Исследование теплообмена надувных элементов регенератора воды для обитаемой станции на поверхности Луны

1.

Королёвские чтения
ХLVIII Академические чтения по космонавтике
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
(национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
«Исследование теплообмена надувных
элементов регенератора воды для
обитаемой станции на поверхности Луны»
Студент группы СМ13-33М: Ноздринова В.С.
Научный руководитель: Пузырева А.К.
Почта: [email protected]
Москва, 2024

2.

Актуальность
Актуальность
исследования обусловлена
необходимостью создания
регенератора воды,
позволяющего обеспечить
длительное присутствие
человека в космосе
2

3.

Практическая значимость:
Процесс регенерации снижает
расходы на космические полеты и
делает систему менее зависимой от
наземных служб, что обеспечивает
долгосрочное пребывание человека
на
космической
станции
с
минимальными затратами
В проектировании мягких оболочек с высокими теплофизическими характеристиками,
требующих компактной укладки актуальным становятся конструктивно-компоновочные
схемы с использованием композиционных материалов.
3

4.

Температурный режим Луны
Продолжительность солнечных
суток на Луне (Лунные суткивключают в себя полный цикл
день-ночь) составляет 29 ½
земных суток.
Суточное колебание температуры
около 300° С.
При этом на глубине в 1 метр
температура породы постоянна,
и составляет −35° С.
Изменение температуры поверхности Луны
4

5.

Изменение температуры на поверхности оболочки
Температура поверхности в самый
холодный момент времени
Температура поверхности в самый
жаркий момент времени
5

6.

Температура на поверхности регенератора
В результате моделирования воздействия тепловых потоков на регенератор воды,
получен график изменения температуры поверхности оболочки регенератора воды.
Максимальная
температура поверхности
оболочки: 127,01°С,
минимальная температура
поверхности оболочки:
−223,97° С.
Изменение температуры на поверхности оболочки
6

7.

Решение одномерной задачи теплообмена по слоям
1. Регенератор размещен на
поверхности
Полный пакет по периметру:
ЭВТИ – 11 мм
Арамидная ткань 4,5 мм
ППУ 50/100 мм
Арамидная ткань 4,5 мм
ПВХ 0,6 мм
Компоновочная схема
Задача осесимметричная.
7

8.

Конструктивно-компоновочные схемы
8

9.

Температура оболочки регенератора
150,00
100,00
ППУ 50/100 мм
50,00
0,00
температура
0,00
200,00
400,00
600,00
800,00
1000,00
1200,00
1400,00
1600,00
1800,00
2000,00
При данной компоновочной
схеме, и с ППУ 100 мм, и 50 мм,
оболочка обеспечивает
необходимый тепловой режим
на протяжении всего времени
-50,00
-100,00
-150,00
-200,00
-250,00
-300,00
время
9

10.

Решение одномерной задачи теплообмена по слоям
2. Одна из граней регенератора
соприкасается с поверхностью.
Задача одномерная
Тл
10

11.

Конструктивно-компоновочные схемы
Компоновки:
11

12.

Температура оболочки регенератора в зависимости от выбора
компоновочной схемы
30
с ЭВТИ, без ППУ
с ЭВТИ, с ППУ 10
20
без ЭВТИ, с ППУ 50
0
0,00
40,00
80,00
120,00
160,00
200,00
240,00
280,00
320,00
360,00
400,00
440,00
480,00
520,00
560,00
600,00
640,00
680,00
720,00
760,00
800,00
840,00
880,00
920,00
960,00
1000,00
1040,00
1080,00
1120,00
1160,00
1200,00
1240,00
1280,00
1320,00
1360,00
1400,00
1440,00
1480,00
1520,00
1560,00
1600,00
1640,00
1680,00
1720,00
1760,00
1800,00
1840,00
1880,00
Температура
10
-10
без ЭВТИ, с ППУ 10
-20
Можно заметить, что
необходимый
температурный режим
выдерживает только
конструктивнокомпоновочные схемы
с ЭВТИ, без ППУ и
с ЭВТИ с ППУ 10.
без ЭВТИ, без ППУ
-30
-40
время
12

13.

Выводы
Когда регенератор размещен на поверхности и полный пакет по периметру:
ЭВТИ – 11 мм, арамидная ткань 4,5 мм, ППУ 50/100 мм, арамидная ткань 4,5 мм,
ПВХ 0,6 мм
при данной компоновочной схеме, и с ППУ 100 мм, и 50 мм, оболочка обеспечивает
необходимый тепловой режим на протяжении всего времени и держит стабильную
температуру
Если одна из граней регенератора соприкасается с поверхностью, то подходит
конструктивно-компоновочные схемы: с ЭВТИ, без ППУ и с ЭВТИ с ППУ 10 мм
13

14.

Заключение
В результате данных расчетов были получены рекомендации по
компоновке слоев конструкции регенератора. Она представляет собой
многослойную мягкую оболочку, реализующую тепловую и радиационную
защиту, а также достижение температуры «точки росы» на внутренней
поверхности регенератора за счёт температуры окружающей среды на лунной
поверхности. Использована упрощенная геометрическая схема: ЭВТИ,
покрытая арамидной металлизированной тканью, далее слоистая оболочка,
потом газ (воздух), потом снова слоистая оболочка и ЭВТИ.
14

15.

Спасибо за внимание!