1к Фк '

N

ЭО

диК • U

(б)

уЭП - поверхностная плотность подложки, кг/м .

Эффективность применения ЭО характеризуется следующими удельными показателями:

- тепловая эффективность

где Коб - коэффициент конструктивных затрат массы на оболочку кабеля; у К - объемная плотность провода кабеля, кг/м3; 1К - длина кабеля, м; рК - удельное электрическое сопротивление материала провода кабеля, Ом-м; АиК - допустимое падение напряжения в

кабеле за счет омического сопротивления.

Ввиду неопределенности реализации длины кабеля для конкретного типа ЭО выработана общая рекомендация: напряжение ЭО выше 27 В целесообразно применять для ЭО мощностью более 110 Вт.

Минимизация площади сечения провода ЭО й и

максимизация КЗАП связаны с тепловыми и конструктивными ограничениями.

Тепловые ограничения обусловлены исключением плавления материала изолирующей подложки и токонесущего провода. В условиях вакуума и при умеренной температуре считается, что вся выделяемая тепловая мощность ЭО передается на обогреваемую поверхность. В этом случае для заданного термического сопротивления изолирующей подложки ЯП и допустимого значения перепада температур между лентой и сотопанелью АТП, существует ограничение на плотность мощности

ДТ

Rn

(7)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Таблица 1

№ п/п Наименование pnp, Ом-мм^м Ynp > кг|л р п

1 Медь 0,0178 (З) 8,9 0,002 (З)

2 Ллюминий 0,0287 (4) 2,71 0,10б (2)

3 Вольфрам 0,0ЗЗ (3) 19,1 0,003 (4)

4 Костантан 0,З (2) 8,9 0,0Зб (3)

З Нихром 1,12 (1) 8,4 0,133 (1)

1. ) i к

Ьтр Ьсп ,,

С I

0- ) У г

*———►

ЬгВ

0==Е

аП

I—г

. аП

а б в

Схематичное размещение провода электрообогревателя а - вокруг трубопровода; б - на цилиндрической поверхности газовода; в - на плоской поверхности сотопанели

Конструктивные ограничения, а также величина предельной плотности мощности ЭО зависят от назначения, места размещения и условий эксплуатации ЭО, формы обогреваемой поверхности: плоская или цилиндрическая и типа используемого токонесущего провода: проволочный или пленочный. Рассмотрим наиболее характерные типы ЭО, применяемые на КА информационного обеспечения: для обогрева трубопроводов ДУ, газа гермоконтейнера, сотопанелей с приборами негерметичного приборного отсека (см. рисунок) [1].

Электрообогреватели трубопроводов ДУ предназначены поддерживать узкий диапазон температур (10...25 °С) рабочего тела (гидразина) в трубопроводе. Электрообогреватели устанавливаются на участках трубопровода, находящихся вне приборного отсека КА, поэтому они дополнительно закрываются теплоизоляцией для уменьшения утечки тепла в окружающее внешнее космическое пространство.

В этом случае применять проволочный токонесущий провод в ЭО допустимо из условия теплопередачи, что приводит к упрощению технологии его сборки: провод наматывается в один слой через электроизолятор на наружную цилиндрическую поверхность трубопровода. При этом резервный ЭО формируется наматыванием провода через электроизолятор на основной ЭО. Такая конструктивная схема позволяет в экстремальных случаях включать одновременно оба комплекта ЭО. Плотность укладки провода, задаваемая как количество витков на единицу длины пь или

шаг между витками спирали ЬСП = 1/пь, регулируется для обеспечения требуемого значения плотности теплового потока.

Максимальное значение шага ограничено неравномерностью теплового потока, а минимальное - исключением электропробоя между витками. Величина плотности теплового потока, формируемая ЭО трубопровода, рассчитывается по формуле

Чь

Л * ЬТР • й^тр

л*й

(8)

ТР

где ЬТР - длина термостатируемой части трубопровода, м; йтр - наружный диаметр трубопровода, м; Чь - плотность теплового потока на единицу длины трубопровода, Вт/м.

Для заданной длины термостатируемой части трубопровода и его диаметра, выбранного типа провода и номинала напряжения определяются следующие параметры ЭО:

1

и2

V

л• йтр VI л** Чр • ^тр *Ьтр

^эо -п*Чр *йтр *ьтр ,

*>/(*

-1

1пр - ЬТР '

пь * йтр ) + 1 .

(9)

(10)

В связи с наличием ограничений по плотности укладки провода пь появляется ограничение на длину

термостатируемой части трубопровода, оцениваемой с помощью уравнения

Ь2 - ■

^тр -

и2

* Чр * йтр * *пь * йтр ) + 1

(11)

Величина теплового потока чр в формулах (8). (10) определяется из условия гарантированного поддержания температурного диапазона рабочего тела ДУ, и для гидразина (диапазон температур 10...25°С) составляет = 59.75 Вт/м2. Для этого

случая диапазон параметров ЭО трубопровода КА диаметром йтр = 6 мм при использовании провода,

выполненного из нихрома (Я = 15,85 Ом/м) для расчетных ограничений на пь представлен в табл. 2.

