Nonisothermal Concentrator-Absorber System Performances for Solar Thermal Propulsion

Abstract

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) «МАИ», Москва, Российская Федерация Аннотация Ключевые словаРассмотрен 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 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][8][9].