Влияние рабочего тела на проектные параметры космических аппаратов с электроракетной двигательной установкой

Влияние рабочего тела на проектные параметры космических аппаратов с электроракетной двигательной установкой

Автор: Титов Максим Юрьевич

Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia

Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Статья в выпуске: 1 (40), 2023 года.

Бесплатный доступ

В работе представлены результаты исследования влияния рабочего тела (РТ) электроракетной двигательной установки (ЭРДУ) на проектные параметры космического аппарата. Рассмотренная транспортная задача - перелёт космического аппарата с начальной массой 18 т с низкой околоземной орбиты на окололунную. Суммарные затраты характеристической скорости приняты равными 8 км/с. Проектные параметры космического аппарата определялись при оптимальном удельном импульсе ЭРДУ по критерию максимума полезной нагрузки. Влияние РТ выражалось через параметры ЭРДУ, непосредственно определяемые типом РТ: коэффициент массового совершенства системы хранения и подачи, численно равного отношению сухой массы системы хранения и подачи к массе РТ; КПД ЭРДУ; электрическую мощность, затрачиваемую на нагрев и поддержание необходимой температуры РТ. В качестве РТ рассмотрены газообразные, жидкие и твёрдые при нормальных условиях вещества. Рассчитаны следующие параметры космического аппарата: относительная масса полезной нагрузки; мощность энергетической установки; предельное значение удельной массы энергетической установки, при которой транспортная задача является осуществимой.

Еще

Космический аппарат, электроракетная двигательная установка, рабочее тело, оптимальные параметры

Короткий адрес: https://sciup.org/143179909

IDR: 143179909

Список литературы Влияние рабочего тела на проектные параметры космических аппаратов с электроракетной двигательной установкой

