CC BY
8Решетнеескцие чтения. 2015
УДК 629.783.525
ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТКА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЬНЫХ ПОДСИСТЕМ КА
Т. В. Пичугина, Ю. М. Ермошкин
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
Е-шаП: pichugina@iss-reshetnev.ru
Для прогнозирования срока службы КА важно знать остаток топлива двигательной подсистемы и погрешность вычисления этого остатка. Рассмотрены различные методики определения остатка, сделана оценка их погрешности. Рекомендованы достаточно простые методики с наименьшей погрешностью.
Ключевые слова: топливо, рабочее тело, уравнение состояния, погрешность.
THE ESTIMATION OF SPACECRAFT PROPULSION SUBSYSTEMS REMAINING
FUEL MISCALCULATION
T. V. Pichugina, Y. M. Yermoshkin
JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation Е-mail: pichugina@iss-reshetnev.ru
To predict ofSC lifetime it is important to know the propulsion subsystem remaining fuel and its miscalculation. The research considers various methods of remaining fuel calculation and presents its miscalculations. The researchers propose simple methods with minimum miscalculations.
Keywords: fuel, working body, equation of state, miscalculation.
Погрешность определения остатка топлива в баках двигательных подсистем является одной из характеристик, которые задаются в требованиях на космический аппарат.
Знание этого параметра особенно важно в конце срока службы КА для планирования вывода его из эксплуатации и своевременного увода на орбиту захоронения. Ввиду отсутствия на борту топливомеров и расходомеров для оценки остатков топлива в баках применяются косвенные методы.
Представляет интерес сравнение различных методик определения остатка топлива по их погрешности, выбор наилучшей с учетом их простоты и реализуемости.
Известные методы определения остатка топлива основаны на следующих принципах:
1) учёт текущего расхода - остаток вычисляется как разность между начальной заправкой и текущим расходом [1];
2) оценка объёма остатка расчётом по известным значениям температуры и давления газа;
3) определение массы топлива по его теплоёмкости по изменению температуры при тестовом воздействии (включении нагревателя) [2].
Так как определение остатка по тестовому температурному воздействию является сложным методом, требующим как энергозатрат, так и наличия достаточно точной тепловой модели изделия, данный метод не рассматривается.
В данной работе рассматриваются более простые методы, основанные на учёте текущего расхода топ-
лива и на вычислении объёма остатка, исходя из известных значений температуры и давления газа.
Оценивается их максимальная абсолютная погрешность при известных погрешностях составляющих.
Для определения остатка топлива и рабочего тела используются методы:
1) вычисление массы оставшегося топлива по уравнению состояния газа: в жидкостных системах -газа наддува в газовой полости бака, в ксеноновых системах - собственно рабочего тела;
2) на основе учёта расхода топлива;
а) для систем со стабильной тягой - по наработке двигателей;
б) для систем с падающей тягой - разбиения периода эксплуатации на интервалы, в которых тяга, давление, расход и удельный импульс двигателей принимаются постоянными.
Расход за текущий интервал проводится исходя из тяги, которая может определяться:
- по давлению в топливном баке либо в наддувной полости;
- по изменениию кинетического момента маховиков системы ориентации при работе двигателей.
Максимальная абсолютная погрешность расчёта остатка топлива по каждой методике была определена стандартным методом как сумма абсолютных величин производных функции, по которой определяется масса остатка по каждому её аргументу, умноженных на абсолютную погрешность соответствующего аргумента.
Ракетно-космические двигатели, энергетические установки летательными космических аппаратов
Абсолютные погрешности определения остатков топлива двигательных подсистем КА
различными методами, кг
Методики вычисления остатка жидкого топлива (переменная тяга) Методики вычисления остатка газообразного ксенона (стабилизированная тяга)
Погрешность вычисления остатка топлива По уравнению состояния газа наддува По наработке двигателей с определением тяги по изменению кинетического момента маховиков По уравнению состояния рабочего тела По наработке двигателей
на начало САС 0,42 0,45 - 0,7
10-25 лет 1,113 0,87 - 3,5
на 15-25 лет 2,84 1,73 0,518 6,96
Указанным способом были проведены оценки погрешности определения остатков топлива различными методами для двигательных подсистем со стабилизированной и падающей тягой. Результаты вычислений приведены в таблице.
Необходимо отметить, что метод определения остатка ксенона на основе уравнения идеального газа неприменим в течение большей части срока службы КА, так как ксенон слабо подчиняется данному уравнению при эксплуатационных температурах и давлениях в баках.
Из данных таблицы видно:
- рассмотренные методики дают удовлетворительную точность, достаточную для практической эксплуатации двигательных подсистем КА;
- для систем со стабилизированной тягой наиболее простым является метод учета наработки двигателей;
- наименьшую погрешность (порядка 0,5 кг) определения остатка газообразного рабочего тела в конце САС даёт методика на основе уравнения состояния газа;
- наименьшую погрешность (порядка 1,7 кг) определения остатка жидкого топлива двигательных подсистем с переменной тягой в конце САС даёт мето-
дика, основанная на определении текущей тяги двигателей ориентации по изменению кинетического момента маховиков системы ориентации и стабилизации.
Библиографические ссылки
1. 26Т.0000.00 Д13. Изделие 26Т. Анализ проектных характеристик / ОКБ «Факел». Калининград, 1996. 23 с.
2. Yendler B., Dr. Unconventional Thermal Propellant Gauging System // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 8-11 January 2007, Reno, Nevada, AIAA, 2007. 1363. 5 p.
References
1. 26Т.0000.00 D13. Izdelie 26T. Analiz proektnikh kharakteristic. OKB Fakel. [26T Product. Project description analysis. EDB Fakel], Kaliningrad, 1996, 23 p.
2. Yendler B., Dr. Unconventional Thermal Propellant Gauging System // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 8-11 January 2007, Reno, Nevada, AIAA, 2007. 1363. 5 p.
© Пичугина Т. В., Ермошкин Ю. М., 2015
УДК 621.458
РЕКУПЕРАЦИЯ ЭНЕРГИИ КВАЗИУНИПОЛЯРНЫХ ПУЧКОВ ЭЛЕКТРОНОВ И ИОНОВ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ ЭРД
Д. Р. Рыжов, Б. Н. Казьмин, И. В. Трифанов, Л. И. Оборина
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: sibgau-uks@mail.ru.sibsau.ru
Предложен способ создания электрореактивной тяги ЭРД и устройство для рекуперации энергии квазиуниполярных пучков плазмы.
Ключевые слова: ЭРД, рекуперация, квазиуниполярные пучки.
