- •Введение
- •1. Основные этапы и особенности теплового проектирования ка
- •2. Факторы космического полета, оказывающие влияние на тепловое состояние ка.
- •2.1. Условия космического пространства, оказывающие прямое и косвенное влияние на тепловое состояние ка
- •2.1.1 Космический вакуум
- •2.1.2. Невесомость.
- •2.1.3. Электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца.
- •2.1.4. Исходящее от планет излучение
- •2.1.5. Микрометеорные потоки и собственные выделения ка
- •2.2. Условия на участке торможение и спуск ка или его части (ca) в атмосфере планет.
- •2.2.1. Возможные траектории спуска и их особенности.
- •2.2.2. Газодинамическая картина обтекания спускаемого аппарата высокоскоростным потоком газа.
- •2.2.3. Физико-химические процессы в сжатом слое.
- •Зависимость подводимой к поверхности са тепловой энергии от геометрической формы его поверхности.
- •2.2.5. Оценочные формулы для определения конвективного и радиационного тепловых потоков к поверхности са в окрестности точки торможения и по поверхности аппарата.
- •3. Системы обеспечения тепловых режимов
- •3.1. Общие сведения о системах обеспечения тепловых режимов
- •3.2 Характеристика некоторых средств обеспечения теплового режима, входящих в сотр
- •3.2.1. Экранно-вакуумной теплоизоляции (эвти) и ее свойства.
- •3.2.2 Тепловые трубы и принципы их работы
- •3.2.3.Радиационно-оптические покрытия поверхности ка и их реакция на воздействие коротковолнового электромагнитного и корпускулярного излучения Солнца.
- •3.2.4.Особенности систем обеспечения теплового режима криогенных емкостей ка.
- •3.3. Методы тепловой защиты са
- •3.3.1. Краткая характеристика методов тепловой защиты
- •3.3.2. Механизм разрушения различных теплозащитных материалов.
- •3.3.3. Эффективная энтальпия разрушения.
- •4. Математическое моделирование теплового режима ка
- •4.1.Общая характеристика математических моделей,применяемых на различных этапах проектирования ка.
- •4.2. Описание математической модели теплового режима негерметичных ка в частности, крупногабаритных.
- •4.2.1. Численно-аналитический метод определения угловых коэффициентов
- •4.2.2. Методический подход к расчету распределения плотности поглощаемого элементами ка потока излучения.
- •4.3. Математическое моделирование внешнего теплообмена ка.
- •4.3.1. Расчет плотности падающего на невогнутые поверхности ка потока солнечного излучения
- •4.3.2. Расчет плотности падающего на поверхность ка потока исходящего от планет излучения
- •5. Экспериментальная тепловая отработка ка
- •5.1 Значение экспериментальной тепловой отработки ка.
- •5.2. Краткая характеристика структуры тепловых испытаний ка и методических подходов к экспериментальной отработке сотр ка.
- •5.3. Методы экспериментального исследования теплозащитных материалов.
- •6. Применение обратных задач при исследовании процессов теплообмена и проектировании технических объектов
- •6.1. Особенности задач теплового проектирования, приводящие к постановке обратных задач теплообмена
- •6.2. Классификация обратных задач теплообмена.
- •Список использованных источников
3.2 Характеристика некоторых средств обеспечения теплового режима, входящих в сотр
Рассмотрим более подробно в дополнение к материалу предыдущего раздела наиболее важные элементы системы обеспечения теплового режима КА: зкранно-вакуумную теплоизоляцию, тепловые трубы и радиационно-оптические покрытия, склонные, однако, к изменению своих характеристик под воздействием факторов космической среды.
3.2.1. Экранно-вакуумной теплоизоляции (эвти) и ее свойства.
Влияние внешнего теплообмена на внутренний тепловой режим КА можно существенно уменьшить, а в ряде случаев и свести к пренебрежимо малой величине, если воспользоваться специальной эффективно работающей в вакууме теплоизоляцией, называемой экранно-вакуумной (ЭВТИ). Элемент такой теплоизоляции представляет собой пакет, собранный из непрозрачных для излучения экранов и прокладочного материала, призванного предотвратить в значительной мере контакт между экранами и уменьшить тем самым кондуктивный теплоперенос. В зависимости от условий эксплуатации экраны выполняются из полимерных пленочных материалов или металлической фольги. Экраны из полимерных материалов используются в случае, когда их температура не превышает . При более высоких температурах экраны выполняются из металлической фольги: из алюминевой фольги, если температура не превышает , и из никелевой фольги, если температура не превосходит . Толшина экранов составляет в одних случаях , а иногда . Экраны из полимерных материалов бывают гладкие и рифленые. С целью уменьшения степени черноты экранов на полимерные пленки с одной или двух сторон напыляют тончайший металлический слой, например, осуществляют вакуумное напыление пленки алюминия. Чтобы обеспечить благоприятные условия для вакуумирования ЭВТИ, экраны перфорируют отверстиями.
В качестве прокладочного материала используют стекловуали, холсты из штапельного кварцевого волокна, капроно-трикотажные сетки и др.
В необжатом, отвакуумированном пакете теплоперенос через теплоизоляцию осуществляется в основном за счет теплообмена излучением между экранами. Для оценки теплоизоляционных свойств ЭВТИ предположим, что теплопроводность остаточного газа и теплоперенос теплопроводностью через места контактов экранов пренебрежимо малы по сравнению с переносом тепла за счет лучистого теплообмена между экранами. Кроме того допустим, что степень черноты экранов одинакова с обеих сторон и не зависит от температуры. В этом случае при стационарном режиме плотность результирующего теплового потока через пакет ЭВТИ, включающем экранов, определяется следующим выражением :
,
где -плотность теплового потока, поглощаемого внешней поверхностью пакета ЭВТИ,
и - соответственно степень черноты наружной поверхности и приведенная степень черноты, при этом ,
- температура последнего внутреннего экрана – это фиксированная температура, равная, например, внутренней температуре защищаемого ЭВТИ отсека.
В инженерной практике теплоизоляционные свойства ЭВТИ оцениваются величиной удельного термического сопротивления . Именно величину используют при исследовании теплового режима КА, в состав средств обеспечения теплового режима которого входит ЭВТИ. При этом величину определяют следующим выражением :
. Поскольку , то используя первое вышеприведенное выражение для , получим следующее выражение для оценки величины :
.
Значительный интерес представляют результаты сопоставления теплоизоляционных свойств ЭВТИ со свойствами обычных теплоизоляционных материалов, тепловая проводимость которых характеризуется, как правило, коэффициентом теплопроводности . Связь между и можно легко установить, если известна толщина теплоизоляции. Действительно, с одной стороны, , с другой - , следовательно .
При , , , . Если предположить при этом, что плотность укладки экранов составляет 10 экранов на 1 см (не обжатое состояние), то при . Заметим, что самые лучшие в отношении теплоизоляционных свойств пористые материалы (пенопласты, паралоны и т.д. ) по крайней мере в десятки раз уступают ЭВТИ, проигрывая в то же время ЭВТИ многократно и по массовым характеристикам.
Изолируя отсеки и элементы КА экранно-вакуумной теплоизоляцией, можно свести влияние внешнего теплообмена на внутреннее тепловое состояние этих отсеков и элементов к малой, а во многих случаях и к пренебрежимо малой величине.