  • Демянко Ю.Г., Конюхов Г.В., Коротеев А. С., Кузьмин Е.П., Павельев А.А. Ядерные ракетные двигатели. М.: ООО «Норма-Информ», 2001. 414 с.
  • Коротеев А.А. Капельные холодильники-излучатели космических энергетических установок нового поколения. М.: Машиностроение-Полёт : Машиностроение, 2008. 182 с.
  • Бондарева Н.В., Глухов Л.М., Коротеев А.А., Красовский В.Г., Кустов Л.М., Нагель Ю.А., Сафронов А.А., Филатов Н.И., Черникова Е.А. Бескаркасные системы отвода низкопотенциального тепла в космосе: успехи отработок и нерешённые задачи // Известия РАН. Энергетика. 2015. № 4. С. 130-142.
  • Конюхов В.Г., Конюхов Г.В. Теплофизика ядерных энергодвигательных установок. М.: Янус-К, 2009. 251 с.
  • Presler A.F., Coles C.E., Diem-Kirsop P.S., White K.A. III. Liquid droplet radiator program at the NASA Lewis Research Center: NASA Technical Memorandum 87139. URL: https://archive.org/details/ NASA_NTRS_Archive_ 19860002779/ mode/2up (accessed 24.11.2022).
  • Yarin A.L., Weiss D.A. Impact of drops on solid surfaces: self-similar capillary waves, and splashing as a new type of kinematic discontinuity // Journal of Fluid Mechanics. 1995. V. 283. P. 141-173. URL: https://doi.org/10.1017/S0022112095002266 (accessed 24.11.2022).
  • Joslyn T. Charging effects on fluid stream droplets for momentum exchange between spacecraft. Ph.D. Thesis, University of Colorado at Colorado Springs. 2009. URL: https ://ar chive . o rg/details / DTIC_ADA 5163 94/page/n 193/mode/ 1up?view=theater (accessed 24.11.2022).
  • Yang Linyi, Wang Chenglong, Qin Hao, Zhang Dalin, Tian Wenxi, Su G.H., Qui Suizheng. Operation performance analysis of a liquid metal droplet radiator for space nuclear reactor // Annals of Nuclear Energy. 2021. V. 158. 108301. URL: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021. 108301 (accessed 24.11.2022).
  • Hong Ye, Yu-Long Ma. Combined radiation-evaporation model of a liquid droplet layer in space // Journal of Heat Transfer. 2011. V. 133(11). P. 111502-1-111502-7. URL: https://doi.org/10.1115/1.4004334 (accessed 24.11.2022).
  • Ohta K, Graf R.T., Ishida H. Evaluation of space radiator performance by simulation of infrared emission // Applied Spectroscopy. 1988. V. 42. № 1. P. 114-120. URL: https://doi.org/10.1366/0003 702884428635 (accessed 24.11.2022).
  • Englehart A.N., McConley M.W., Chubb D.L. Emittance measurements for a thin liquid sheet flow // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. 1996. V. 10. № 3. P. 547-549. URL: https://doi. org/0.2514/3.827 (accessed 24.11.2022).
  • Mattick A.T., Hertzberg A. Liquid droplet radiator performance studies // Acta Astronautica. 1984. V. 12. Issues 7-8. P. 591-598. URL: https://doi.org/10.1016/ 0094-5765(85)90130-4 (accessed 24.11.2022).
  • Takanashi T., Totani T, Shimada T, Ryomon K, Wakita M, Nagata H. Exhaust heat characteristics of single liquid droplet stream for liquid droplet radiator // Thermal Science and Engineering. 2019. V. 27. Issue 1. P. 43-52. URL: https://doi.org/10.11368/tse.27.43 (accessed 24.11.2022).
  • Коротеев А.А., Сафронов А.А., Филатов Н.И. Влияние структуры капельной пелены на мощность бескаркасных космических излучателей и эффективность энергетических установок // Теплофизика высоких температур. 2016. Т. 54. № 5. С. 817-820. Режим доступа: https://doi.org/10.7868/S0040364416050173 (дата обращения 24.11.2022).
  • Wallace D.B., Hayes DJ, Bush J.M. Study of orifice fabrication technologies for the liquid droplet radiator: NASA contractor report 187114. URL: https:// ntrs .nasa .gov/api/ citations/19910013059/ downloads/19910013059.pdf (accessed 24.11.2022).
  • Сафронов А.А., Коротеев А.А., Григорьев А.Л., Филатов Н.И. Изгиб вязкой струи, истекающей из капиллярного отверстия // Инженерно-физический журнал. 2022. Т. 95. № 1. С. 72-80. EDN: VMCLAT
  • Сафронов А.А., Коротеев А.А., Филатов Н.И., Григорьев А.Л. Поведение жидкой плёнки в окрестности капиллярных отверстий фильеры при запуске генератора капель // Теплофизика и аэромеханика. 2021. Т. 28. № 6. С. 224-234.
  • Chato D.J., Jacqmim D.A. Modeling the restraint of liquid jets by surface tension in microgravity: NASA report AIAA 2001-0931. URL: https://ntrs.nasa. gov/citations/20020031144 (accessed 24.11.2022).
  • Totani T, Itami M, Yabuta S., Nagata H, Kudo I, Iwasaki A., Hosokawa S. Peformance of droplet emittor for liquid droplet radiator under microgravity // Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part B. V. 68 № 668. P. 1166-1173. URL: https://www.researchgate. net/publication/273209047_Peformance_ of_Droplet_Emittor _for_Liquid_Droplet_ Radiator_under_Microgravity (accessed 24.11.2022).
  • Hokosawa S., Kawada M., Iwasaki A., Kudo I. Formation of a uniform liquid droplet stream for a liquid droplet radiator // Journal of the Japan society for aeronautics and space sciences. 1991. V. 39. Issue 453. P. 55-61. URL: https:// www.semanticscholar.org/paper/Formation-of-a-uniform-liq uid-dr op let-stream-for-a -Hosokawa-Kawada/9f3e6e03223ecad 0b 14e46dd7fa6a3640a029363 (accessed 24.11.2022).
  • Истомин В. Хроника полёта станции «Мир» (Информация по эксперименту «Пелена-2») // Новости космонавтики. 2000. Т. 10. № 7. C. 6-9.
  • Ляпин Д.А., Бурова М.Г., Григорьев А.Л., Бороздин Г.И., Костюк Л.Н., Грибков А.С. Итоги космического эксперимента «Капля-2» // Космические исследования. 2016. Т. 54. № 5. С. 1-4.
  • Muntz E.P., Orme M, Farnham T, Van Diep G. Pham, Huerre P. Liquid droplet generator: NASA Contractor Report 182246. URL: https://ntrs.nasa.gov/tions/ 19890016811 (accessed 24.11.2022).
  • Сафронов А.А., Коротеев А.А., Хлынов А.В., Филатов Н.И., Григорьев А.Л. Особенности отключения генераторов капель в бескаркасных системах отвода низкопотенциального тепла в космосе // Известия РАН. Энергетика. 2021. № 4. С. 82-89. Режим доступа: https://doi. org/10.31857/S0002331021040129 (дата обращения 24.11.2022).
  • Suñol F., González-Cinca R. Liquid jet breakup and subsequent droplet dynamics under normal gravity and in microgravity conditions // Physics of Fluids. 2015. V. 27. Issue 7. 077102. URL: https://doi. org/10.1063/1.4927365 (accessed 24.11.2022).
  • Umemura A., Osaka J., Shinjo J., Nakamura Ya, Matsumoto S, Kikuchi M, Taguchi T, Ohkuma H, Dohkojima T, Shimaoka T, Sone T, Nakagami H., Ono W. Coherent capillary wave structure revealed by ISS experiments for spontaneous nozzle jet disintegration // Microgravity Science and Technology. 2020. V. 32. P. 369-397. URL: https://doi.org/10.1007/ s12217-019-09756-0 (accessed 24.11.2022).
  • Сафронов А.А., Коротеев А.А., Филатов Н.И., Бондарева Н.В. Быстрые растущие волны в струе вязкой жидкости, инициированные колебаниями концевой капли // Теплофизика и аэромеханика. 2021. Т. 28. № 2. С. 255-263. EDN: UPSKJH Статья поступила в редакцию 09.11.2022 г. Окончательный вариант — 25.11.2022 г.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp