Исследование и разработка методов моделирования внешнего теплообмена космических аппаратов с помощью инфракрасных источников излучения

• Автор: Палешкин, Андрей Вячеславович
• Шифр специальности: 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ КА В УСЛОВИЯХ, МАКСИМАЛЬНО ПРИБЛИЖЕННЫМ К НАТУРНЫМ
1Л. Моделирование испытываемого объекта
1.2. Моделирование внешнего теплообмена КА
1.2.1. Воспроизведение космического вакуума и радиационных свойств космического пространства
1.2.3. Имитация планетного излучения
1.2.4. Имитация солнечного излучения
1.2.4. Исследование внешнего теплообмена КА с помощью его маломасштабной модели
1.3. Выводы
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВНЕШНЕГО ТЕПЛООБМЕНА КА
2.1. Анализ известных методов расчета внешнего теплообмена КА
2.2. Математическое моделирование внешнего теплообмена КА с
произвольной геометрической формой его наружных поверхностей
2.2.1. Методический подход к решению задачи
2.2.2 Численно-аналитический метод определения угловых коэффициентов
2.2.3 Расчет плотности потока солнечного излучения, падающего
на КА
2.2.4 Расчет облученности поверхности КА потоком исходящего от планеты излучения
2.3 Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИБЛИЖЕННЫХ МЕТОДОВ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕПЛООБМЕНА КА

3.1 Конформные управляемые электронагреватели
3.2. Сетчатые электронагреватели
3.2.1 Имитаторы расчетного внешнего теплового воздействия на основе сетчатых нагревателей
3.2.2. Методический подход к решению задачи выбора энергетического режима работы сетчатых нагревателей
3.2.3. Расчет плотности тепловых потоков, падающих на тнспло воспринимающие элементны испытываемого объекта от излучающих нитей нагревателя
3.3. Системы из автономных линейчатых или условно точечных излучателей, расположенных вокруг испытываемого объекта
3.4. Имитаторы расчетного внешнего теплового воздействия на основе линейчатых и условно точечных излучателей, размещаемых на некотором удалении от испытываемого объекта
3.4.1. Имитаторы с линейчатыми излучателями
3.4.2. Методический подход к решению задачи определения оптимального режима работы имитатора
3.4.4. Решение задач, сопутствующих задаче оптимизации режима работы имитатора
3.4.5. Анализ функциональных возможностей рассматриваемых имитаторов
3.6. Выводы
4. ИЛЛЮСТРАЦИЯ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ
4.1. Термостатирование изделия «Электро» в вакуумной камере при проведении электрических испытаний
4.2. Термостатирование изделия «Спектр -р» в вакуумной камере при проведении электрических испытаний
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Одним из непременных условий надежного функционирования космического аппарата (КА), а следовательно и оправдания значительных затрат на его создание является обеспечение необходимого теплового режима всех его элементов. Задача обеспечения теплового режима изделий космической техники, функционирующих, как правило, в условиях, неблагоприятных для реализации эксплуатационных характеристик всех их систем и элементов, имеет особую специфику, заключающуюся в том, что процесс ее решения в той или иной мере влияет на выбор проектных и частных технических решений, касающихся почти всех систем КА. Поэтому важнейшим видом деятельности при разработке космической техники является тепловое проектирование, заключающееся в решении тепловых аспектов задачи создания космического аппарата при увязке этих решений с задачами общего проектирования.
Надежное математическое моделирование теплообмена большинства типов космических аппаратов связано с рядом трудностей, обусловленных не столько недостатками математических методов и вычислительных средств, сколько сложностью и значительной неопределенностью протекания физических процессов.
В связи с этим большое значение при создании КА имеет, так называемая, тепловая отработка, представляющая собой совокупность тепловых экспериментов (испытаний) и проводимых на основе их результатов мероприятий по доработке (в случае необходимости) средств обеспечения теплового режима, а иногда и конструкции аппарата [3, 18].
Среди всех видов тепловых испытаний КА в целом или его отдельных элементов особое место по сложности, значимости трудоемкости, связанной с расходованием больших материальных ресурсов, занимают тепловакуумные испытания, отличительной особенностью которых является моделирование в экспериментальных установках космических условий полета или условий

интегрирование трудно выполнить для поверхностей с переменной кривизной или перекошенных поверхностей. При расчетах по методу Монте-Карло угловые коэффициенты тождественно равны той доле энергии интегрального излучения испускаемых поверхностью пучков, которая достигает второй поверхности. При этом не делается никаких ограничений относительно зависимости свойств поверхности от длины волны направления и равномерности распределения испускаемого и отраженного потоков. Расчеты по методу Монте-Карло дают результаты, которые колеблются около действительного значения, поскольку этот метод представляет собой повторяющийся эксперимент, использующий математическую модель вместо реальной физической задачи. Для определения погрешности можно использовать стандартные статистические тесты; ее можно уменьшить такими же способами, как и ошибки эксперимента, т.е. путем осреднения большого числа проб и (или) путем уменьшения вариаций отдельных проб. Не существует строгих критериев, гарантирующих сходимость результатов, полученных методом Монте-Карло, к действительным решениям. Наибольшая трудность при использовании метода проб связана с определением оптимального размера выборок проб [13].
Более широкими возможностями, по сравнению с рассмотренными методами, а также большей простотой обладает характеризуемый ниже численно-аналитический метод определения плотности падающих на КА лучистых тепловых потоков, исходящих от Солнца и планет.
2.2. Математическое моделирование внешнего теплообмена КА с произвольной геометрической формой его наружных поверхностей.
Рассмотрим задачу определения плотности падающего на элементы КА потока излучения, исходящего от Солнца. Космический аппарат, подвергающийся воздействию солнечного излучения, может представлять собой совокупность тел с поверхностями любого вида, включая различного