CC BY
33По результатам полученных изображений можно сделать следующие выводы.
Из вида графиков следует, что изображения, полученные двумя способами численным интегрированием в среде Ма^ЛБ, совпадают в пределах погрешности. Для первой модели при длине волны 0,50 и для второй модели при длине волны 1,06 наблюдается самое большое отличие между объектом 1 и его изображением. Значительное отличие между объектом 2 и его изображением наблюдается при длине волны 0,44 для первой модели атмосферы и при длине волны 1,06 для второй модели атмосферы.
Рассчитаны системные характеристики для оптико передающей системы в МУП. Отмечено, что МУП позволяет посчитать ОПФ и ФРТ с маленьким шагом. Несмотря на то, что МУП обладает небольшой областью применимости, данный метод показывает хоро-
шие результаты в безоблачной атмосфере. Построены изображения тестовых объектов для различных оптико-геометрических условий наблюдения.
Библиографические ссылки
1. Зеге Э. П., Иванов А. П., Кацев И. Л. Перенос изображения в рассеивающей среде. Минск : Наука и техника, 1985. 327 с.
2. Папулис А. Теория систем и преобразований в оптике. М. : Мир, 1971. 495 с.
References
1. Zege E. P., Ivanov A. P., Katsev I. L. Moving Image in a scattering medium. Minsk : Science and Technology, 1985. P. 327.
2. Papoulis A. The theory of systems and transformations in optics. Academic Press, 1971. P. 495.
© Браславская О. Б., Гендрина И. Ю., 2013
УДК 629.78
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА В СИСТЕМЕ «МЕТАЛЛ-КОМПОЗИТ» В ВАКУУМЕ
Н. А. Дюгаева1, Г. Н. Кувыркин2
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Россия, 105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5 2ОАО «Корпорация космических систем специального назначения «Комета» Россия, 115280, г. Москва, ул. Велозаводская, д. 5
Для обеспечения теплового режима космического аппарата и элементов его конструкции применяют тер-морегулирующие покрытия класса «истинные поглотители». Рассмотрена проблема теплопроводности композитов при нахождении таких материалов в вакууме, связанная с неоднозначностью протекающих физико-химических процессов.
Ключевые слова: вакуум, конструкционный материал, композит, теплопроводность, теплообмен, терморе-гулирующие покрытия, уравнение теплопроводности, коэффициент теплопроводности, энергия разрыва связи, многокомпонентная смесь.
THERMAL MODE PROBLEM PECULARITIES IN THE METAL-COMPOSITE-IN-VACUUM SYSTEM
N. A. Dugaeva1, G. N. Kuvirkin2
:Bauman Moscow State Technical University 5, 2nd Bauman str., Moscow, 105005, Russia
2JSC "Special Assignation Space System Corporation" 5, Velozavodskaya str., Moscow, 115280, Russia
Due to high requirements of the space material quality and enlarged terms of spacecraft efficiency a necessity of leaking processes deep investigation appears. To provide a spacecraft thermal mode thermal coatings of "true absorbers" class are used. A composite material thermal conductivity problem in vacuum connected with physical and chemical processes ambiguity is considered.
Keywords: vacuum, composite, thermal mode, heat exchange, thermal control coating, thermal mode equation, thermal mode coefficient, bond breaking energy, multi-component mixture.
Поведение полимерных материалов в космических условиях (рассматриваются, прежде всего, излучение, давление и градиент температур) сопровождается протеканием многочисленных физико-химических процессов. В результате происходит потеря массы
материала и образование летучих продуктов, способных оседать на различных поверхностях. Особый интерес в этом отношении представляют материалы, находящиеся в непосредственной близости от чувствительных к загрязнениям элементов аппарата. Соот-
Решетневскуе чтения. 2013
ветственно, важным является вопрос о характере физико-химических и теплообменных процессов в таких материалах в указанных условиях.
Теоретическое решение этой задачи в общем случае должно основываться на решении системы дифференциальных уравнений, описывающих явление нестационарного тепломассопереноса в системе «металл-композит-вакуум». Сложность представляет выявление механизма физико-химических процессов, происходящих на поверхности материала при медленном нагреве системы.
Для использования в составе конструкции космического аппарата все материалы проходят контроль потери массы и количества летучих конденсирующихся веществ.
Полимерные материалы представляют собой сложную композитную систему, состоящую из высокомолекулярной полимерной матрицы и разного рода добавок, связанных с макромолекулами матрицы преимущественно ван-дер-ваальсовыми силами. Важно отметить, что при низком давлении (10-6-10-9 Па) и повышенных температурах газовыделение полимерных материалов невозможно без фазового или в общем случае физико-химического превращения, приводящего к переходу части материала в газообразное состояние.
В настоящее время в космическом материаловедении широкое применение получила эмаль ЭКОМ-1,2 (черная/белая) ТУ 2313-416-07500935-00, используемая как терморегулирующее покрытие. Покрытие обладает электропроводными свойствами: удельное объемное электрическое сопротивление не более рУ < 7103 Омм, электрическое сопротивление между любыми точками на поверхности покрытия (специальные требования) не более 1-106 Ом.
Реакции, протекающие при облучении полимера, его нагревании или механическом воздействии, часто только условно могут быть названы деструкцией. В действительности это сложный процесс, в котором разрыв связей (собственно деструкция) сопровождается возникновением новых связей и изменением структуры полимера.
При действии ионизирующих излучений макромолекулы полимеров могут распадаться на свободные радикалы с разрывом связей С-С, С-Н и др. При этом образуются малоподвижные макрорадикалы и такие легкоподвижные радикалы, как Н-, СН3-, С2Н5-, С3Н7-, С4Н9-, которые, отрывая атом водорода от макромолекул, удаляются из сферы реакции в виде летучих продуктов [1-4].
Постановка задачи. Амидосодержащая акриловая смола, являющаяся основным компонентом эмали ЭКОМ-2 черная, представляет собой сополимер бути-лакрилата и метакриламида.
Облучение полимеров (в данном случае в условиях открытого космического пространства) обычно сопровождается образованием двойных связей. Деструкция и образование пространственных структур при облучении полимеров всегда протекают одновременно, но соотношение скоростей этих двух процессов настолько меняется в зависимости от химического строения полимера, что одни полимеры полностью деструктурируются под влиянием ионизирующих
излучений, а в других преобладают процессы сшивания макромолекул.
Чаще всего полимеры, содержащие четвертичный атом углерода, подвергаются преимущественно деструкции. При их облучении происходит разрыв сразу нескольких связей у четвертичного атома углерода.
Рассмотрим композиционный материал, состоящий из матрицы полимера и низкомолекулярных наполнителей и добавок. При этом в условиях низкого давления и медленного нагрева с поверхности будут удаляться изначально низкомолекулярная фракция, а впоследствии фрагменты цепи полимера двух видов: радикалы, образованные концевыми амидными и эфирными группами, и радикалы, образованные при разрыве углерод-углеродных связей основной цепи полимера. Таким образом, принимая, что вследствие медленного нагрева все компоненты смеси имеют одинаковую температуру, система уравнений принимает вид:
Г ВТ .9
(рс)!-= Я,!— С—]
У?
-<
&
(1)
. . ЯГ , *
(рс)2— = — £—I 5Г Ли"
в-Т &
(рс)з— = х3— с—] 01- Ох Ч.т*
где р1, 2, з - плотность матрицы, пигмента и наполнителя соответственно, кг/м3; С1, 2, 3 -массова теплоемкость матрицы, пигмента и наполнителя соответственно, Дж/(кгК); 2, 3 - коэффициент теплопроводности матрицы, пигмента и наполнителя соответственно, ВтДм ■
Решаемая система уравнений дополняется граничными условиями на нагреваемой поверхности композита:
= н + екс7^+ и6р6Н» = 0,
(2)
граничными и начальными условиями на поверхности раздела «металл-композит»:
Тк(0,0 = Тм(0,/), (3)
Яг.
_ л
= 0 Лм—-.г =
и граничными условиями на поверхности металла:
-К \х = ь £м07*\
(4)
где к и Н - толщина алюминия и композита соответственно; ек и ем - коэффициент излучения композита и металла соответственно; Хк - коэффициент теплопроводности металла и композита соответственно; Тк, Тм - температура композита и металла соответственно.
Для описания процессов теплопереноса в полимерных композитных материалах важно определить зависимость эффективной теплопроводности наполненного полимера от геометрии, ориентации, физико-химических особенностей взаимодействия полимерной матрицы и наполнителей, теплофизических параметров, концентрации и распределения входящих в композицию компонентов. В общем случае для определения эффективных свойств таких материалов
х
0
X
рассматривают распределения физических полей во всех компонентах гетерогенной системы и на их основе строят модель квазиоднородной среды, позволяющей провести расчет искомых свойств [5; 6].
