Аналитическое моделирование теплопереноса в элементах экранно-вакуумной теплоизоляции

DOI: 10.34759/trd-2023-130-04

Авторы

Пронина П. Ф.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

e-mail: proninapf@mai.ru

Аннотация

Работа посвящена аналитическому моделированию элементов экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) для определения распределения температуры в композитном теплозащитном покрытии. Экранно-вакуумная теплоизоляция широко используется в аэрокосмической технике: автоматические межпланетные станции, космические корабли, спутники, топливные баки ракет-носителей. Изучение этого вида теплоизоляции имеет важное значение для обеспечения безопасности и ресурса элементов аэрокосмических комплексов на протяжении всего времени эксплуатации. Высокие требования к надежности обусловлены работой тепловой защиты в условиях перепадов температур и длительном воздействии Солнечного излучения. В работе рассматривается четырехслойная структура в одномерной постановке с решением нестационарной задачи теплопроводности на основе двухслойного однородного стержня. Четырехслойная структура представляет собой пакет из стеклоткани и алюминиевой подложки. Структура находится под воздействием температурного поля. Необходимо найти распределение поля температуры в исследуемой структуре, а также определить напряженно-деформированное состояние, вызванное температурным воздействием. Для определения поля температур решается нестационарная задача теплопроводности для четырехслойного однородного стержня. Для оценки плоского напряженно-деформированного состояния используются предположения, что деформация реализуется в призматическом теле, теоретически бесконечной длины, нагруженном поверхностными и объемными силами, перпендикулярными оси , интенсивность которых не зависит от . Также предполагается, что структура деформируется как единое целое, что соответствует модели Фойхта. Сдвиговые деформации также отсутствуют. Представлены графики распределения поля температур и тепловых потоков по длине пакета в зависимости от времени.

Ключевые слова:

экранно-вакуумная теплоизоляция, температура, напряженно деформированное состояние

Библиографический список

1. Залетаев В.М. Собственное излучения Земли на частично экранируемые от нее элементы космических аппаратов // Космические исследования. 1970. Т. VIII. № 4. С. 636–639.
2. Залетаев В.М., Капинос Ю.В., Сургучев О.В. Расчет теплообмена космического аппарата. — М.: Машиностроение, 1979. С. 46-78.
3. Зигель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением / Пер. с англ. — М.: Мир, 1975. — 234 с.
4. Кобранов Г.П., Цветков А.П., Белов А.И., Сухнев В.А. Внешний теплообмен космических аппаратов. — М.: Машиностроение, 1977. — 104 с.
5. Козлов Л.В., Нусинов М.Д. и др. Моделирование тепловых режимов космического аппарата и окружающей его среды. — М.: Машиностроение, 1971. — 380 с.
6. Колесников А.В., Сербин В.И. Моделирование условий внешнего теплообмена космических аппаратов. — М.: Информация —XXI век, 1997. — 170 c.
7. Малоземов В.В. Тепловой режим космических аппаратов. — М.: Машиностроение, 1980. — 260 с.
8. Кристанс Р.М. Введение в механику композитов. — М.: Мир, 1982. — 334 с.
9. Лурье А.И. Теория упругости. — М.: Наука, 1970. — 939 с.
10. Aifantis E.C. The physics of plastic deformation // International Journal of Plasticity, 1987, vol. 3, pp. 211-247. DOI: 10.1016/0749-6419(87)90021-0
11. Shackelford J.F. Introduction to Material Science for Engineers, New Jersey, Prentice Hall, 2000, 877 p.
12. Vardoulakis I., Georgiadis H.G. Sh surface waves in a homogeneous gradient-elastic half-space with surface energy // Journal of Elasticity, 1997, 47, pp. 147–165.
13. Li, I. Miskioglu, B.S. Altan. Solution to line loading of a semi-infinite solid in gradient elasticity // International Journal of Solids and Structures, 2004, vol. 41, pp. 3395–3410. DOI:10.1016/j.ijsolstr.2004.02.010
14. Диткин В.А., Прудников А.П. Операционное исчисление по двум переменным и его приложения. — М.: Физматлит, 1958. — 178 c.
15. Хатунцева О.Н. О нахождении обобщенного аналитического решения плоской задачи Куэтта для турбулентного режима течения жидкости // Труды МАИ. № 2022. № 122. URL:https://trudymai.ru/published.php?ID=164194. DOI: 34759/trd-2022-122-07
16. Хатунцева О.Н. Обобщенное аналитическое решение плоской задачи Пуазейля для турбулентного режима течения несжимаемой жидкости // Труды МАИ. 2022. № 123. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=165492. DOI: 34759/trd-2022-123-08
17. Городнов А.О., Лаптев И.В. Влияние теплоемкости стенки на рост давления и температурное расслоение при тепловой конвекции паров водорода в вертикальной цилиндрической емкости // Труды МАИ. 2021. № 116. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=121008. DOI: 34759/trd-2021-116-02
18. Лурье С.А., Шрамко К.К. Об условии корректности в краевых задачах градиентных теорий упругости // Труды МАИ. 2021. № 120. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=161414. DOI: 34759/trd-2021-120-02
19. Бендерский Б.Я., Чернова А.А. Теплообмен в камере сгорания ракетного двигателя при изменении геометрии канально-щелевого заряда твердого топлива // Труды МАИ. 2020. № 111. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=115121. DOI: 34759/trd-2020-111-5
20. Пронина П.Ф., Тушавина О.В., Шумская С.А., Егорова М.С. Аналитическое моделирование теплопереноса в элементах ЭВТИ // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 8. С. 348-353.

Скачать статью