Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Особенности систем обеспечения теплового режима криогенных емкостей КА.




Применение криогенных жидкостей в качестве компонентов топлива, а также использование их на борту для системы энергопитания и жизнеобеспечения ставит ряд проблем по обеспечению теплового режима КА, который зависит от теплообмена КА с окружающей средой, а также от теплообмена емкостей с криогенными компонентами с другими аппарата.

Криогенные жидкости имеют относительно небольшой рабочий интервал температур и давлений. Их хранение на борту на всех стадиях эксплуатации КА, особенно в условиях космического полета требует преодоления технических трудностей, определяемых низкой температурой, малыми теплоемкостями и теплотой фазового перехода, неизбежными притоками тепла к емкостям с криогенными компонентами и значительными временами функционирования КА, что характерно для рассматриваемых в настоящее время космических программ.

Выбор параметров криогенных отсеков невозможен без знаний о нестационарных тепломассообменных процессах, происходящих в баках. Для этого рассмотрим основные факторы, влияющие на тепловой режим топливного отсека, и методы его определения на различных участках функционирования.

Рассмотрим основные режимы эксплуатации КА и дадим характеристику тепломассообменных процессов и факторов, воздействующих на параметры теплоизоляции баков, рост давления и распределения температуры в системе.

На практике условия функционирования криогенных отсеков оказывают определяющее влияние на выбор конструктивно-компановочной схемы бака, параметры и конструктивные решения тепловой защиты. Можно выделить следующие четыре основных режима функционирования баков с криогенными компонентами: нахождение на стартовой позиции, участок выведения в космос, пассивный полет на орбите искусственного спутника Земли, активные участки при полете в космическом пространстве.

На стартовой позиции общий теплоприток к бакам КА с криогенными компонентами складывается из конвективных тепловых потоков от окружающей среды, потоков тепла за счет теплопроводности от элементов конструкции стартового устройства и элементов самого КА, а также лучистых потоков от Солнца, поверхности Земли, элементов стартового устройства и и элементов конструкции КА. Кроме этого, могут быть и тепловые потоки, определяемые фазовыми переходами компонентов атмосферы на оболочке КА.

После заправки баков криогенными компонентами необходим период их выдержки, так как в противном случае нестационарные процессы охлаждения бака, изоляции и тепловых мостов будут происходить в полете, а аккумулированное в конструкции тепло (до заправки) вызовет дополнительный нагрев. В процессе выдержки и проведения предстартовых работ происходит некоторое выкипание компонента, поэтому производится подпитка баков для компенсации выкипания.

Характерное время для операции с криогенными компонентами на стартовой позиции составляет несколько часов. В процессе неизбежного нагрева криогенного топлива в баке происходят нестационарные процессы тепломассопереноса в теплоизоляции, в жидкой и газовой фазах в баке. На стенках бака возникает тонкий пограничный слой, который выносит прогретый слой жидкости к поверхности раздела фаз. Это приводит к испарению части компонента топлива, повышению давления в газовой подушке. В теплоизоляции бака, для повышения ее эффективности, еще до заправки на стартовой позиции доложен быть удален воздух, поскольку при его конденсации на холодной поверхности теплопритоки к криогенной жидкости возрастают. В дальнейшем при нахождении заправленного изделия на стартовой позиции и при взлете должно быть исключено попадание воздуха и паров криопродуктов в теплоизоляцию. Для этих целей предназначена система наддува, осушки и вентиляции изоляции, состоящая из гермооболочки, баллонов инертных газов для заполнения и продувки полости изоляции, арматуры для подачи и вывода газов, а также клапанов для сброса давления газов в случае нерасчетного перепада давления на оболочке. Для заполнения, просушки и продувки теплоизоляции баков с жидким кислородом и водородом используются гелий и азот. При продувке азотом на стенку водородного бака необходимо нанести подслой пенистой изоляции, температура внешней поверхности которой не должна быть ниже 77 .

На участке выведения КА в космос к поверхности криогенных баков подводятся главным образом конвективные тепловые потоки, зависящие от скорости и высоты полета. Кроме того к криогенным компонентам при работающем двигателе подводятся тепловые потоки от газов наддува. Если используются баки с совмещенными днищами, большие тепловые потоки могут подводиться к жидкости со дна (для верхнего бака) за счет горячего наддува нижнего бака.

Два следующих режима соответствуют полету КА в космическом пространстве. На участке выведения газ, заполняющий полость теплоизоляции, частично удаляется в окружающее пространство. Процесс вакуумирования теплоизоляции продолжается на орбите в течении нескольких часов. По мере вакуумирования уменьшается плотность теплового потока, поступающего в бак через теплоизоляцию. При проектировочных расчетах долю тепла, поступающего в бак на участке выведения и до момента выхода характеристик теплоизоляции на значения, соответствующие ее характеристикам в вакууме, принимают равной количеству тепла, поступающего в бак на орбите в течении 2,5 - 3,5 суток.

Для сохранения криогенных компонентов топлива в жидком состоянии в течении всего полета КА применяют несколько видов термостатирования одновременно или один, наиболее эффективный из них. C анализом эффективности различных видов систем термостатирования можно ознакомиться в ряде работ [6,12,14]. Обычно сравниваются системы термостатирования, использующих теплоизоляцию, переохлаждение, ожижительные и холодильные установки и т.д.







Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 700. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2021 год . (0.002 сек.) русская версия | украинская версия