Полиакриловая эмаль ЭКОМ представляет собой суспензию пигментов и наполнителей в полиакриловом лаке. Упрощенно структура данного полимерного композитного материала может быть представлена как структура с вкраплениями, состоящая из связующего материала и замкнутых неконтактирующих включений, которые могут быть распределены хаотически или упорядоченно.
Таким образом, мы имеем систему, состоящую из матрицы и двух видов дисперсных шаровых частиц: пигмента и наполнителей. Для определения эффективной теплопроводности такого композита удобнее использовать подход, основанный на двухфазной математической модели [7], в котором сумму возмущений температурного поля в матрице, вызванных отдельными включениями, приравнивают к возмущению этого поля, вызванному в матрице представительным элементом структуры композита. Коэффициент эффективной теплопроводности в нашем случае будет определяться согласно формуле:
1 = (1 - 2D)/(1 + D),
где
причем
2^=1 с»
24Лш
c=ffi=1 r3^/r3
имеет смысл объемной концентрации п-го типа частиц в композите [8].
Библиографические ссылки
1. Стрепихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных соединений. М. : Химия, 1967.
2. Рушицкий Я. Я. Элементы теории смеси. Киев : Наукова думка, 1991.
3. Исаченко В. П. Теплопередача. М. : Энергоиз-дат,1981.
4. Гурвич Л. В. Энергии разрыва химических связей. Потенциалы ионизации и сродство к электрону. М. : Наука, 1974.
5. Привалко В. П., Новиков В. В., Яновский Ю. Г. Основы теплофизики и реофизики полимерных материалов. Киев : Наукова думка, 1991. 232 с.
6. Оделевский В. И. Расчет обобщенной проводимости гетерогенных систем // Журн. техн. физ., 1951. 21, № 6. С. 667-685.
7. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел : пер. с англ. М. : Наука, 1964. 488 с.
8. Зарубин В. С., Кувыркин Г. Н., Савельева И. Ю. Теплопроводность композитов с шаровыми включениями Saarbrucken. Deutschland : LAMBERT Academic Publishing, 2013. 77 с.
References
1. Strepiheev A. A., Derevickaja V. A. Osnovy himii vysokomolekuljarnyh soedinenij. M.: Himija, 1967.
2. Rushickij Ja. Ja. Jelementy teorii smesi. Kiev : Naukova dumka, 1991.
3. Isachenko V. P. Teploperedacha. M. : Jenergoizdat,1981.
4. Gurvich L. V. Jenergii razryva himicheskih svjazej. Potencialy ionizacii i srodstvo k jelektronu. M. : Nauka, 1974.
5. Privalko V. P., Novikov V. V., Janovskij Ju. G. Osnovy teplofiziki i reofiziki polimernyh materialov. Kiev : Nauk. dumka, 1991. 232 s.
6. Odelevskij V. I. Raschet obobshhennoj provodimosti geterogennyh sistem // Zhurn. Tehn. fiz., 1951. 21, № 6. S. 667-685.
7. Karslou G., Eger D. Teploprovodnost' tverdyh tel: Per. s angl. M. : Nauka, 1964. 488 s.
8. Zarubin V. S., Kuvyrkin G. N., Savel'eva I. Ju. Teploprovodnost' kompozitov s sharovymi vkljuchenijami Saarbrucken. Deutschland : LAMBERT Academic Publishing, 2013. 77 s.
© Дюгаева Н. А., Кувыркин Г. Н., 2013
УДК 628.822
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРУГОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО КОНТАКТА РОЛИКА С ПЛАСТИНОЙ
В. А. Иванов\ Н. В. Еркаев1'2
1 Сибирский федеральный университет Россия, 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26. Е-таП: VinTextrim@yandex.ru
2Институт вычислительного моделирования СО РАН Россия, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50. Е-таП: erkaev@icm.krasn.ru
Разработана методика расчета контакта ролика с упругой пластиной конечных размеров с учетом смазочного слоя. Давление определяется из решения уравнения Рейнольдса, а деформации поверхности - с помощью пакета АЫБУБ. На основе расчетов распределения давления в области контакта и прогиба поверхности определяется функция податливости рабочей поверхности в форме разложения Фурье.
Ключевые слова: распределение давления, контактное взаимодействие.
