Характеристики неравнотемпературных систем концентратор-приемник солнечного теплового ракетного двигателя

Рассмотрен солнечный тепловой ракетный двигатель с неравнотемпературной системой концентратор-приемник в качестве источника мощности с повышенной энергетической эффективностью. Проанализированы тепловые процессы в радиальном приемнике предельно-неравнотемпературного типа в предположении отсутствия радиального перетекания теплоты, что оправдано для зеркал диаметром более 10 м. Приведены результаты численного интегрирования уравнения распределения температуры по радиусу приемника, разработан алгоритм итерационного расчета температуры водорода на выходе системы концентратор-приемник. Представлена математическая модель системы концентратор-приемник в составе разгонного блока в виде блок-схемы расчета и оптимизации ее характеристик. Предложены регрессионные зависимости для КПД неравнотемпературных систем, уточняющие известные формулы применительно к реальным полетным задачам. Показаны диапазоны рациональных характеристик системы концентратор-приемник при выполнении задачи межорбитальной транспортировки с низкой орбиты на геостационарную орбиту.

Литература

[1] Грилихес В.А., Матвеев В.М., Полуэктов В.П. Солнечные высокотемпературные источники тепла для космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1975. 248 с.

[2] Shoji J.M., Frye P.E. Solar thermal propulsion for orbit transfer // AIAA Paper. 1988. № 3171.

[3] Кудрин О.И. Солнечные высокотемпературные космические энергодвигательные установки. М.: Машиностроение, 1987. 247 с.

[4] Космические двигатели: состояние и перспективы / пер. с англ; под ред. Л. Кейвни. М.: Мир, 1988. 454 с.

[5] Финогенов С.Л., Коломенцев А.И., Кудрин О.И. Космические двигатели, использующие солнечную и химическую энергию. М.: Изд-во МАИ, 2016. 100 с.

[6] Leenders H.C.M., Zandbergen B.T.C. Development of a solar thermal thrusters system // 59th IAC Congress, Glasgow, Scotland, 2008. Paper IAC-08- D1.1.01.

[7] Акимов В.Н., Архангельский Н.И., Коротеев А.С., Кузьмин Е.П. Солнечная энергодвигательная установка с электронагревным тепловым аккумулятором и дожиганием рабочего тела // Полет. 1999. № 2. С. 20-28.

[8] Коротеев А.С. Концепция солнечной энергодвигательной установки с электронагревным тепловым аккумулятором и дожиганием рабочего тела // Вестник МАИ. 2000. Т. 7. № 1. С. 60-67.

[9] Scharfe D., Young M. A study of solar thermal propulsion system enhancement via thermal storage and thermal-electric conversion // Proceedings of the 57th JANNAF Joint Subcommittee Meeting. Colorado Springs, USA, 2010.

[10] Финогенов С.Л., Кудрин О.И. Принципы системности в проектировании солнечного теплового ракетного двигателя // Системный анализ в технике. Тематический сборник научных трудов. Вып. 8. М.: Вузовская книга, 2005. С. 36-80.

[11] Финогенов С.Л., Коломенцев А.И. Выбор параметров солнечного теплового ракетного двигателя при ограничении на время полета // Вестник МАИ. 2016. Т. 23. № 3. С. 58-68.

[12] Shimizu M. et al. Solar thermal thruster made of single crystal molybdenum // Acta Astro-nautica. 1997. Vol. 41. No. 1. Р. 23-28.

[13] Fiot D., Estublier D. Solar thermal propulsion // 6th International Symposium on Propulsion for Space Transportation: Propulsion for Space Transportation of the XXIst Century. Paper № S36.1. 2002. Versailles, France.

[14] Квасников А.В., Кудрин О.И., Мельников М.В. Лаборатория лучистой и солнечной энергии для исследования процессов в высокотемпературных установках // Докл. Всесоюз. конф. по использованию солнечной энергии. М.: Изд. ВНИИТ, 1969. С. 297-343.

[15] Сафранович В.Ф., Эмдин Л.М. Маршевые двигатели космических аппаратов. Выбор типа и параметров. М.: Машиностроение, 1980. 240 с.

[16] Grossman G., Williams G. Inflatable concentrators for solar propulsion and dynamic space power // Journal of Solar Energy Engineering. 1990. Vol. 112. Р. 229-236.

[17] Engberg R.C., Lassiter J.O., McGee J.K. Modal survey test of the SOTV 2 x 3 meter off-axis inflatable concentrator // AIAA Paper. 2000. No. 01-1639.

[18] Рубанович И.М. О влиянии точности слежения за Солнцем на эффективность гелиоустановок // Гелиотехника. 1966. № 4. С. 44-49.

[19] Кудрин О.И., Финогенов С.Л. Солнечный ракетный двигатель со ступенчатой системой приемник-тепловой аккумулятор // Полет. 2000. № 6. С. 37-41.