Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов. Рубрика в журнале - Космическая техника и технологии
Автоматизация контроля плоскостности панелей солнечных батарей
Статья научная
В статье рассмотрены возможности нового специализированного программно -измерительного комплекса для контроля плоскостности панелей солнечных батарей (СБ) изделий ракетно-космической техники. Приведены технические характеристики и особенности работы. Приведены особенности измерения плоскостности панелей СБ. Сформулированы данные допустимых отклонений от плоскостности для панелей СБ научно-энергетического модуля, предназначенного для работы в составе Международной космической станции. Разработан состав измерительного комплекса. Подробно рассмотрен визуальный подход построения планов для методик поверки и методик измерения, основанный на визуальных компонентах. Рассмотрены элементы, из которых строятся планы измерения. Приведены образцы планов для методик поверки, методик измерения плоскостности лицевой и тыльной поверхностей панелей. Указаны основные требования к обработке результатов измерений, которые сохранены для совместимости со старым, ручным подходом к измерениям. Приведены основные алгоритмы обработки измерений для вычисления общей и локальной неплоскостностей панелей.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты проектно-расчётных работ по возможности использования в космических жидкостных ракетных двигательных установках инерционного осаждения жидкого топлива в баках и сепарации из него газовых включений после полёта в условиях невесомости центробежных ускорений в жидкости, возникающих при выполнении орбитальным блоком программного сепарирующего разворота, предлагаемого автором. Показано, что обеспечение осаждения топлива и сепарации содержащихся в нём газовых включений с помощью сепарирующего разворота позволяет существенно снизить расход топлива двигательных установок стабилизации, ориентации и запуска маршевого двигателя, обеспечивающих перед запуском необходимую кондицию топлива в части его газосодержания на входе в двигатель.
Бесплатно
Статья научная
От используемых в настоящее время верхних ракетных ступеней космического назначения и разгонных блоков, работающих на компонентах жидкий кислород - керосин требуется обеспечение максимальной массы полезной нагрузки космических аппаратов, выводимой как на геопереходные, так и на геостационарные орбиты. Одним из возможных путей решения данной задачи мог бы явиться переход на синтетическое углеводородное горючее или углеводородное горючее двухкомпонентного состава, которое могло бы позволить поднять пустотный удельный импульс тяги маршевого ракетного двигателя и увеличить выводимую массу космических аппаратов. В данной статье проанализированы энергетические возможности различных углеводородных горючих, в т. ч. и энергоемких, для жидкостных космических ракетных ступеней и разгонных блоков, и описаны результаты исследования формирования оптимальных двухкомпонентных составов углеводородных горючих по критерию «удельный импульс тяги двигателя». Для проведения расширенного поиска также была проведена оценка использования авиационных горючих в ракетной технике.
Бесплатно
Статья научная
Предложен подход к выполнению вероятностных оценок массовых характеристик перспективных энергетических и двигательных установок для транспортных и транспортно-энергетических космических аппаратов, учитывающий влияние на процесс их создания случайных факторов. В основе подхода лежит метод экспертных оценок, предполагающий статистическую обработку результатов опроса. Обосновано использование усеченного нормального закона распределения для оценок масс энергетических и двигательных установок заданного уровня мощности. Представлены вероятностные оценки массовых характеристик одно- и двухрежимных термоэмиссионных космических ядерных энергетических установок для различных уровней мощности. Оценки выполнены на основе статистического анализа результатов опроса восьми экспертов. Получены аппроксимационные зависимости минимальных, максимальных и наиболее вероятных значений массы космических ядерных энергетических установок указанных типов от проектной мощности.
Бесплатно
Статья научная
Проведен проектно-баллистический анализ влияния параметров эллиптических орбит базирования многоразового межорбитального буксира на основе ядерной энергоустановки и электроракетной двигательной установки мегаваттного класса на безопасность и эффективность его применения в программе обеспечения больших гру зо -потоков на геостационарную и окололунную орбиты. Показано, что в сравнении с вариантом традиционно рассматриваемой круговой радиационно безопасной орбиты высотой Н = 800 км использование высокоэллиптических орбит базирования позволяет сни- зить примерно на два порядка длительность пребывания в единичном рейсе как самого буксира, так и выводимого полезного груза в зоне интенсивного загрязнения техногенным космическим «мусором». При этом может быть существенно увеличена суммарная масса грузов, доставляемых буксиром на целевую орбиту за его жизненный цикл, а также снижен в несколько раз расход ксенона на единицу массы доставляемого полезного груза.
Бесплатно
Статья научная
Применительно к созданию транспортно-энергетического модуля для электроракетной доставки и последующего длительного энергоснабжения энергоемкой функциональной аппаратуры космического аппарата приведены результаты концептуально-проектных исследований возможности использования комбинированной двухрежимной ядерно-энергетической установки с термоэмиссионным реактором-преобразователем и термоэлектрохимическим генератором. Возможность использования термоэлектрохимического преобразователя (ТЭХП) для выработки электроэнергии определяется тем, что температура горячей зоны ТЭХП попадает в область температур литиевой системы охлаждения высокотемпературной ядерно-энергетической установки по литий-ниобиевой технологии для межорбитального буксира «Геркулес». Показана целесообразность использования части теплоизлучающей поверхности системы охлаждения установки для размещения на ней элементов ТЭХП. В термоэмиссионном реакторе выделяется зона бустерных тепловыделяющих элементов, охлаждаемых литиевым теплоносителем. На тепловых трубах системы теплосброса устанавливаются элементы ТЭХП с верхней температурой термодинамического цикла порядка 1200 К и нижней - 500-550 К. В качестве рабочего тела ТЭХП используется натрий, основной конструкционный материал - ниобиевый сплав НбЦУ, твердый электролит - β-Al2O3. Перечисленные материалы обладают комплексом свойств, позволяющих создать высокоэффективный ТЭХП, работающий в заданном температурном диапазоне. Приведены характеристики элемента и всего генератора электрической мощностью 30 кВт.
Бесплатно
Статья научная
В статье изложена роль средств и методов измерения быстроменяющихся параметров (вибраций, перемещений, акустического шума и пр.) для оценки работоспособности быстровращающихся турбокомпрессоров-генераторов, используемых в составе турбомашинных систем преобразования энергии. Приведены основные подходы к организации измерений быстроменяющихся параметров турбокомпрессоров-генераторов при их испытаниях. Даны сведения по составу и характеристикам аппаратуры контроля быстроменяющихся параметров и программного обеспечения, используемых в АО ГНЦ «Центр Келдыша» при проведении испытаний турбокомпрессоров-генераторов. Даны примеры настройки аппаратуры, обработки результатов испытаний и их последующего анализа.
Бесплатно
Статья научная
Представлена схема размещения системы электроснабжения (СЭС) возвращаемого аппарата (ВА) пилотируемого транспортного корабля (ПТК) на основе одноразовых батарей и автономных одноразовых источников тока, специализированных для обеспечения электрических импульсных нагрузок ВА ПТК при спуске. Рассмотрены особенности данной схемы. Представлен вариант схемы размещения СЭС ВА ПТК c гибридными накопителями электрической энергии на основе литий-ионной аккумуляторной батареи и блоков суперконденсаторов (БСК) в едином корпусе. Представлен вариант схемы размещения СЭС ВА ПТК с литий-ионными аккумуляторными батареями для обеспечения бортовых стационарных нагрузок и кабель-вставками на основе суперконденсаторов для обеспечения импульсных нагрузок (инициация пиросредств двигателей мягкой посадки ВА ПТК). Разработана принципиальная схема устройства кабель-вставки с блоком суперконденсаторов (БСК-кабель-вставка), согласно которой для уточнения ее электрических параметров с учетом максимальных требований по импульсной нагрузке ВА в MATLAB/Simulink была синтезирована имитационная математическая модель БСК-кабель-вставки, и проведена серия симуляций. Представлены результаты моделирования, сделаны выводы о целесообразности применения данного устройства.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье представлены результаты проведенных исследований антикавитационных характеристик агрегатов подачи перспективных кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей при работе на кипящем водороде. Приводится описание алгоритма проведения циклических кавитационных испытаний бустерных турбонасосных агрегатов. Представлена схема созданной в АО КБХА экспериментальной установки. Испытаниям установки предшествовала длительная расчетная работа, включавшая в себя профилирование новых вариантов оседиагональных колес, CFD-моделирование течения для оценки эффективности предлагаемых профилировок, построение нестационарной математической модели и написание программного обеспечения, позволяющего моделировать работу установки. Программное обеспечение позволило провести оценку влияния режимных параметров на работу установки. Финальной частью работ являлось проведение испытаний установки на водороде. В ходе испытаний получены кавитационные характеристики трех бустерных турбонасосных агрегатов при различных расходах и температурах жидкого водорода. Результаты испытаний позволили модернизировать математическую модель с учетом особенностей профилировок оседиагональных колес.