Определение коэффициента теплопроводности тонкой пластины при стационарном режиме Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 536.2.081.7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТОНКОЙ ПЛАСТИНЫ ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ

Т. С. Сухоносова Научный руководитель - С. В. Телегин

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

Е-mail: teddy-tanya1@mail.ru

Данная работа посвящена улучшению состава защитного экрана для увеличения срока эксплуатации и уменьшения массогабаритных характеристик. Рассчитан коэффициент теплопроводности тонкой алюминиевой пластины.

Ключевые слова: защитный экран, спутник, моделирование, коэффициент теплопроводности.

DETERMINATION OF THE COEFFICIENT OF CONDUCTION OF THIN PLATE

IN THE STATIONARY MODE

T. S. Sukhonosova Scientific Supervisor - S. V. Telegin

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: teddy-tanya1@mail.ru

This work is devoted to improving of the composition of heterogeneous radiation shield to improve the life cycle and reduced weight. The coefficient of conduction of a thin aluminum plate is calculated.

Keywords: protective screen, the satellite, modeling, coefficient of conduction.

В наше время всеобщей информатизации общества, активно используется большое число спутниковых систем, предназначенных для различных областей применения. На работоспособность бортовой аппаратуры влияют многочисленные факторы. Одним из главных является фактор воздействия ионизирующих излучений космической среды.

Воздействие подобных излучений приводит к структурным изменениям материалов. Большая часть поглощенной энергии ионизирующих излучений переходит в тепло, вызывающее значительное повышение температуры материала (радиационный разогрев), что в условиях космической среды составляет от десятков до сотен градусов. А по мере повышения температуры радиационная стойкость материалов непрерывно понижается.

В результате активирования некоторых видов молекулярного движения и при низкой теплопроводности материала, вся поглощенная энергия выделяется в виде тепла в тонком слое, который может расплавиться или даже раствориться.

Поэтому изучение явления теплопереноса является очень важным при разработке композиционных материалов защитных экранов.

Одним из возможных путей снижения стоимости КА является снижение массы пассивных элементов защиты без потери радиационно-стойких свойств. Возможно несколько вариантов снижения веса за счет экранов: отсутствие защиты, использование экранов из легких алюминиевых сплавов [1].

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1

В данной работе мы будем рассматривать тонкие алюминиевые пластины. Мы исследуем коэффициент теплопроводности X для алюминиевой пластины марки АМг6, в состав которой входят химические элементы (в процентном соотношении): А1 - 91,1-93,68 %; Mg - 5,8-6,8 %; Мп - 0,5-0,8 %; Бе - не больше 0,4 %; 81 - не больше 0,4 %; 2п - не больше 0,2 %; Т1 - 0,02-0,1 %; Си - не больше 0,1 %; Ве - 0,0002-0,005 %, на экспериментальной установке (см. рисунок).

I

Схема измерительной установки [2]: 1 - нагреватель; 2 - термопары;

3 - холодильник; 4 - исследуемый образец.

Методика проведения эксперимента была выбрана по ГОСТ 7076-99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме».

Температура регистрируется милливольтмилиамперметром М2020 с хромель-алюмелевых термопар (ТХА). Главные преимущества хромель-алюмелевых термопар перед другими видами термопреобразователей - невысокая стоимость, достаточно широкий диапазон измеряемых температур: от минус 200 °С до плюс 1 372 °С. Показания напряжений переводились в градусы по таблице.

Для проверки точности экспериментальной установки, выбран образец тонкой алюминиевой пластинки АМг6, как основного материала радиационных экранов [3], размером 70^70^2 мм. Значения коэффициента теплопроводности получились равными 130±2 Вт/мх°С и 149±3 Вт/мх °С при температурах 100 и 150 °С соответственно.

Для сплава АМг6 справочных данных значения теплопроводности в исследуемом интервале температур не найдено. Как видно по таблице, коэффициент теплопроводности имеет зависимость от химического состава. Наиболее близким соотношением компонентов к исследуемому образцу обладает сплав 92 % А1, 8 % Mg.

Коэффициент теплопроводности металлов и сплавов [4]

Металл/сплав Температура, °С

0 20 100 200

100 % А1 202 - 206 229

92 % А1, 8 % Mg 102 106 123 148

91-95 % А1; 5-9 % Mg 109 112 126 141

Сравнивая результаты, полученные в ходе эксперимента, можно сказать, что рассчитанные значения коэффициента теплопроводности незначительно отличаются от справочных, следовательно, на данной экспериментальной установке можно проводить исследования более сложных композиционных материалов в интервале температур от 25 до 200 °С

Библиографические ссылки

1. Особенности радиационной защиты сверхмалых космических аппаратов / Д. М. Зуев, Е. Я. Чесноков, С. А. Бабич и др. // Решетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч.-

практ. конф. Т. 1. Малые космические аппараты: производство, эксплуатация и управление / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 559-561.

2. ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. М. : Науч.-исслед. инт строит. физики (НИИСФ) Рос. Федер. 1999. 13 с.

3. Радиационные условия на геостационарной орбите. Вопросы электромеханики / И. П. Безродных, Е. И. Морозова, А. А. Петрукович и др. // Тр. НПП ВНИИЭМ. М. : ФГУП «НПП ВНИИ-ЭМ», 2010. Т. 117, № 4. С. 33-42.

4. Справочные материалы для решения задач по курсу «Тепломассообмен» / В. В. Бухми-ров, Д. В. Ракутина, Ю. С. Солнышкова / Иванов. гос. энергетич. ун-т им. В. И. Ленина. Иваново, 2009. 102 с.

© Сухоносова Т. С., 2017