Глава XIX. Тепловые режимы космических аппаратов (1013643), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Из условия равенства энергии, излучаемой поверхностью планеты, н энергии, проходящен через сферу радиусом (Яе + Н), следует, что для р = 0 4ЕепН~е =- Я 4п (Не + Н)', откуда (19.7) где Яе — радиус планеты; Н вЂ” высота полета над планетой.
Для'пластинки, расположенной под углом, Я = Е, ( ', ) соз() =- Е сов~, (19,8) не+ ' (! + Н1х где Н = Н/Не. Обозначая Я„а .= Е,,Ф, где Е,а =-. Е,/и — яркость излучения планеты, а Ф вЂ” геометрический фактор, учитывающий форму 481 объекта и его расположение относительно планеты, можно записать для пластины выражение в виде (ДлЯ Р < Ре) Фпл — — 2пФ, соз ~, (19.9) где (19.10) ! Рнс. !9.4. Схема вагревавня летательного аппарата от собственного налученвя планеты Хля случая р ~ ра Если плоскость пластинки пересекается с поверхностью планеты (р ~ ре), то из условия теплового баланса можно получить выражение для разности тепловых потоков, падающих с обеих сторон пластины: (19.11) Значения удельных потоков, падающих на пластинку с обеих стоРон, С1, и Яе пРи этом сУЩественно зависит от закона излУчениЯ. Примем, что количество тепла, отдаваемое элементом с(г" поверхности планеты и падающее на пластинку, определяется законом Ламберта: С(1сп = — "йО СОЗ(т НГ „ Ее или дФ„= соз йс(ойдо,„, (19.12) (19.13) где г„— площадь миделя тела.
При расчете нагревания тела произвольной выпуклой формы, беспорядочно вращающегося в пространстве, можно приближенно 482 где арго — телесный угол, под которым видна пластинка; 4)в угол между нормалью г(р~л и направлением на пластинку (рнс. 19.4). Полное количество тепла, попадающее на пластинку с одной стороны, может быть получено интегрированием по поверхности планеты, видимой с этой стороны (рис. 19.5). 1 Для значений р < ре = агссоз ( 11 (т. е. когда плоскость 1 1+0! пластинки не пересекает поверхность планеты) справедливы формулы (19.9) и (19.!О).
Количество тепла, поступающее на поперечное сечение тела почти шаровой формы, может быть определено по формуле Иза туз /3,' Рис. 19.5. Зависимость Фпл от Й и р использовать выражение (19.13), полученное для тела шаровой формы при среднем значении г'и. Солнечная энергия, отраженная от поверхности планеты. Прн полетах в окрестности планет и Луны на аппарат попадает дополнительная солнечная энергии, отраженная от поверхности или облачного слоя планет. Наиболее подробно распределение энергии отраженного в мировое пространство солнечного излучения получено для Земли.
Коротковолновое излучение в за от5з От облаков 27 Из-за рассеинии атмосферой ............. 7 От поверхности Земли............. 3 Итого °................... 37 Для других планет и Луны среднее значение отраженной энергии может быть найдено по значениям Альбедо а, приведенным в табл. 19.1. Альбедо определяет долю отраженной энергии, и, следовательно, тепловой поток, отраженный во все стороны единицей поверхности планеты, Е„р = аЯ.
Лучистый поток от Солнца является практически параллельным, но излучение, отраженное планетой, подчиняется сложному 483 Рнс. 19.6, Схема нагреваняя летательного аппарата отраженной солнечной внергней от поверхности планеты (Яотр)е = аЯ соэ у, (19.14) где у — угол между нормалью к площадке на поверхности пла- неты и направлением солнечных лучей (рнс. 19.6). Если принять, что отражение диффузно, то удельное количество тепла, отражае- мое от поверхности на пластинку с(Р— ) созусоз44с(ода„, ~4 (19.15) где  — угол между нормалью к площадке на планете йР, и линией, соединяющей ЙГ л и Иг. В качестве примера рассмотрим поток на единичную площадку (пластинку), расположенную на высоте Н.
Заданы угол )1 между нормалью к пластинке и радиусом-вектором, проведенным к ней из центра планеты, и угол ф между радиусом-вектором и направлением на Солнце. Для случая, когда вся видимая с пластинки поверхность планеты освещена Солнцем, т. е, при 0 ( тр < тРы где тРг = 484 закону, зависящему от характера поверхности. В предельных случаях отражение может быть либо зеркальным, либо диффузным. Нагревание отраженными лучами зависит от формы и ориентировки летящего тела, а также от взаимного расположения Солнца, Земли и рассматриваемого тела. Полное количество солнечной энергии, отраженной едияицей поверхности планеты, определяется выражением 1 =агсцп ( 1 (рис.
19.7) значение алла а магма ааааа '1+0/ — „'~~ — — Ф„, = М (ртй) соя трв — й( ф, Й)81пчрсозо. (19.16) Здесь входит дополнительно угол а между плоскостью Р„проходящей через линию ОС (направление на Солнце) и линию ОА, и плоскостью 5, проходящей через линию ОА и нормаль к пластинке, поскольку в противном случае положение пластинки не было бы определено однозначно. Значение а = и/2 соответствует случаю, когда пластина направлена на Солнце своим реб ом. Рис. !9.7. Схема ои е- р м аелеаия углов ~рх и Ф~ Прн изменении а нормаль п вращается вокруг прямой ОА.
