CC BY
20Решетневскуе чтения. 2014
DESIGN FEATURES OF LARGE-SCALE INFLATABLE SOLIDIFIED SOLAR ENERGY CONCENTRATORS
V. V. Leonov
Bauman Moscow State Technical University 5, 2-ya Baumanskaya str., Moscow, 105005, Russian Federation. Е-mail: [email protected]
There are a brief review of the design features of large-sized inflatable solidified mirror concentrating systems and a mathematical model that allows to define their characteristics presented.
Keywords: mirror concentrating system, inflatable solidified constructions, radiation.
Создание высокотемпературных солнечных энергоустановок большой мощности для космических аппаратов требует разработки зеркальных концентрирующих систем (ЗКС), размеры которых превышают габариты транспортных отсеков существующих ракет-носителей. Одним из перспективных способов создания таких систем является применение надувных отверждаемых конструкций, обладающих достаточно высокой точностью и надёжностью, а также малой массой и объёмом в транспортном положении.
Экспериментальное определение радиационных характеристик крупногабаритных надувных ЗКС требует проведения сложных экспериментов, имеющих значительные ограничения на интерпретацию результатов, а также ограничения, накладываемые из-за габаритов и относительно низкой жёсткости конструкции. Поэтому особый интерес представляет разработка математических моделей, позволяющих рассчитывать характеристики сложных ЗКС с учётом влияния
условий эксплуатации, конструктивных особенностей, деформаций, шероховатости и других дефектов поверхности.
В связи с этим была начата и ведётся разработка и реализация в программном комплексе математической модели, позволяющей определять основные характеристики ЗКС с учетом влияния перечисленных выше факторов. Определение раскройной формы концентратора и моделирование поведения элементов его конструкции до отверждения проводится на основе технической теории мягких оболочек. После отверждения модель строится на основе теории тонкостенных оболочек с применением метода конечных элементов. Модель радиационного теплообмена построена на основе методов Монте-Карло и «пучковой» модели излучения.
© Леонов В. В., 2014
УДК 629.09:629.78
СНИЖЕНИЕ МАССЫ ГИДРОТРАКТА СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ЗА СЧЁТ ПРИМЕНЕНИЯ РАСШИРЕННОГО РЯДА
ЭЛЕКТРОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ
А. А. Логанов
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Проанализированы возможности снижения массы трубопроводов жидкостной системы терморегулирования космических аппаратов связи. Выявлены технические факторы, препятствующие снижению массы трубопроводов. Предложено в качестве одного из возможных решений применение двухступенчатых электронасосных агрегатов. Реализация такого решения не потребует разработки принципиально новых электродвигателей для электрнасосных агрегатов.
Ключевые слова: активный жидкостный контур, система терморегулирования, двухступенчатый насос.
DECREASE IN WEIGHT OF A HYDROPATH OF SPACECRAFTS THERMAL CONTROL SYSTEM AT THE EXPENSE OF APPLICATION OF AN EXPANDED NUMBER OF ELECTROPUMP UNITS
A. A. Loganov
JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
Possibilities to decrease in weight of thermal control system mechanically pumped loop of telecommunication spacecrafts are analysed. The technical factors interfering with decrease in weight of pipelines are revealed. Use of two-stage electropump units is proposed as one ofpossible decisions. Implementation of such decision will not demand development of essentially new electric motors for electropump units.
Keywords: mechanically pumped loop, thermal control system, two-stage pump.
Одним из основных путей повышение эффективности использования космических аппаратов (КА) является снижение их массы. В системе терморегулирования (СТР) КА основная часть массы сосредоточена в трубопроводах и в находящемся в них теплоносителе. Снизить массу трубопроводов можно за счёт уменьшения их проходного сечения. Так, при применении вместо профиля с внутренним диаметром 16 мм профиля диаметром 12 мм масса погонного метра трубопровода с теплоносителем снижается на 0,19 кг, при этом масса теплоносителя снижается в 1,75 раза. С уменьшением суммарной вместимости гидротракта СТР уменьшается и величина компенсируемого объема, а вместе с ней - масса гидроаккумулятора. В соответствии с [1], коэффициент теплоотдачи а при турбулентном потоке прямо пропорционален ю0,8 и где ю - скорость потока, м/с. Следовательно, с учётом уменьшения площади поверхности трубопровода при сохранении объёмного расхода отводимая с погонного метра активного участка гидротракта СТР тепловая мощность увеличится в 1,24 раза.
Увеличение скорости потока сопровождается увеличением гидравлического сопротивления, поэтому возникает необходимость увеличения перепада давления ДР, обеспечиваемого электронасосным агрегатом (ЭНА). В настоящее время отсутствует ряд ЭНА с достаточно широким диапазоном значений перепада давления. Это вызвано тем, что в распоряжении разработчиков ЭНА имеется один бесконтактный электродвигатель (ЭД) с «мокрым» ротором, с выходной
мощностью 25 Вт, ещё один ЭД такого типа с выходной мощностью 40 Вт находится в разработке.
Выходом из данного затруднения является создание под каждый ЭД двух вариантов ЭНА - одноступенчатого и двухступенчатого. При этом масса конструкции двухступенчатого варианта ЭНА увеличится по сравнению с массой одноступенчатого под тот же ЭД примерно на 0,7 кг. К настоящему времени проблема проектного расчёта ЭНА на основе центробежного насоса под теплоноситель ЛЗ-ТК-2 (98 % изоок-тан) успешно разрешена [2].
В результате под ЭД с выходной мощностью 25 Вт и 40 Вт должно получиться 3 новых варианта в дополнение к имеющемуся 727М.1142-0 со следующими характеристиками:
Перепад давления 0,61 кгс/см2.
Объёмный расход 140 см3/с
Частота вращения ЭД 5900 мин-1.
Масса 3,8 кг.
Резервный насос с обратным клапаном.
Расчётные параметры новых вариантов ЭНА при выходной мощности ЭД в 90 % от номинального значения приведены в таблице ниже.
В результате получается с применением всего двух ЭД закрыть диапазон перепадов давления от 0,61 до 1,3 кгс/см2. Снижение массы трубопроводов жидкостной СТР существующих типов КА связи составит от 5 до 8 кг для одного контура, без учёта снижения массы компенсатора объёма (гидроаккумулятора).
Проектные характеристики ряда вариантов ЭНА
Выходная мощность ЭД, Вт Вариант ЭНА Перепад давления АР, кгс/см2 Объёмный расход, см3/с Диаметр рабочего колеса, м Частота вращения, мин-1 Масса, кг
25 двухступенчатый 0,88 150 0,036 6 5 900 4,5
40 одноступенчатый 0,98 150 0,050 6 5 900 4,1
40 двухступенчатый 1,3 150 0,043 5 900 4,6
Библиографические ссылки
1. Карминский В. Д. Техническая термодинамика и теплопередача. М. : Маршрут. 224 с.
2. Логанов А. А., Ямашев Э. М. Моделирование характеристик насосов системы терморегулирования // Изв. вузов. Приборостроение. 2011. Т. 54. № 4. С. 24-28.
References
1. Karminsky V. D. Tekhnicheskaya termodinamika (Technical thermodynamics and heat transfer). M. : Marshrout (Route). 224 p.
2. Loganov A. A., Yamashev E. M. Modelirovanie kharakteristik nasosov system termoregulirovaniya (Modelling of characteristics of thermal control system pumps). Izv. vouzov. Priborostroyenie. 2011. T. 54, no. 4, p. 24-28.
© .HoraHOB A. A., 2014
