Динамический нагрев терморегулирующих покрытий под действием поля температур


Авторы

Вятлев А. П.

ООО «Центр оптического стекла», Химки, Московская область, Россия

e-mail: antonvyatlev@gmail.com

Аннотация

Работа посвящена исследованию динамического нагрева элементов терморегулирующих покрытий (далее – ТРП) под действием поля температур. Элементы ТРП класса «солнечный отражатель» монтируются на сотопанели теплообменников космических аппаратов (далее – КА) и являются составными частями пассивной системы обеспечения теплового режима (далее – СОТР) КА. Элементы ТРП имеют многослойную структуру и представляют собой пластины с подложкой из прозрачного оптического радиационно-стойкого стекла (далее – ПОРС) с отражающим, защитным, и в некоторых случаях, при необходимости защиты поверхности КА и его приборов от статического электричества, электропроводным покрытиями. Основная задача элементов ТРП – обеспечение защиты КА от чрезмерного влияния электромагнитного Солнечного излучения (далее – ЭМИ), одновременного отвода избыточного тепла в окружающее космическое пространство, поддержание необходимого теплового режима в определенном температурном диапазоне и при наличии электропроводного слоя и эквипотенциальной поверхности элемента ТРП – сброс статической энергии. Преимущественно работа ТРП осуществляется в безвоздушной среде, свободной от вещества – вакууме, вследствие чего, можно сделать вывод об отсутствие конвективного метода способа передачи тепловой энергии. Исходя из этого, основные способы осуществления терморегуляции достигаются благодаря применению ТРП с необходимыми характеристиками поглощения солнечного излучения As и коэффициентом излучения (черноты) внешних поверхностей КА и его составных частей. В данной работе проведен тепловой расчет образца элемента ТРП, температурное поведение которого смоделировано теплопроводящим трехслойным элементом. Решение проводится на основе преобразования Лапласа по времени с последующем обращении с помощью таблиц и вычислением интеграла свертки.
В результате проделанной работы представлена зависимость температурных полей исследуемого образца по времени в различных координатах, показаны температурные поля по толщине пакета в различные моменты времени, приведены распределения тепловых потоков по времени и координате, а также произведен сравнительный анализ с экспериментальными данными. 

Ключевые слова:

ТРП, СОТР, терморегулирующие покрытия, солнечный отражатель, интегральное преобразования Лапласа, динамический нагрев

Список источников

  1. Диткин В.А., Прудников А.П. Справочник по операционному исчислению. М.: Высшая школа, 1965. – 466 с.
  2. Kevin A.J. Doherty, Barry Twomey, Sinéad McGlynn et al. HighTemperature Solar Reflector Coating for the Solar Orbiter // Journal of Spacecraft and Rockets. 2016. Vol. 53, No. 6. P. 1077-1084. DOI: 10.2514/1.A33561
  3. Атамасов В.Д., Ермолаев В.И., Кукушкин И.О. Система обеспечения теплового режима космического аппарата. - Санкт-Петербург: Министерство обороны РФ, 2003. - 71 с.
  4. Герасимов C.A. Рассеяние молекул неоднородной поверхностью твердого тела: метод и особенности моделирования // Современные наукоемкие технологии. 2011. № 2. С. 62-67.
  5. Вятлев П.А., Гончаров К.А., Сигаев В.Н., Сысоев В.К., Юдин А.Д. Анализ технологии изготовления стеклянных элементов для термооптических покрытий космических элементов // Труды МАИ. 2018. № 102. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=98751
  6. Бабайцев А.В., Бурцев А.Ю., Рабинский Л.Н., Соляев Ю.О. Методика приближенной оценки напряжений в толстостенной осесимметричной композитной конструкции // Труды МАИ. 2019. № 107. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=107879
  7. Терещенко Т.С. Динамический нагрев полуплоскости подвижным источником излучения с учетом теплоотдачи на поверхности // Труды МАИ. 2024. № 139. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=183448
  8. Щавелев О.С., Щавелев К.О., Якобсон Н.А. Термостойкость и механическая прочность стекол // Оптический журнал. 2001. Т. 68, № 11. С. 52-57. 
  9. Otto Peter. Fuzzy modelling of nonlinear dynamic system by inductive learned rules // Радиоэлектроника и информатика 1997. № 1. P. 67-70. 
  10.  Егорова О.В., Жаворонок С.И., Курбатов А.С. О приложении различных вариантов теории оболочек N-го порядка к некоторым задачам о прогрессивных волнах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. № 11. Ч. 1. С. 255-266. 
  11. Вестяк В.А., Земсков А.В., Тарлаковский Д.В., Федотенков Г.В. Математические основы термоупругости: учебное пособие. - М.: МАИ, 2021. - 92 с.
  12.  Земсков А.В., Тарлаковский Д.В., Федотенков Г.В. Термоупругость. Одномерные нестационарные задачи: учебное пособие. - М.: МАИ, 2023. - 95 с.
  13.  Лыков А.В. Теория теплопроводности. - М.: Высшая школа, 1967. - 600 с. 
  14. Steuben J.C., Iliopoulos A.P., Michopoulos J.G. Discrete Element Modeling of Particle-Based Additive Manufacturing Processes // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2016. No. 305. P. 537–561. DOI: 10.1016/j.cma.2016.02.023
  15. Bai X., Zhang H., Wang G. Improving prediction accuracy of thermal analysis for weld-based additive manufacturing by calibrating input parameters using IR imaging // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013. No. 69. P. 5-8. DOI: 10.1007/s00170-013-5102-y
  16. Megahed M., Mindt H.-W., N’Dri N., Duan H., Desmaison O. Metal additive manufacturing process and residual stress modeling // Integrating Materials and Manufacturing Innovation. 2016. No. 5. DOI: 10.1186/s40192-016-0047-2
  17. Khairallah S.A., Anderson A.T., Rubenchik A., King W.E. Laser powder-bed fu sion additive manufacturing: Physics of complex melt flow and formation mechanisms of pores, spatter, and denudation zones // Acta Materialia. 2016. No. 108. P. 36–45. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.02.014
  18. Li C., Liu J.F., Guo Y.B. Efficient Multiscale Prediction of Cantilever Distortion by Selective Laser Melting // Proceedings of the 27th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium. 2016. P. 236-246. 
  19. Zaeh M.F., Branner G. Investigations on residual stresses and deformations in se lective laser melting // Production Engineering. 2010. No. 4. DOI: 10.1007/s11740-009-0192-y
  20. Shen F., Yuan S., Chua C.K., Zhou K. Development of process efficiency maps for selective laser sintering of polymeric composite powders: Modeling and experimental testing // Journal of Materials Processing Technology. 2018. No. 254. P. 52–59. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2017.11.027
  21. Green A.E., Naghdi P.M. A re-examination of the basic postulates of thermomechanics // Proceedings of the Royal Society A. 1991. Vol. 432, P. 171- 194. DOI: 10.1098/rspa.1991.0012P. 171-194 
  22. Green A.E., Naghdi P.M. Thermoelasticity without energy dissipation // Journal Elasticity. 1993. P. 189-208. DOI: 10.1007/BF00044969
  23. Green A.E., Naghdi P.M. On undamped heat waves in an elastic solid // Journal Thermal Stresses. 1992. Vol. 15, No. 2. P. 253-264. DOI: 10.1080/01495739208946136
  24. Огибалов П.М., Грибанов В.Ф. Термоустойчивость пластин и оболочек. - М.: МГУ, 1968. – 520 c. 


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2025

 Вход