Информация табл. 2 может быть использована для проектных оценок выбираемой длины трубопровода, удовлетворяющей ограничениям.

ь

СП

ь

ЭО

И

ЭО

ь

Таблица 2

Наименование др = 59 Ет/м2 (= 1,1 Ет/м) др = 75 Ет/м2 (= 1,4 Ет/м)

пь = 0,5 в/м пь = 3,5 в/м пь = 0,5 в/м пь = 3,5 в/м

Трр, м 5,5 2,5 4,9 2,2

Мэо , Ет 6,0 2,8 6,9 3,1

/эо , м 7,6 16,7 6,7 14,8

Последующий расчет параметров ЭО проводится по формулам (9)... (10) для известного значения длины трубопровода.

Электрообогреватели газа гермоконтейнера предназначены для поддержания заданного диапазона температур герметичного приборного отсека при минимальных тепловыделениях аппаратуры. Электрообогреватели устанавливаются в зонах цилиндрической части газовода, интенсивно обдуваемых газом. В этом случае применение проволочного токонесущего провода в ЭО допустимо по условию теплоотдачи в газовый контур и приводит к упрощению технологии сборки: провод наклеивается в один слой на поверхность газовода, являющегося электоизолятором, с равномерным шагом ЬСП укладки провода. Резервный ЭО формируется на рядом расположенной свободной поверхности газовода.

Плотность укладки провода, задаваемая шагом между витками спирали ЬСП, регулируется, обеспечивая требуемое значение плотности теплового потока. Для поддержания температуры газа гермоконтейнера в пределах 10.40 °С при интенсивной циркуляции газа в газоводе требуемое значение плотности теплового потока составляет = 140 Вт/м2.

Для заданной мощности ЭО и типа провода определяется его длина из уравнения (1):

=■

и2

^эо щ/

(12)

а для обеспечения требуемой величины теплового потока определяются площадь и геометрические размеры ЭО:

Р = N0

-'ЭО _

= ^ГЕ ■ ^ТЕ

^ГВ = /пр

Я,

> ьг

ІТ

■^сп

/пр = (ТСП + ^ГЕ ) ■ ПЕ = ^ГЕ +

ПЕ = ---------

ЬСП

^ГЕ ■ ^ГЕ

(13)

где ИГВ, Ьтъ - геометрические размеры ЭО, размещаемого на газоводе, м; пВ - количество витков провода (подбирается четное число).

Исходя из ограничения ЬГВ > ЬСП находим

ТСП.шт = 0,5 Ъо

1 - 1 -

4 ■ Я

ЭО

12

Я

ЭО

(14)

Дополнительно максимальное значение шага ЬСП ограничено неравномерностью теплового потока, а

минимальное-исключением электропробоя между витками.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Проведем оценку параметров ЭО, размещаемого на газоводе, со следующими требованиями по обеспечению теплового режима: ЫЭО = 10 Вт, = 140 Вт/м2,

и = 27 В и использующего провод из нихрома (Я1 = 15,85 Ом/м), укладываемого с шагом

ЬСП = 3.20 мм. Для этого величина шага ЬСП должна быть более 15,5 мм. Принимая величину шага ЬСП = 16 мм, получим следующие геометрические размеры ЭО:

- площадь ^Эо = 0,072 м2;

- габариты НТВ = 0,378 м, Ь[В = 0,189 м;

- длина провода I = 4,62 м.

Количество витков провода согласно формуле (13) составляет пВ = 11,8, которое должно принимать целочисленное значение пВ = 12. За счет округления необходимо уточнить величину длины провода I = 4,73 м и мощность ЭО ЖЭО = 9,76 Вт.

Электрообогреватели сотопанелей и приборов негерметичного приборного отсека предназначены для поддержания требуемой температуры сотопанели с приборами, а также непосредственно приборов, требующих особых условий поддержания температуры и обособленных от панели в тепловом отношении.

В электрообогревателях этого типа используется пленочный токонесущий провод в виде ленты (фольги), изготовленной из материала с большим удельным сопротивлением (константана), укладываемой на изолирующую подложку в виде змейки с организацией необходимых зазоров между лентами. В качестве изолирующей подложки в космической отрасли используется стеклоткань, а в более новых разработках -полиимидная пленка.

Оптимизация параметров этого типа ЭО заключается в минимизации его площади, которая достигается выбором соотношений между геометрическими размерами провода с учетом технологических и тепловых ограничений.