Зависимости М (р, Й) и У (р, Й) приведены на рнс. 19.9 и 19.9. Если вся видимая с пластинки поверхность находится в тени, т. е, чр > чр„где ~ра = я/2+ агссоз ( ) (см. рнс. 19.7), то 1 1+В на пластинку не попадает отраженная энергия Ф„р —— О. Если значения чр больше, чем чр, и меньше ть„т. е. только часть видимой с пластинки поверхности планеты освещена Солнцем, необходимо производить численное интегрирование уравнения (19.15).
9,1 ьр Рве. 19.8. Номограмма для расчета <Ветр 485 л(р,л/ ада 4рг тдд /3,' тра Рис. !9.9. Номограмма для расчета Фетр пнем (рис. 19.13) ! / ! )т е!п27 ота 4 1 !+Н) а!о9 (19. 17) причем у = / (ф) определяется по графику рис. 19.14. Фр Рнс. 19.10. Номограмма для расчета Света прн полете иад терминатором и О; 9= и/2 486 В качестве примера на рис. 19.10, 19.11, 19.12 приведены результаты вычислений для различных значений а при !р = и/2, т. е. когда пластинка расположена точно над терминатором, разделяющим теневую и освещенную стороны планеты. Если отражение зеркальное, то Ф„р определяется выраже- врвгр а,пп ааг ап/ а пп гаа '/га //,' Рнс. 19.1!.
Номограмма дли расчета Фетр ири полете над терминатором н и; оа= и/2 Количество тепла, поступающее на единицу поверхности пластины, расположенной под углом р к горизонту, можно определить из выражения 1 / /1о ~~ аоп22 соа!Р+6) 4 ~ Д~+ и / а!от оР счм6 где б = агсз!п ( д 21п у) . ло /то+ О (!9.!9) того п,п/ дог пп~ и /и ~пп 15п /3, Рис. 19.12. Номограмма дли расчета Фетр прн полете над терминатором о = и; ор = н/2 4В7 бб и гб аб бб бб аи р,' Рнс. 19.13. Схема расчета зерналь- иого отраженна солнечной знергни от поверхности планеты Рис.
19.14. Связь между угламн у и 9 Предполагается, что зеркальное отражение имеет место при углах у, близких к и/2. В общем случае для тела произвольной формы тепловой поток на единицу площади миделя вычисляется по следующей формуле: 1+Й / амол — — лтоз/2, (19. 21) где л — число частиц; т — масса частицы; о — скорость полета. При этом и = Упз)ггр, (19.22) где й/ — число частиц в единице объема; )) — угол между плоскостью пластинки и направлением полета. В формулах (19.2!) и (!9.22) принято, что коэффициент аккомодации близок к единице и энергия хаотического движения молекул пренебрежимо мала.
Количество тепла, выделяющееся из-за рекомбинации, завясит от эффективности рекомбинации о, 488 Нагревание поверхности при соударении ее с молекулами и атомами атмосферы. При полете космического аппарата вблизи планеты в ряде случаев некоторый вклад в суммарный тепловой поток, подводимый к аппарату, может вносить нагреванне от соударения атомов (молекул1 и поверхности, При этом тепло выделяется из-за передачи части кинетической энергии и возможной рекомбинации диссоцлированных молекул. Для наиболее важного случая полета на больших высотах, когда течение является свободно молекулярным, удельная энергяя соударения для едяннчной пластинки с достаточной точностью может быть определена по формуле равной отношению числа столкновений с поверхностью к общему числу столкновений. Таким образом, количество энергии вследствие рекомбинации, приходящееся на единицу поверхности, Ярек = поЕ, ()9.23) где Š— энергия рекомбинации, отнесенная к одной частице.
В качестве примера на рис. !9.!5 приведена зависимость Я„„и (~р,„от высоты полета над Землей. Как видно„ влияние этих членов становится сравнимым с влиянием на высотах полета ниже 2ОО р „,р„,,юмам хл Рнс. !9.1о. Зависимосп количества тепла, получаемого поверхностью летательного аппарата прн столкновении с атомамн и молекуламн воздуха от в ысоты Н тепла от солнечного излучения км. 19.3. ТЕРМОРЕГУЛИРОВАИИЕ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Поскольку на космическом аппарате устанавливаются различная аппаратура и приборы и должны быть обеспечены для их работы условия, а в пилотируемых кораблях — и для жизни пилотов, то возникает проблема поддержания температуры в определенных пределах.
Поступление тепла извне в оболочку через теплоизоляцию и элементы конструкции непостоянно и изменяется в широких пределах в зависимости от положении н ориентации аппарата. Внутреннее выделение тепла в общем случае также может изменяться в несколько раз. В этих условиях для обеспечения требований к стабилизации температуры необходима специальная система терморегулирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
