Высокоточные методы экспериментального и математического моделирования процессов теплообмена в слоях высокопористых теплозащитных покрытий летательных аппаратов

• Автор: Моржухина, Алена Вячеславовна
• Шифр специальности: 01.04.14, 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Проблема точности при идентификации и исследовании физических свойств теплозащитных материалов и покрытий. Аналитический обзор
1.1. Системы тепловой защиты космических летательных аппаратов. Вопросы проектирования и материалы
1.2. Основные причины возникновения погрешностей термопарных измерений в телах непрозрачных для лучистого нагрева
1.3. Определение температурного поля в полупрозрачных материалах
1.4. Задачи исследования
Выводы по главе
Глава 2. Физическое моделирование процессов теплообмена в слоях тепловой защиты космических летательных аппаратов
2.1 Выбор материала
2.2 Геометрические размеры и форма экспериментального образца.. 33 Выводы по главе
Глава 3. Метод математического моделирования комбинированного
теплообмена в образцах
3.1. Основные уравнения задачи о комбинированном радиационно-кондуктивном теплообмене в плоской пластине
3.2 Описание радиационного теплопереноса в плоском слое частично прозрачного материала
3.3. Численный метод решения задачи радиационно-кондуктивного теплообмена
3.4. Проверка численного метода на точных аналитических решениях
3.5. Численный метод решения кинетической задачи переноса излучения

3.5.1 Двухшаговая схема «предиктор-корректор»
3.5.1.1. Анализ работы «предиктора»
3.5.1.2 Анализ работы «корректора»
3.5.2 Трехшаговое расщепление «по физическим процессам»
Выводы по главе
Глава 4. Результаты экспериментального исследования
4.1. Подготовка тепловых испытаний. Цели и задачи
4.2. Методика проведения тепловых испытаний. Предварительные испытания
4.3. Тепловые испытания
4.4. Анализ результатов тепловых испытаний
Выводы по главе
Глава 5. Интерпретация результатов моделирования и экспериментальных данных
5.1. Результаты математического моделирования
5.2.Сравнительный анализ результатов теоретического и математического исследования
5.3. Обоснование математической модели
Выводы по главе
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность работы
Обеспечение надежной защиты элементов конструкций летательных аппаратов (ЛА) от нагрева во время полета в атмосфере со скоростями, значительно превышающими скорость звука, была и остается одной из наиболее важных задач при проектировании изделий ракетно-космической техники. Одним из возможных путей решения общей задачи улучшения энергомассовых характеристик космических летательных аппаратов может являться создание тепловой защиты с использованием инновационных материалов с высокими удельными массовыми, прочностными и теплозащитными характеристиками. Проблемы разработки, создания и применения новых материалов являются актуальными и нуждаются в проведении дополнительных исследований.
Ключевыми факторами, определяющим использование уже существующих и внедрение новых теплозащитных материалов, являются достоверные данные о ■< теплофизических характеристиках (ТФХ) таких материалов, которые, в основном,
получают экспериментальным путем. Результаты экспериментальных исследований вследствие неточностей, имеющих место во время самого эксперимента, могут приводить к достаточно большим различиям между истинными характеристиками материала и экспериментально вычисленными. Проблему достоверного определения ТФХ усложняет то обстоятельство, что для большой номенклатуры теплоизоляционных и теплозащитных материалов данные по ключевым исходным позициям могут существенно отличаться у различных производителей и разработчиков.
Неточности в исходных теплофизических данных при проектировании теплозащитных систем ЛА приходится учитывать введением соответствующих проектных запасов, в частности, по толщинам слоев теплозащитных пакетов, которые тем больше увеличивают суммарную массу теплозащиты, чем выше

Рис. 2.7 Автоматизированная станция экспериментального комплекса ВТС-ОЗТ
Таблица 2.3 - Основные технические характеристики стенда ТВС-2М
Объем вакуумной камеры 0,05 м
Мощность источников нагрева до 40 Квт
Максимальная температура поверхности исследуемых образцов до 2000°С*
Темп нагрева до 100°С/с
Среда в вакуумных камерах: вакуум (в холодном состоянии); воздух, азот, инертные газы с давлением до 1 х 10'7 бар до 1,6 бар
Размеры исследуемых образцов (длина х ширина х толщина): минимальные максимальные 10хЮх(«0) мм 150x150x100 мм
Количество одновременно испытываемых образцов 1 или
Общее число каналов измерения и управления АСНИ (в том числе высокоточных каналов измерения температуры) 240
Точность измерения температуры 0,5°С