Технологические ограничения на ширину и зазор между лентами зависят от способа изготовления нагревателя. При ручном приклеивании ленточки технологические ограничения на минимальные геометрические размеры ленты, выполненные из константа-на следующие: ширина ап > а0 = 2 • 10 3 м, толщина ЬП > Ь0 = 12 • 10-6 м, а конструктивный зазор между лентами ЬСП > Ь0 = 2 • 10-3 м. Кроме того, ширина и длина ленты может принимать непрерывное значе-

ние, обеспечиваемое соответствующей нарезкой, а толщина принимает дискретное значение: 1210-6 м; 1810-6 м и т. д.

При изготовлении пленочных нагревателей путем травления дорожки из фольги константана или нихрома, нанесенной на полиимидную пленку, расстояние между дорожками может быть уменьшено до 0,127 мм.

Тепловое ограничение на характеристики пленочного ЭО обусловлено исключением плавления материала изолирующей подложки и токонесущего провода, которое соответствует температуре выше 100 °С. Перепад температуры между нагревателем и панелью обусловлен термическим сопротивлением изолирующей подложки ЯП, которое представляется в виде суммы термических сопротивлений клеевого слоя между ленточкой и электроизолирующей подложкой, электроизолирующей подложки и клеевого слоя между нагревателем и панелью:

ЯП =

Л

кл1

кл2

(15)

N.

ЭО

^ОР

пр

Я.

(16)

- пр ^ ^пиП

где аП , ЬП - ширина и толщина ленты, м.

Мощность пленочного ЭО определяется по формуле (1) подстановкой значения £ = аП • ЬП :

Nэo =

и аПЬП

(17)

Рпр/пр

Геометрические размеры ЭО вычисляются по следующим формулам:

/тал

! ЭО = "ЭО ■ ТЭО _

К.

/пр = ("эО + ТСП ) ■ ПЕ = ТЭО

ЗАП

"эо + ТСП .

аП + ТСП

КЗАП =

/ а 1 + ЬсП/и

/пр ■ аП _ /"эо

Я,

1+ІСП/

(19)

(20)

где ИЭО , ЬЭО - геометрические размеры пленочного ЭО, м; КЗАП - коэффициент заполнения; пВ - число

витков провода, пЕ =

ъкл1 из кл 2 у

где 5кл1 , 5из, 5кл2 - толщина электроизолятора и клеевых слоев, Хкл1 , Хиз, Хкл2 - теплопроводность электроизолятора и клеевых слоев.

Использование в качестве подложки ЭО стеклоткани толщиной 5 = 0,3 мм (X = 0,2 Вт/м-К) и клеевых слоев толщиной 5 = 0,1 мм (Х= 0,2 Вт/м-К) создает термическое сопротивление ЯП = 2,5 10- 3 м2-К/Вт.

При установке нагревателя на внутреннюю обшивку радиационной сотопанели, не оснащенную тепловыми трубами, для исключения нагрева поверхности сотопанели выше температуры 100 °С необходимо учитывать перепад температур в сотопанели до радиатора или обогреваемого прибора (30.50 °С). В результате предельная плотность теплового потока от ЭО дП = 12 000 Вт/м2.

При установке на сотопанель тепловых труб, ограничение по тепловому потоку определяется возможностями тепловых труб воспринимать тепло без возникновения кризиса кипения теплоносителя (аммиака) в ее капиллярных канавках. В зависимости от диаметра тепловой трубы ограничение составляет порядка дП = 80 000 Вт/м2. При наличии основной и запасной трубы это ограничение уменьшается вдвое и составляет дП = 40 000 Вт/м2 (для обеспечения работоспособности при отказе одной из тепловых труб).

При установке нагревателя на прибор ограничения обусловлены требуемой равномерностью температурного поля прибора, доступными местами для установки нагревателей и определяются с помощью тепловой математической модели прибора.

В формализованном виде тепловое ограничение на характеристики пленочного ЭО представляется как неравенство

аП ■ ТСП

Рассчитаем геометрические параметры ЭО по формулам (18)...(20) с учетом тепловых и конструктивных ограничений.

Е начале определим значение мощности ЭО при которой достигается предельная плотность теплового потока:

и 2 а02ь0

(21)

Так, предельное значение мощности ЭО для ленты, выполненной из константана (рЭО = 0,48 10-6 Ом-м) и принятых значениях а0, Ь0 равно ЖПР = 29,6 Вт (и = 27 В) и ЖПР = 109,6 Вт (и = 100 В).

