Исследование влияния эффективного коэффициента теплопроводности рефлектора на распределение температур
Автор: Бурова Ольга Владимировна, Романьков Евгений Владимирович, Цивилев Иван Николаевич, Минаков Андрей Викторович
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Математика, механика, информатика
Статья в выпуске: 4 (56), 2014 года.
Бесплатный доступ
Для современной спутниковой связи требуются крупногабаритные антенны с высокой точностью формы отражающей поверхности. При этом они должны быть легкими, прочными и стойкими к температурным воздействиям. Неравномерность температурного поля в антенне может привести к температурным деформациям отражающей поверхности и ухудшению передаваемого сигнала. Определять температурные воздействия на антенны и рефлекторы необходимо на этапе проектирования. Рассматривается рефлектор, который должен функционировать на геостационарной орбите в составе космического аппарата связи. Рефлектор представляет собой трехслойную панель, состоящую из двух обшивок и сотового заполнителя. Теплофизические свойства трехслойных конструкций и входящих в их состав углепластиков и сотовых заполнителей могут быть самыми разнообразными. На этапе проведения тепловых анализов при помощи математического моделирования для получения корректных и наиболее точных результатов необходимо знать значение анизотропного коэффициента теплопроводности углепластиков и учитывать теплопроводность сотового заполнителя в продольном направлении. Часто теплофизические свойства таких материалов в момент проведения тепловых анализов неизвестны. Необходимость определения свойств материалов, входящих в состав рефлектора, подтверждается проведенными расчетами. Рассмотрены основные уравнения теплового равновесия для космических аппаратов и их составных частей. Создана тепловая математическая модель рефлектора с габаритными размерами 3,6х2 м. Проведена оценка влияния коэффициента теплопроводности обшивок и коэффициента теплопередачи между обшивками рефлектора на максимальные и минимальные суточные температуры, максимальный перепад температур. Было показано, что коэффициенты теплопроводности и теплопередачи оказывают значительное влияние на распределение температурного поля, поэтому задача аккуратного расчета анизотропного коэффициента теплопроводности применяемых углепластиков и сотозаполнителей является актуальной в процессе проектирования рефлекторов.
Крупногабаритный рефлектор, углепластик, теплопроводность, тепловой баланс космического аппарата
Короткий адрес: https://sciup.org/148177320
IDR: 148177320 | УДК: 629.78.018.3:536.24
The research of effective thermal conductivity coefficient effect on the temperature field of reflector
Contemporary satellite communications require the large-dimensioned antennas with high precision of the reflecting surface. They shall be light, robust and temperature resistant. The unevenness of the temperature field in an antenna can result in the temperature deformations of the reflecting surface and deterioration of the transmitted signal. The temperature influence on antennas and reflectors shall be determined during the design phase. This research examines the reflector accommodated on the telecommunication satellite which operates on the geostationary orbit. The reflector is a three-ply sandwich panel which consists of two skins and a honeycomb core. The heat-transfer properties of the reflector sandwich panel as well as carbon fiber composites and honeycomb core can vary significantly. For the purpose of the most accurate calculations during the temperature analysis phase an engineer has to find the anisotropic thermal conductivity coefficient of the carbon fiber composites and honeycomb core by applying the mathematical simulation. The heat-transfer properties of such materials are often unknown during the temperature analysis phase. The necessity to determine the properties of the reflector materials is confirmed by performed calculations. The basic equations for thermal equilibrium of the spacecraft and its components were reviewed. The thermal mathematical model was developed for the reflector with overall dimensions of 3.6 m x 2 m. The estimate of the reflector materials conductivity and heat-transfer coefficient effect on the maximum and minimum diurnal temperatures and maximum temperature difference was made. The significant influence of the conductivity and heat-transfer coefficients on temperature difference in the reflector was shown.
