Численное моделирование тепловых испытаний объектов космической техники Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ШепломассооВменные процессы в конструкциях ЯЛ, энергетических.установоки систем жизнеобеспечения

2. Sergey V. Arinchev. Simulation of reversed torsion of the AlMg6 aluminium bar using the macro-molecule approach // International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE), Proceedings of the XIII International Conference on Computational Plasticity. Fundamentals and Applications, COMPLAS XIII, Polytechnic University of Catalonia (UPC), Barcelona, Spain, 1-3 Septemper 2015. EbookComplas 2015. P. 429-439.

3. Sergey V. Arinchev. Back from the solid temperature to kinetic energy of its macromolecules // International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE), Proceedings of the IV-th International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Ap-

plications. Polytechnic University of Catalonia (UPC), Barcelona, Spain 28-30 September, 2015, E-book_PARTICLES_2015. P. 909-920.

4. Eduardo M.B. Campello A description of rotations for DEM models of particle systems // Computational Particle Mechanics, 2015. Vol. 2. P. 109-125. DOI 10.1007/s40571 -015-0041-z.

5. Rubio-Largo S. M., Lind P. G., Maza D., Hidalgo R. C. Granular gas of ellipsoids: analytical collision detection implemented on GPUs // Computational Particle Mechanics, 2015. Vol. 2. P. 127-138. DOI: 10.1007/s40571 -015-0042-y.

© ApHH^eB C. B., 2016

УДК 536.33

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБЪЕКТОВ КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

В. С. Белозеров, А. В. Делков, Д. А. Топоев, М. А. Ермаков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: delkov-mx01@mail.ru

Описывается система наземных тепловых испытаний объектов космической техники. Приводится математическая модель испытаний с описанием контурных связей между элементами. Оцениваются возможности расчетного алгоритма.

Ключевые слова: тепловые испытания, математическая модель.

NUMERICAL SIMULATION OF HEAT TESTING THE SPACE EQUIPMENT

V. S. Belozerov, A. V. Delcov, D. A. Topoyev, M. A. Ermakov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsk^ Rabochy Ae., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: delkov-mx01@mail.ru

A system of ground-based thermal testing of objects in space technology is described. The paper presents a mathematical model of the testing contour with connections between elements. The possibility of computational algorithm is evaluated.

Keywords: thermal testing, mathematical model.

Для моделирования космических условий полета или условий пребывания на поверхностях не имеющих атмосфер небесных тел (Луна, астероиды) широко используются наземные тепловые испытания космических аппаратов. Задача таких испытаний - проверка работы аппаратуры и узлов в реальных космических условиях, определение теплофизических параметров отдельных частей и элементов космического аппарата, определение прочностных характеристик и уточнение математических моделей систем терморегулирования [1].

Для проведения тепловых испытаний используют термовакуумные камеры, внутри которых создают условия, подобные космическим (низкие давление и температура). В данной работе ставится задача мате-

матического описания тепловакуумных испытаний космических аппаратов. Такая модель позволит оценить затраты энергии, необходимые для охлаждения объекта, время выхода системы на режим.

Для моделирования была использована система, представленная на рис. 1. В вакуумной камере размещены объект испытания и криогенный экран. На экран подается рабочее тело (жидкий азот, жидкий гелий). Теплообмен в системе происходит излучением.

Данную задачу можно рассматривать как систему взаимосвязанных тел, излучающих и поглощающих потоки тепловой энергии. Неизвестные параметры системы - температура (тела, криогенного экрана) и тепловой поток (снимаемый с тела, поступающий на криогенный экран).

<Тешетневс^ие чтения. 2016

Рис. 1. Моделируемая система тепловакуумных испытаний космической техники

Рис. 2. Изменение температуры объекта захолаживания по времени

Для данной системы элементов необходимо рассмотреть соотношения:

1. Уравнение баланса энергии для системы. Показывает, что тепловые потоки, поступающие с тела, поглощаются криогенным экраном (система замкнута):

^Q 0экран + Qобъекта + ... 0

2. Уравнение теплового излучения (закон Стефа-на-Больцмана). Показывает, что тепловое излучение тела пропорционально его температуре: Q = FeaT4.

Для расчета данной системы с использованием приведенных уравнений был написан алгоритм, который лег в основу программы. Программа расчета позволяет вычислить тепловые потоки и температуры в системе в данный момент времени. На рис. 2 показан график изменения температуры охлаждаемого объекта по времени.

Вывод. В основе модели тепловых испытаний объектов космической техники лежат уравнения теплово-

го излучения и баланс энергии. Разработанная на этой основе математическая модель позволяет определять температуру охлаждаемого объекта по времени.

Библиографическая ссылка

1. Афанасьев В. А. и др. Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов / под ред. Н. В. Холодкова. М. : Изд-во МАИ, 1994. 412 с.

Reference

1. Afanasyev V. A. Jeksperimental'naja otrabotka kosmicheskih letatel'nyh apparatov (Experimental verification of spacecrafts) Moscow : Publishing house of the Moscow Aviation Institute, 1994, 412 p.

© Белозеров В. С., Делков А. В., Топоев Д. А., Ермаков М. А., 2016