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты измерения импульса тяги макета импульсного плазменного двигателя при воздействии внешнего магнитного поля на область разряда. Источником напряжения для макета двигателя служит генератор импульсов с магнитным накопителем энергии на 1 Дж и полупроводниковым обострителем тока. Длительность импульса напряжения составляет 60 нс при амплитуде 250 кВ. Приложенное магнитное поле сонаправлено с электрическим полем в разрядном промежутке, достигая 8 мТл в области протекания разряда. Измерения импульса тяги показывают, что при наличии магнитного поля он возрастает с 1,7 до 2,3 мкН-с. Оценки показывают, что в данных экспериментальных условиях электроны в разряде являются замагниченными. Это приводит к увеличению температуры и степени ионизации плазмы, что обусловливает увеличение импульса тяги. Таким образом, параллельное разряду магнитное поле является фактором, способным повысить рабочие характеристики импульсных плазменных двигателей.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты проектно-исследовательских и опытноконструкторских работ РКК «Энергия» по анализу и подтверждению возможности создания на базе серийного кислородно-углеводородного ракетного двигателя 11Д58М тягой 8,5 тс высокоэкономичного многофункционального двигателя с кислородным охлаждением и оптимальной для разгонных блоков (РБ) тягой 5 тс, выполненного по безгазогенераторной схеме. Многофункциональность двигателя предусматривает введение в его состав дополнительных блоков, обеспечивающих выполнение ряда важных для РБ функций, таких как обеспечение питания двигателя топливом из баков РБ после полета в условиях невесомости, создание управляющих моментов для ориентации и стабилизации РБ на пассивных участках полета, а также автономное управление автоматикой двигателя для его запуска, останова, регулирования при работе и аварийной защиты при нештатном функционировании и др. Замена традиционного охлаждения камеры двигателя высококипящим углеводородным горючим на инновационное кислородное охлаждение позволяет отказаться от колец завесного внутреннего охлаждения и исключить соответствующие потери горючего, а использование газифицированного кислорода в охлаждающем тракте камеры кислорода для привода турбонасосного агрегата - реализовать безгазогенераторную схему двигателя.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты работы электроракетных двигательных установок на борту двух телекоммуникационных космических аппаратов «Ямал-200» в течение десяти лет. Приводится описание двигательных установок и их основных составляющих: электроракетных тяговых модулей, обеспечивающих установку космических аппаратов в рабочие точки на геостационарной орбите и удержание в точке стояния; аппаратуры питания и управления, состоящей из блока электропитания и блока автоматики тяговых модулей. Анализируются режимы эксплуатации двигательных установок, особенности работы тяговых модулей и аппаратуры питания и управления при стационарной работе, переходных процессах - при запуске (выходе на режим номинальной мощности) и кратковременных бросках тока анода, характерных для электроракетных двигателей с керамической разрядной камерой. Показана стабильная работа двигательных установок в течение более десяти лет с наработкой на тяговых модулях более 1 100 ч при -2 500 включениях. Приводятся результаты постоянного анализа тяги тяговых модулей по методологии, разработанной РКК «Энергия». Показана неизменность величины тяги за десять лет эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты концептуально-проектных исследований облика электро -ракетного разгонного блока (ЭРБ) - космического транспортного блока (буксира) с маршевыми электроракетными двигателями (ЭРД), питаемыми от солнечных батарей. Рассмотрена задача развёртывания многоплоскостной низкоорбитальной группировки малых космических аппаратов (МКА) с использованием ЭРБ. Смену плоскостей орбиты функционирования МКА предложено формиро вать на основе учёта влияния разности скоростей прецессии опорной и рабочей орбит из-за влияния нецентрально сти гравитационного поля Земли. Определены требования к энергодвигательной системе ЭРБ с учетом её работы для компенсации аэродинамического сопротивления в процессе ожидания на опорной орбите поворота плоскости орбиты функционирования МКА. Показана возможность при использовании четырёх ЭРБ на основе ЭРД типа «стационарный плазменный двигатель» в качестве маршевых двигателей и арсенид-галлиевых солнечных батарей осуществить развёртывание на орбите высотой 600 км в четырёх плоскостях орбитальной группировки из 24 малых КА массой ~250 кг каждый одним пуском РН среднего класса типа «Союз-2.1б».