Список литературы Исследование влияния эффективного коэффициента теплопроводности рефлектора на распределение температур
- Joseph A., Angelo Jr. Space and astronomy handbook. Revised Edition. Facts On File, Inc., 2009. 342 p. ISBN 978-0-8160-7388-7.
- Справочник по композиционным материалам. В 2-х кн. Кн. 1/под ред. Дж. Любина; пер. с англ. А. Б. Геллера, М. М. Гельмонта; под ред. Б. Э. Геллера. М.: Машиностроение, 1988. 448 с.: ил. ISBN 5-217-00225-5.
- Справочник по композиционным материалам. В 2-х кн. Кн. 2/под ред. Дж. Любина; пер. с англ. А. Б. Геллера ; под ред. Б. Э. Геллера. М.: Машиностроение, 1988. 584 с.: ил. ISBN 5-217-00000-0.
- Комарова Т. В. Получение углеродных материалов: учеб. пособие/РХТУ имени Д. И. Менделеева. М., 2001. 95 с. ISBN 5-7237-0266-6.
- Малоземов В. В. Тепловой режим космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1980. 232 с.: ил.
- Мухачев Г. А., Щукин В. К. Термодинамика и теплопередача: учеб. для авиац. вузов. 3-е изд., перераб. М.: Высш. шк., 1991. 480 с.: ил.
- Юдаев Б. Н. Теплопередача: учебник для втузов. М.: Высш. шк., 1973. 360 с.: ил.
- Fortescue P., Swinerd G., Stark J. Spacecraft systems engineering. Fourth Edition. John Wiley & Sons, Ltd., 2011. 691 p. ISBN 978-0-470-75012-4.
- Кувыркин Г. Н. Теплопроводность однонаправленного волокнистого композита //Наука и инновации: инженерный журнал. 2013. Вып. 8. URL: http://engjournal.ru/catalog/mathmodel/material/889.html.
- Зарубин В. С., Зарубин С. В., Кувыркин Г. Н. Математическое моделирование теплопереноса в однонаправленном волокнистом композите//Наука и образование: электронный научно-технический журнал. 2014. Вып. 01. С. 270-281. URL: http://technomag. bmstu.ru/doc/657262.html. Doi: DOI: 10.7463/0114.0657262
- Зарубин В. С., Кувыркин Г. Н., Савельева И. Ю. Оценка эффективной теплопроводности однонаправленного волокнистого композита методом согласования//Наука и образование: электронный научно-технический журнал. 2013. Вып. 11. С. 519-532. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/622927.html. Doi: DOI: 10.7463/1113.0622927
- Зарубин В. С., Кувыркин Г. Н. Теплопроводность текстурированного композита с анизотропными включениями в виде эллипсоидов вращения//Наука и образование: электронный научно-технический журнал. 2013. Вып. 06. С. 365-378. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/569312.html. Doi: DOI: 10.7463/0613.0569312
- Зарубин В. С., Кувыркин Г. Н., Савельева И. Ю. Сравнительный анализ оценок коэффициента теплопроводности композита с шаровыми включениями//Наука и образование: электронный научно-технический журнал. 2013. Вып. 07. С. 299-318. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/569319.html. Doi: DOI: 10.7463/0713.0569319
- Зарубин В. С., Кувыркин Г. Н. Эффективные коэффициенты теплопроводности композита с анизотропными эллипсоидальными включениями//Наука и образование: электронный научно-технический журнал. 2013. Вып. 04. С. 311-320, URL: http://technomag. hmsln.ni/en/doc/54l050.hlml. Doi: DOI: 10.7463/0413.0541050
- Зарубин В. С., Кувыркин Г. Н. Сравнительный анализ оценок эффективного коэффициента теплопроводности поликристаллического материала//Наука и образование: электронный научно-технический журнал. 2013. Вып. 03. С. 313-328. URL: http://technomag.edu.ru/doc/541029.html. Doi: DOI: 10.7463/0313.0541029
