Моделирование теплопереноса в слое разлагающегося материала теплозащитного покрытия спускаемого аппарата

1 / 11

22 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 6
УДК 536.24 DOI: 10.18698/0236-3941-2016-6-22-32
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В СЛОЕ РАЗЛАГАЮЩЕГОСЯ
МАТЕРИАЛА ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ СПУСКАЕМОГО
АППАРАТА
Д.Я. Баринов1
П.В. Просунцов2
1 ФГУП «ВИАМ», Москва, Российская Федерация
2 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация
Аннотация Ключевые слова
Выполнено математическое моделирование теплоперено-
са в элементе теплозащитного покрытия спускаемого
космического аппарата. Элемент состоял из трех слоев:
разлагающегося материала, волокнистого теплоизоляци-
онного материала и металлической силовой оболочки.
Сформулированы физическая и математическая модели
процесса тепло- и массообмена в элементе тепловой
защиты. С использованием метода конечных элементов в
программном комплексе MSC Software Marc рассчитаны
температурные поля в элементе теплозащитного покры-
тия при спуске аппарата на Землю. Выявлены глубина
прококсованного слоя и температурная граница начала
пиролиза. Исследовано влияние таких параметров, как
степень черноты поверхности элемента теплозащитного
покрытия, теплопроводность разлагающегося материала
в области средних и высоких температур, энергия акти-
вации материала на температурное состояние покрытия и
температуру силовой конструкции
Математическая модель, спуска-
емый аппарат, тепловая защи-
та, разлагающийся материал,
абляция
Поступила в редакцию 06.06.2016
©МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016
Введение. Для обеспечения работоспособности силовой конструкции спускае-
мого космического аппарата капсульного типа при спуске на Землю использует-
ся теплозащитное покрытие (ТЗП), которое включает в себя слой разлагающе-
гося композиционного материала на основе неорганического наполнителя
(асботекстолит, стеклянное или углеродное волокно) и полимерной матрицы
(эпоксидная или фенолформальдегидная смола). В процессе прогрева ТЗП
в композиционном материале происходит ряд сложных физико-химических
процессов пиролиза, в результате которых образуется пористая коксовая струк-
тура и выделяется большое количество газообразных продуктов, которые,
фильтруясь через образовавшиеся поры, вдуваются в пограничный слой [1–3].
Проблему моделирования теплопереноса в разлагающихся материалах ТЗП
решали многие исследователи как в нашей стране, так и за рубежом. В [4] рас-
смотрена задача моделирования теплопереноса в разлагающемся материале
ТЗП и определены характеристики материалов путем решения обратной задачи.