Бесплатно
Статья научная
В статье представлена концепция ускоренной, двухэтапной разработки унифицированного транспортного модуля на базе электроракетного двигателя холловского типа КМ-10, способного работать на различных режимах по напряжению и мощности электропитания. На первом этапе на базе эксплуатируемой спутниковой платформы, снабжаемой двумя двигателями КМ-10, создаётся малоразмерный прототип транспортного модуля энерговооружённостью ~15 кВт для проведения космического эксперимента. На втором этапе модифицированием прототипа транспортного модуля путём увеличения числа двигателей и замены штатных солнечных батарей платформы на новые, более мощные гибкие батареи, апробированные в космическом эксперименте, создаётся унифицированный транспортный модуль энерговооружённостью ~50 кВт как средство энергодвигательного обеспечения для эффективного решения широкого круга задач в околоземном пространстве. Показано, что такой модуль, используемый в комплексе с ракетами-носителями среднего и тяжёлого классов, может обеспечить значительно меньшую удельную стоимость доставки полезных грузов на окололунную орбиту по сравнению с традиционными средствами на базе жидкостных ракетных двигателей.
Бесплатно
Космические радиоизотопные термоэлектрические генераторы на америции-241
Статья научная
В связи с дефицитностью радионуклида плутония-238, использовавшегося ранее в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РИТЭГ) в качестве источника электроэнергии космических аппаратов для исследования дальнего космоса, рассмотрена и обоснована возможность разработки РИТЭГ, в котором в качестве первичного источника энергии использован радионуклид америций-241, имеющий период полураспада 432 года. Рассмотрены общие сведения об америции-241 и состояние работ по применению америция-241 в РИТЭГ. Представлены конструкционные схемы РИТЭГ на америции-241 для электрических мощностей 1...5 и 5.50 Вт и экспериментальные образцы микромодульной низкотемпературной и двухкаскадной среднетемпературной термоэлектрической батареи. Сравнение параметров РИТЭГ на америции-241 и плутонии-238 в диапазоне электрических мощностей 1.30 Вт показало, что РИТЭГ электрической мощностью более 10 Вт как на америции-241, так и на плутонии-238 имеют близкие значения КПД, оцениваемые в ~7%. Обсуждены существующие возможности и проблемы, требующие решения, для создания РИТЭГ космического назначения на америции-241 с использованием существующих и перспективных термоэлектрических материалов.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены вопросы передачи, приема, преобразования и потребления энергии лазерного и СВЧ-излучений с Земли или космических энергетических станций. Предложена классификация перспективных систем дистанционного электропитания космических аппаратов (КА). Рассмотрена целесообразность применения дистанционного электропитания КА в различных случаях эксплуатации космической техники. Поставлена задача оценки возможностей существующих систем электроснабжения КА по приему и преобразованию излучения от дополнительных источников. Проведен анализ критериев качества импульсного или быстро меняющегося поступления энергии в систему электроснабжения КА. Рассмотрены структуры типовых каналов электропотребления системы электроснабжения КА. Описана эквивалентная схема замещения приемников импульсного или быстро меняющегося излучения. Предложена математическая модель канала электропотребления при неравномерном режиме поступления энергии на фотоэлектрические преобразователи. Представлены результаты математического моделирования, и проведен их анализ.