Если ЩО > ЖПР , то для заданного NЭО находим с помощью уравнения (16) поверхностную плотность омического сопротивления:

я

пр

и2

т г 2 7 \т2 ■ дП :

Япр аП ■ ЬП -^О

(22)

В этом случае, принимая известными значения параметров ЖзО, и , Я8, рпр, ЬП, определяем ширину

ленты по формуле (21):

N

ЭО

пр

пр

и \ЬП ■ дП \ЯЯ ■ ЬП

и ее длину / по формуле (17):

/ = и ■ ап ■ ЬП

45 Рпр ■ N

(23)

(24)

пр 1?ЭО

а затем для известного значения ЬСП и одного из габаритных размеров ЭО вычисляем другой габаритный размер ЭО - площадь ^ЭО и коэффициент заполнения К:

аП + Тсп " = (а + т ) - т (25)

^ЭО _‘пр " + т > "ЭО _ т *.“П ^^СП^ ^СП •

"эо + ТСП ТЭО

пр

П

витков с некоторым завышением мощности ЭО. Применение ЭО увеличенной мощности допустимо, так как ЭО, как правило, работает в скважном режиме, организуемом контуром управления по показаниям датчиков температуры.

Итак, проведен анализ различного типа электрообогревателей космического аппарата и для каждого из них составлена математическая модель расчета параметров при наличии конструктивных и тепловых ограничений.

Разработана методика выбора параметров электрообогревателей по критериям, зависящим от вида ограничений и обеспечивающих заданную плотность теплового потока.

Представлены результаты расчета параметров электрообогревателей космического аппарата информационного обеспечения и сформулированы рекомендации по их выбору в условиях неопределенности факторов эксплуатации.

Библиографические ссылки

1. Чеботарев В. Е. Проектирование космических аппаратов систем информационного обеспечения : учеб. пособие. В 2 кн. Кн. 2. Внутреннее проектирование космического аппарата ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2006.

2. Кухлинг Х. Справочник по физике : пер. с нем. М. : Мир, 1982.

Таблица З

т m О 20 30 60 70 70 110 110 160 180 240 240

U , В 27 27 27 27 100 27 100 100 100 100 100

bn, мм 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,018

ап , мм 2 2,03 4,06 4,73 2 7,44 2,01 2,92 3,29 4,38 3,58

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Тсп , мм 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

1пр , м 1,8225 1,23 1,23 1,23 7,14 1,23 4,56 4,56 4,56 4,56 5,585

^ЗАП 0,512 0,519 0,685 0,719 0,506 0,805 0,509 0,601 0,63 0,695 0,649

г-> 2 F3O , м 0,007 0,005 0,007 0,008 0,028 0,012 0,018 0,022 0,024 0,029 0,031

q^ , Вт/м2 5468 12015 12015 12032 4902 12022 12001 12016 12009 12016 12010

Чэо , Вт/м2 2810 6233 8234 8651 2480 9167 6109 7224 7563 8348 7796

пВ 22 18 14 14 42 12 34 30 30 26 32

V. E. Chebotarev, V. D. Zvonar, R. F. Fatkulin, G. B. Dmitriev

TECHNIQUE FOR CALCULATION AND SELECTION OF SPACECRAFT ELECTRIC HEATERS PARAMETERS UNDER UNCERTAINTY CONDITIONS

The authors present analysis of different electrical heaters of spacecraft. Taking into account design and heat limitations, the mathematical models are presented for each of them. Technique for selection of heater parameters, based on limitations dependent criteria and providing for specified heat-flux density, is developed. The obtained calculation data of spacecraft heaters are presented and recommendations on choice of their parameters under uncertainty conditions are formulated.

Keywords: spacecraft, electric heater, mathematic model.

© Чеботарев В. Е., Звонарь В. Д., Фаткулин Р. Ф., Дмитриев Г. В., 2012

При этом подбирается четное число витков провода. Для квадратной формы ЭО его габаритные размеры определяют путем решения квадратного уравнения

^О _ ТЭО _ 0, 5 ■ тсп x М----------------Т--------------л Л

1 + 4 ■ 1эо

1 ,а Т L

СП ТСП

-1

(26)

Если ЫЭО < ЖПР , то параметры ЭО в условиях ограничений рассчитываем с помощью уравнений (18)...(25), подставив в них минимальные значения

а0 , ь0, V

Расчетные значения параметров ЭО с учетом ограничений, принятых на КА информационного обеспечения, приведены в табл. 3.

Анализ данных табл. 3 позволяет сформулировать следующие рекомендации:

1) напряжение 100 В целесообразно применять для мощности ЭО более 110 Вт;

2) увеличение толщины ленты провода увеличивает площадь ЭО;

3) ширину зазора между лентами необходимо минимизировать, чтобы не увеличивать площадь ЭО.

При использовании разработанной модели для расчета проектных параметров ЭО в условиях неопределенности факторов эксплуатации (наличие диапазона по напряжению, дискретности геометрических размеров) рекомендуется реализовывать четное число

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.