Влияние особенностей спектральных радиационных характеристик поверхности космического аппарата на точность моделирования тепловых нагрузок в инфракрасных имитаторах

Аннотация

На основании данных о спектральной поглощательной способности материалов и покрытий, применяемых в космической технике, выполнена оценка уровня возможных погрешностей моделирования заданных внешних тепловых нагрузок на поверхность космических аппаратов в инфракрасных имитаторах с серыми по радиационным характеристикам излучателями при вводимом в известных методиках определения оптимального режима их работы предположении о независимости в полосе спектра излучения имитатора спектральной поглощательной способности элементов наружной поверхности космического аппарата от длины волны падающего на них излучения. Полученные результаты свидетельствуют о зависимости погрешностей от температуры излучателей имитатора для покрытий, спектральные радиационные характеристики которых в ближней инфракрасной, средней и дальней областях спектра кардинально различаются. Для некоторых покрытий погрешности являются недопустимо большими. Приведен вывод о необходимости корректировки известных методик решения задачи выбора режимов работы инфракрасных имитаторов. Выбор основан на использовании итерационного процесса поиска решения задачи, заключающегося в многократном определении вектора интенсивности излучения модулей имитатора путем минимизации целевой функции ψ при одновременном уточнении на каждой итерации значений коэффициентов, характеризующих поглощательную способность элементов наружной поверхности космического аппарата по отношению к излучению, приходящему от модулей имитатора

Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России (проект № FSFF-2020-0016)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Колесников А.В., Палешкин А.В., Пронина П.Ф. и др. Влияние особенностей спектральных радиационных характеристик поверхности космического аппарата на точность моделирования тепловых нагрузок в инфракрасных имитаторах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2022, № 1 (140), с. 40--54. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2022-1-40-54

Литература

[1] Chisabas R.S.S., Loureiro G., de Oliveira Lino C., et al. Development of a thermal-vacuum chamber for testing in small satellites. 47th ICES, 2017, art. ICES-2017-228.

[2] Kang S.J., Oh H.U. On-orbit thermal design and validation of 1 U standardized Cubesat of STEP cube lab. Int. J. Aerosp. Eng., 2016, vol. 2016, art. 4213189. DOI: https://doi.org/10.1155/2016/4213189

[3] Leite R., Li G., Vlassov V., et al. CBERS 3&4 TM thermal balance test results and satellite thermal mathematical model correlation. 40th Int. Conf. Environ. Syst., 2010, no. AIAA 2010-6224. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2010-6224

[4] Семена Н.П. Численное моделирование тепловых режимов российского приборного комплекса АЦС, интегрированного в европейский космический аппарат ExoMars. Математическое моделирование и численные методы, 2018, № 1, c. 55--69.

[5] Добрица Д.Б., Ушакова А.А., Шабарчин А.Ф. и др. Моделирование внешних тепловых воздействий от инфракрасных источников излучения при испытаниях ракетно-космической техники в ВК-600/300. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2017, т. 16, № 3, c. 27--38. DOI: https://doi.org/10.18287/2541-7533-2017-16-3-27-38

[6] Елисеев В.Н., Товстоног В.А. Теплообмен и тепловые испытания материалов и конструкций аэрокосмической техники при радиационном нагреве. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014.

[7] Семена Н.П. Использование масштабных моделей в наземных экспериментах, воспроизводящих теплообмен в условиях космического пространства. Теплофизика и аэромеханика, 2014, т. 21, № 1, с. 47--58.

[8] Колесников А.В., Сербин В.И. Моделирование условий внешнего теплообмена космических аппаратов. М., Информация-XXI век, 1997.

[9] Колесников А.В., Палешкин А.В., Мамедова К.И. Градиентные методы оптимизации режима работы имитатора внешних тепловых нагрузок. Тепловые процессы в технике, 2014, т. 6, № 11, c. 522--528.

[10] Колесников А.В., Палешкин А.В., Сыздыков Ш.О. Моделирование внешних тепловых нагрузок на космический аппарат в термобарокамере. Инженерно-физический журнал, 2019, т. 92, № 4, с. 997--1003.

[11] Галеев А.Г., Колесников А.В., Палешкин А.В. и др. Проектирование испытательных стендов для тепловакуумных испытаний космических аппаратов. М., Изд-во МАИ, 2015.

[12] Yu Y., Ming P., Zhou S. Numerical study on transient heat transfer of a quartz lamp heating system. Math. Probl. Eng., 2014, vol. 2014, art. 530476. DOI: https://doi.org/10.1155/2014/530476

[13] Wang J., Liu S., Pei Y. Infrared lamp array simulation technology used during satellite thermal testing. Int. J. Mechan., Aerosp., Industr., Mechatr. Manuf. Eng., 2010, vol. 4, no. 9. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1327642

[14] Howell J.R., Menguc M.P., Siegel R. Thermal radiation heat transfer. CRC Press, 2015.

[15] Колесников А.В., Палешкин А.В., Сыздыков Ш.О. Перспективы применения галогенных ламп накаливания для моделирования условий внешнего теплообмена космических аппаратов. Тепловые процессы в технике, 2018, т. 10, № 3-4, с. 158--165.

[16] Шейндлин А.Е., ред. Излучательные свойства твердых материалов. М., Энергия, 1974.

[17] Minissale M., Pardanaud C., Bisson R., et al. The temperature dependence of optical properties of tungsten in the visible and near-infrared domains: an experimental and theoretical study. J. Phys. D: Appl. Phys., 2017, vol. 50, no. 45, art. 455601. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa81f3

[18] Петров Г.И., ред. Моделирование тепловых режимов космического аппарата и окружающей его среды. М., Машиностроение, 1971.