3.3.3. Сравнительный анализ двух вариантов конструкции обсерватории

Кроме варианта конструкции обсерватории, представленном на Рис. 1.11, Рис. 3.39 и Рис. 3.40, были предложены альтернативные варианты конструкции обсерватории. В частности, варианты конструкции с зеркалом диаметром 10 м, подвижно закрепленным относительно корпуса обсерватории.

Каждая модель состояла из шестислойного экрана и зеркала параболической формы с фокусным расстоянием 2,4 м. Каждый слой экрана представлял собой восьмигранную пирамиду с основанием, обращенным к зеркалу. Слой представлялся в модели восемью элементами. Зеркало моделировалось 108 элементами. Точечный источник излучения мощностью 3.85E+26 Вт и эффективной температурой 5788К находился на расстоянии 1.49E+11 м от зеркала на оси симметрии модели со стороны экранов и обеспечивал лучистый поток плотностью 1374 на внешний слой экрана. Начальная температура обсерватории составляла 300К, время расчета 1.0 E+7 с.

Внешний вид моделей описанных вариантов конструкции представлен на Рис. 3.44-3.47.

Рис. 3.44. Шаг экранов 1 м, зеркало на оси	Рис. 3.45. Шаг экранов 1 м, зеркало наклонено на 90
Рис. 3.46. Шаг экранов 0,2 м, зеркало на оси	Рис. 3.47. Шаг экранов 0,2 м, зеркало наклонено на 90

Представленные варианты отличаются друг от друга шагом между экранами, составляющем 1 м для варианта, изображенного на Рис. 3.44-3.45, и 0,2 метра для варианта на Рис. 3.49-3.47.

Габаритные размеры моделей показаны на Рис. 3.48 и Рис. 3.49.

Рис. 3.48. Габаритные размеры модели обсерватории

с шагом экранов 1 м. Размеры указаны в метрах

Рис. 3.49. Габаритные размеры модели обсерватории

с шагом экранов 0,2 м. Размеры указаны в метрах

Особенностью варианта с шагом экранов 0,2 метра являются двухслойные экраны. Каждый из шести слоев в этом варианте состоит из двух пленок, находящихся на расстоянии 10 мм друг от друга, см. Рис. 3.49.

Теплофизические свойства материалов обоих вариантов конструкции приведены в Табл. 3.6, термооптические свойства – в Табл. 3.7.

Табл. 3.6

Теплофизические свойства вариантов конструкции обсерватории

Элемент конструкции	Материал	Плотность материала,	Удельная тепло-емкость,	Тепло-проводность,	Толщина, мм
Зеркало	Композит С-С	1490	1130	0,45	5
Экраны	Лавсан с Al	1450	1000	0,24	1

Табл. 3.7

Термооптические свойства вариантов конструкции обсерватории

Модель	Коэф. зерк. отр.	Коэф. дифф. отр.	Коэф. погл.	Коэф. проп.	Степень черноты
Рабочая сторона зеркала	0,0	0,900	0,100	0,0	0,100
Тыльная сторона зеркала	0,0	0,900	0,100	0,0	0,100
Освещаемый слой экрана	0,0	0,800	0,200	0,0	0,200
Следующий за освещаемым слой экрана	0,0	0,800	0,200	0,0	0,200
Прочие слои экрана	0,0	0,900	0,100	0,0	0,100

Результаты расчета температурных полей для различных вариантов приведены на Рис. 3.50 - 3.53. Зависимости средней температуры зеркала от времени для различных вариантов конструкции обсерватории приведены на Рис. 3.54.

Рис. 3.50. Шаг экранов 1 м, зеркало на оси. Температурное поле	Рис. 3.51. Шаг экранов 1 м, зеркало наклонено на 90. Температурное поле
Рис. 3.52. Шаг экранов 0,2 м, зеркало на оси. Температурное поле	Рис. 3.53. Шаг экранов 0,2 м, зеркало наклонено на 90. Температурное поле

Рис. 3.54. Зависимости средних температур зеркала от времени для различных вариантов конструкции обсерватории. Слева общий вид зависимостей, справа крупно показано время окончания расчета

Сравнение полученных результатов между собой и с результатами расчета варианта конструкции с двенадцатиметровым неподвижным зеркалом позволяет сделать вывод о том, что все варианты с поворотным зеркалом являются более выгодными, чем вариант с неподвижным зеркалом, так по истечении одного и того же времени они обеспечивают более низкую температуру зеркала. При сравнении вариантов с подвижным зеркалом между собой легко заменить, что более выгодным является вариант с шагом экранов 1 м. В этом варианте достигается наименьшая температура зеркала, которая, к тому же, не зависит от поворотов зеркала относительно экранов, что свидетельствует о значительном снижении теплового потока с последнего слоя экрана на зеркало.