Характеристики неравнотемпературных систем концентратор-приемник солнечного теплового ракетного двигателя

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 2

УДК 629.78.03: 621.472

DOI: 10.18698/0236-3941-2017-2-66-83

ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕРАВНОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМ

КОНЦЕНТРАТОР–ПРИЕМНИК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОВОГО

РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

C.Л. Финогенов

sfmai2015@mail.ru

А.И. Коломенцев

a.i.kolomentsev@yandex.ru

Московский авиационный институт (национальный исследовательский

университет) «МАИ», Москва, Российская Федерация

Аннотация

Ключевые слова

Рассмотрен солнечный тепловой ракетный двигатель с

неравнотемпературной системой концентратор–при-

емник в качестве источника мощности с повышенной

энергетической эффективностью. Проанализированы

тепловые процессы в радиальном приемнике предель-

но-неравнотемпературного типа в предположении

отсутствия радиального перетекания теплоты, что

оправдано для зеркал диаметром более 10 м. Приведе-

ны результаты численного интегрирования уравнения

распределения температуры по радиусу приемника,

разработан алгоритм итерационного расчета темпера-

туры водорода на выходе системы концентратор–

приемник. Представлена математическая модель си-

стемы концентратор–приемник в составе разгонного

блока в виде блок-схемы расчета и оптимизации ее

характеристик. Предложены регрессионные зависимо-

сти для КПД неравнотемпературных систем, уточня-

ющие известные формулы применительно к реальным

полетным задачам. Показаны диапазоны рациональ-

ных характеристик системы концентратор–приемник

при выполнении задачи межорбитальной транспорти-

ровки с низкой орбиты на геостационарную орбиту

Солнечный тепловой ракетный

двигатель, система концентра-

тор–приемник, неравнотемпера-

турный нагрев, солнечный высо-

котемпературный источник теп-

лоты, геостационарная орбита,

разгонный блок

Поступила в редакцию 02.11.2016

Введение.

Высокая стоимость выведения космических аппаратов (КА) на геопере-

ходную (ГПО) или геостационарную орбиты (ГСО) требует внедрения новых тех-

нологий в космическом двигателестроении, позволяющих, в частности, использо-

вать солнечную энергию как доступный внешний ресурс для повышения энергосо-

держания топлива перспективных разгонных блоков (РБ).

Разработкой солнечных ракетных двигателей (СТРкД) как средства межор-

битальной транспортировки в нашей стране и за рубежом [1–6] занимаются до-

статочно давно. При этом солнечный высокотемпературный источник теплоты

(СВИТ) может быть как с прямым нагревом рабочего тела концентрированной

солнечной энергией, так и с предварительным тепловым аккумулированием

энергии на пассивных участках многовитковой траектории выведения [7–9].