Práctica 1b: apuntamiento y control térmico - Parte 2 (2014)

Pràctica Español
Universidad Universidad Politécnica de Valencia (UPV)
Grado Ingeniería Aeroespacial - 3º curso
Asignatura Vehículos espaciales y misiles
Año del apunte 2014
Páginas 3
Fecha de subida 02/07/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

tilt pan Estos dos ángulos a partir de los que podemos definir el apuntamiento vienen dados de la siguiente forma: Pan = atan2(Uyb,Uxb) Tilt = asin(Uzb) Siendo Uxb, Uyb y Uzb las 3 componentes del vector unitario relativo.
Hemos definido ambos ángulos como nulos para aquellos periodos en los que no existe visibilidad, al carecer de sentido físico.
Evaluando los dos ángulos para todo el periodo (24 h), y graficando obtenemos los siguientes resultados: visibilidad 1 0.5 0 0 5 10 15 20 15 20 15 20 t(h) tilt º 100 50 0 0 5 10 t(h) pan º 100 50 0 0 5 10 t(h) b) Control térmico: realizar una primera estimación de la temperatura del satélite a lo largo de un periodo considerando el balance energético para una disipación interna constante de 120W, una absortividad solar media de 0.3 y una emisividad en el infrarrojo de 0.5. Para la inercia térmica suponer una mcp=2*10^5. ¿Es necesario algún tipo de control térmico si el rango de funcionamiento es [-60ºC, 100ºC]? En caso afirmativo proponer un acercamiento a la solución.
A partir de los datos que se nos proporcionan en el enunciado y asumiendo ciertas hipótesis y simplificaciones que nos permitirán resolver el problema de una forma más sencilla podemos plantear la ecuación de la energía y obtener la temperatura de forma estacionaria.
Energía almacenada = Flujo de calor desde el exterior + Flujo de calor desde los equipos + Flujo de calor disipado 𝑚𝑐𝑝 𝑑𝑇 = 𝛼𝑠 𝑆𝐹𝑠 𝐴 + 𝛼𝑠 𝜃𝐴 𝐴 + 𝛼𝜃𝑇 𝐴 + 𝑃 − 𝜀𝜎𝑇 4 𝐴 𝑑𝑡 Considerando que estamos en caso estacionario: 1 𝛼𝑠 𝑆𝐹𝑠 𝐴 + 𝛼𝑠 𝜃𝐴 𝐴 + 𝛼𝜃𝑇 𝐴 + 𝑃 4 𝑇𝑒 = 𝜀𝜎𝐴 Y si, además, consideramos que la órbita de nuestro satélite es alejada, podemos simplificar aún más nuestra ecuación: 𝛼𝑠 𝑆𝐹𝑠 𝐴 + 𝑃 𝑇𝑒 = 𝜀𝜎𝐴 1 4 Identificamos los distintos términos:        𝛼𝑠 = absortividad S = energía radiante del Sol que recibe la tierra, satélite, y que es menor cuanto más alejado está el cuerpo del Sol (la tierra recibe más del doble de energía que Marte).
𝐹𝑠 = factor de forma que define fracción de energía procedente de una de las superficies que incide en la otra (lo consideraremos en este caso igual a 1).
𝐴 = área de la superficie del satélite 𝜀 = emisividad 𝜎 = constante de Boltzman 𝑃 = disipación interna 𝛼𝑠 1367.6 W/m2 S P 0.3 𝐹𝑠 1 𝐴 1 m2 𝜀 0.5 𝜎 5.67*10^-8 W/m2K-4 120 W Sustituyendo los distintos valores en la ecuación llegamos al siguiente resultado: Te = 96.818 ºC Si calculamos ahora la velocidad para el caso en el que el satélite se encuentre en situación de eclipse, eliminamos el término de radiación solar, S, y obtenemos que la temperatura mínima será: -16 ºC Nos encontramos con que la temperatura a la que se encuentra el satélite está dentro del rango de funcionamiento, por lo que, en un principio no sería necesario el incluir un plan de control de térmico, o llevar a cabo acciones al respecto; sin embargo, está muy próxima a su extremo de funcionamiento límite superior (100º C), por ello, podría plantearse la necesidad de un control térmico específico para tratar de solucionar esta situación y evitar que posibles leves variaciones en los parámetros se traduzcan en un mal funcionamiento del satélite.
Si lo que buscamos es emprender acciones previas al lanzamiendo del propio satélite, plantearemos técnicas de control pasivo, como son recubrimientos superficiales, aislamientos térmicos, … los primeros se ven afectados en la órbita por partículas cargadas, vacio, radiación ultravioleta,… una serie de factores a tener en cuenta antes del lanzamiento.
Si, por el contrario, se busca variar los parámetros térmicos posteriormente al lanzamiento, se incluirá un sistema de control térmico activo, como pueden ser calentadores, persianas, radiadores, refrigeradores termoeléctricos,… CONCLUSIONES Tras la realización de la práctica podemos concluir en que los resultados obtenidos para la ley de apuntamiento del satélite se encuentra dentro de los resultados posibles y lógicos, mostrándonos el ángulo de apuntamiento para aquellos momentos en los que existe visibilidad entre el satélite y Valencia.
Por otro lado, una vez llevado a cabo una estimación de la temperatura estacionaria, podemos determinar que se trata de una mera aproximación del parámetro del mismo puesto que se han llevado a cabo diferentes simplificaciones que nos han permitido simplificar las ecuaciones para conseguir llegar a un resultado con el que poder llevar a cabo una primera interpretación.
Para tener resultados más fiables y concisos, deberíamos de disponer de mayor número de datos, así como de capacidades que todavía no adquirimos, y a partir de las cuales podríamos obtener un estudio mucho más completo.
...

Tags:
Comprar Previsualizar