Бесплатно
Статья научная
Статья содержит результаты разработки математической модели магнитоэлектрического двигателя постоянного тока рулевой машины жидкостного ракетного двигателя. В соответствии с теорией электрических машин, в математической модели рассматриваемого электродвигателя применяется единый электромагнитный коэффициент. Показывается, что повысить точность математической модели электродвигателя возможно путём применения вместо одного единого электромагнитного коэффициента двух различных коэффициентов математической модели: коэффициента электромагнитной скоростной связи и коэффициента моментной характеристики. Разрабатываются и предлагаются методы идентификации параметров математической модели магнитоэлектрического двигателя постоянного тока, имеющего естественную и искусственную статические характеристики, включающие определение его экспериментальных статических характеристик, вычисление значений параметров статических характеристик методом линейной регрессии и вычисление значений параметров математической модели электродвигателя по предлагаемым формулам.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлено описание трёх модулей математического моделирования из программного комплекса расчёта энергобаланса, созданного для решения задачи прогнозирования энергобаланса космических аппаратов. Программный комплекс применён для расчёта энергобаланса многоцелевого лабораторного модуля на автономном участке его полёта. Программный комплекс состоит из четырёх модулей. Модуль исходных данных представляет собой реляционную базу данных, включающую в себя описание бортовых систем, состоящих из приборов и агрегатов, потребляющих электроэнергию, и циклограмму их работы. Остальные три модуля являются математической моделью для определения необходимых в расчёте параметров: баллистических, энергопотребления бортовых систем, энергоприхода от солнечных батарей с учётом изменяющейся ориентации изделия и уровня запаса электрического заряда аккумуляторных батарей для режимов функционирования многоцелевого лабораторного модуля на этапах предстартовой подготовки, выведения, автономного полёта, причаливания и стыковки.
Бесплатно
Статья научная
Во время создания двигательных установок ракет-носителей для подтверждения результатов проектирования автономная отработка элементов систем топливоподачи производилась на специально созданных экспериментальных установках, оснащённых необходимыми средствами измерений. В настоящей статье в качестве примера подобных работ изложен опыт автономной отработки рабочего наддува топливных баков. При испытаниях на созданных экспериментальных установках проведена отработка тепло -массообменных процессов с имитацией расчётных режимов рабочего наддува топливных баков, заправленных кислородом и водородом. В результате этих испытаний обоснованы выбор рабочих тел в качестве газа наддува, конструкция и характеристики ввода газа в топливные баки, метод оценки эффективности процесса наддува. Получены эмпирические зависимости, использованные в качестве граничных условий в моделях для практических расчётов по уточнению режимов и оценке эффективности системы топливоподачи двигательных установок. Обращено внимание на необходимость использования для отработки систем топливоподачи с применением компьютерного моделирования результатов подобных ранее выполненных работ при создании перспективных ракетных двигательных установок.
Бесплатно
Метод и средства определения коэффициентов теплопереноса в органических жидкостях и растворах
Статья научная
В статье представлены метод, средства и разработанный алгоритм экспериментального определения коэффициентов теплопереноса в органических жидкостях и растворах. Актуальность работы определяется проблемой разработки авиационной и ракетно-космической техники нового поколения. В связи с этим усовершенствован импульсный метод определения коэффициентов теплопереноса, построенный на использовании пленочного датчика микронной толщины. Модифицирована схема измерений. Построена математическая модель датчика измерений. Разработаны алгоритмы проведения эксперимента и обработки результатов измерений для определения коэффициентов теплопереноса. Проведен анализ погрешностей эксперимента. Приведены результаты экспериментальных исследований некоторых органических жидкостей. Авторы считают, что материал, изложенный в статье, найдет применение в исследованиях, проводимых в НИИ, конструкторских бюро и образовательных учреждениях, среди научных работников, аспирантов и студентов.
Бесплатно
