Моделирование рабочего процесса системы терморегулирования космического аппарата Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательныхаппаратов

модель и выполнить ее анализ. Представление моделей реальных термодинамических циклов позволяет выполнить комплексный анализ эксергетической эффективности и предложить пути ее повышения.

Библиографические ссылки

1. Бродянский В. М. Эксергетический метод и его приложения. М. : Энергоатомиздат, 1988. 288 с.

2. Бродянский В. М. Эксергетические расчеты технических систем. Киев : Наук. думка, 1991. 360 с.

3. Горбачев М. В. Оценка эффективности цикла воздушно-холодильной машины в составе авиационной СКВ с помощью «метода циклов» // Научный вестник НГТУ. 2011. № 1 (42). С. 105-116.

4. Горбачев М. В. Эксергетический анализ действительных циклов авиационной СКВ // Научный вестник НГТУ. 2011. № 4 (45). С. 69-80.

5. Дьяченко Ю. В., Горбачев М. В., Пащенко Н. И. Термодинамика циклов авиационных систем кондиционирования воздуха : монография. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2011. 240 с.

References

1. Brodyansky V. M. Exergeticheskyi metod i ego prilozeniya. M. : Enrgoatomizdat, 1988. 288 p.

2. Brodyansky V. M. Exergeticheskie raschety tehnicheskih sistem. Kiev : Nauk. dumka, 1991. 360 p.

3. Gorbachev M. V. Ocenka effectivnosti cikla voz-dyschno-holodilnoi maschini v sostave aviacionnoi CKV s pomoschu "metoda ciclov" // Nauchnyi vestnik NGTU. 2011. № 1 (42). P. 105-116.

4. Gorbachev M. V. Exergeticheskyi analiz deistvitel-nyh ciklov aviacionnoi CKV // Nauchnyi vestnik NGTU. 2011. № 4 (45). P. 69-80.

5. Dyachenko Yu. V., Gorbachev M. V., Paschen-ko N. I. Termodinamika ciklov aviacionnyh system kondicionirovaniya vozdyha: monografiya. Novosibirsk : Izdatelstvo NGTU, 2011. 240 p.

© Горбачев М. В., Иванова А. П., 2013

УДК 629.7

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ

КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

А. В. Делков, А. А. Ходенков, Ф. В. Танасиенко, А. А. Кишкин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: [email protected]

Рассматривается моделирование тепловых и гидравлических процессов в контуре активной системы терморегулирования космического аппарата. Описывается процесс построения математической модели контура. Приводятся результаты расчетов по модели.

Ключевые слова: система терморегулирования, математическая модель.

SIMULATION OF THE THERMAL CONTROL SYSTEM OPERATING PROCEDURE

OF SPACECRAFT

A. V. Delkov, A. A. Hodenkov, F. V. Tanasienko, A. A. Kishkin

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: [email protected]

The paper considers modeling of thermal and hydraulic processes in the circuit of active thermal control system of the spacecraft. The process of a mathematical model constructing of the circuit is described. The results of model calculations are provided.

Keywords: thermal control system, mathematical model.

Разрабатываемые системы терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА) систем связи осуществляют переброс тепла с поглощающей радиационной панели на излучающую гидравлической тепловой связью, использующей теплоемкостный механизм, что существенно увеличивает массу КА за счет массы жидкого хладагента в контуре. Использование фазового перехода современных пассивных тепловых труб, основанных на капиллярном эффекте, имеет ограничения по мощности теплосъема.

При растущих мощностях КА целесообразно применение двухфазной СТР с активной насосной подачей компонентов (рис. 1).

Вследствие переменных нагрузок данная система является динамической с изменяющимися в рабочем процессе параметрами. Для получения ее характеристик с учетом всех особенностей необходим эмулятор, основанный на математической модели. Для данной системы была построена математическая модель, которая включает в себя отдельные системы уравне-

Решетневскуе чтения. 2013

ний базовых элементов структурно-функциональной модели и системообразующие уравнения, отражающие взаимосвязи элементов на основе уравнений сохранения: количества движения (интеграл Бернулли), массы (уравнение неразрывности), энергии (уравнение энергии в термодинамических параметрах) и уравнение состояния (поверхность состояния) [1].

и с т о ц ни к тепла

НС

и с

КД

, Др

с т о к

" е п л а

Рис. 1. Структурная схема двухфазной СТР: нс - насос; ис - испаритель; кд - конденсатор; др - дроссель; стрелкой обозначено направление потоков вещества и энергии

Конкретизация системы уравнений осуществляется условиями однозначности:

- геометрические параметры элементов по внешним и внутренним границам;

- физические условия (тип рабочего тела, вязкость, теплопроводность, теплоемкость);

- граничные условия по температуре, давлению и скорости;

- начальные условия (при нестационарном процессе).

Системообразующие уравнения в специальной литературе по моделированию технических систем названы топологическими и определяются для теплоэнергетических систем с массовым потоком материальным и энергетическим балансом. Уравнения элементов системы получили название компонентных [2].

На основе математической модели СТР КА был построен расчетный алгоритм, позволяющий получать различные характеристики системы при изменении управляющих параметров. Влияние расхода рабочего тела на температуры испарения и конденсации приведено на рис. 2.

Рис. 2. Влияние расхода рабочего тела на температуры испарения и конденсации

Разработанная модель является приближением к реально существующим СТР КА. Планируется ее доработка с учетом существующих систем. На основе подобных моделей возможна разработка эффективного инструмента проектирования и оптимизации.

Библиографические ссылки

1. Бобков С. П., Бытев Д. О. Моделирование систем : учеб. пособие / Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, 2008. 156 с.

2. Попырин Л. С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М. : Энергия, 1978. 416 с.

References

1. Bobkov S. P. Modelirovanie sistem (Simulation of systems), Ivanovo State University of Chemistry and Technology. Ivanovo, 2008, 156 p.

2. Popyrin L. S. Modelirovanie i optimizacija teplojenergeticheskih ustanovok (Mathematical modeling and optimization of thermal power plants). Moscow, Energiya, 1978, 416 p.

© Делков А. В., Ходенков А. А., Танасиенко Ф. В.,

Кишкин А. А., 2013

УДК 629.7.036.7.001.2(082)

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

А. А. Ерисов, А. В. Евтух, А. С. Крылов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: [email protected]

Для изучения дальнего космоса химические ракетные двигатели исчерпали свой потенциал, их место готовы занять электрореактивные двигательные установки. Рассмотрены перспективные направления развития электрореактивных двигателей.

Ключевые слова: двигательные установки, энергоэффективность, электрореактивные двигательные установки, удельный импульс, полезный груз.