- •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
6. Применение обратных задач при исследовании процессов теплообмена и проектировании технических объектов
6.1. Особенности задач теплового проектирования, приводящие к постановке обратных задач теплообмена
Отличительной особенностью тепловых исследований на всех этапах проектирования КА является органическое сочетание расчетно-теоретических и экспериментальных исследований. При этом роль теплового эксперимента весьма велика, так как для исследуемых объектов характерно протекание сложных, взаимосвязанных и недостаточно изученных физико-химических процессов, определяющих тепловое состояние КА. Как уже отмечалось в первом разделе данного пособия экспериментальные исследования и испытания обычно используются для подтверждения правильности расчетно-теоретических оценок, для выбора, обоснования и диагностической проверки математических моделей, использующихся в тепловых исследованиях. В ряде случаев эксперимент может играть самостоятельную роль. Такая ситуация возникает, когда изучаемый процесс еще труден для окончательного понимания и в силу многих неопределенностей, а также трудностей математического плана, теоретический анализ не может дать удовлетворительных результатов. В качестве примера можно привести многие задачи нестационарного конвективного теплообмена на поверхности КА, в топливных баках и трубопроводах. Как показывает практика, успех теплового проектирования в значительной мере зависит от полноты экспериментальной отработки в стендовых и натурных условиях, от достоверности обработки экспериментальной информации, от правильности выбора математических моделей, описывающих тепломассообменные процессы и тепловое состояние элементов, подсистем и всей системы в целом.
Из сказанного можно сделать вывод о том, что при всем различии задач, решаемых в процессе теплового проектирования, они имеют одно общее - информация о тепловом состоянии объекта исследования должна быть заключена в исходных данных задачи. Этот общий момент является принципиальным и приводит к постановкам задач, называемых обратными задачами теплообмена.
Как известно, целью прямой задачи, в частности задачи теплообмена, является установление причинно-следственных связей. Так например, в задаче теплообмена между некоторой системой и окружающей средой к причинным характеристикам относятся граничные условия и их параметры, начальные условия, теплофизические свойства элементов системы, внутренние источники тепла, тепловые связи между элементами, а также геометрические характеристики системы. Тогда следствием будет то или иное состояние системы, определяемое ее температурным полем.
Если же по определенной информации о температурном поле требуется восстановить причинные характеристики, то в этом случае мы имеем ту или иную постановку обратной задачи теплообмена.
Постановки обратных задач, в отличии от прямых, нельзя воспроизводить в реальном эксперименте, т.е. нарушить причинно-следственную связь не математическим, а физическим путем. И в этом смысле они не соответствуют физически реализуемым событиям. Например, нельзя обратить ход теплообменного процесса и тем более изменить течение времени. Таким образом, можно говорить о физической некорректности постановки обратной задачи. При математической формализации она проявляется уже как математическая некорректность ( чаще всего неустойчивость решения), и обратные задачи представляют собой типичный пример некорректно поставленных задач в теории теплообмена. Нарушение причинно-следственной связи, имеющее место в исходной постановке задачи, предопределяет серьезные трудности их решения. В первую очередь, это трудности разработки методов и алгоритмов, дающих достоверные результаты.