Моделирование термоэмиссионной тепловой защиты при конвективном нагреве составной оболочки
Автор: Зимин Вячеслав Прокопьевич, Ефимов Константин Николаевич, Колычев Алексей Васильевич, Керножицкий Владимир Андреевич, Овчинников Вячеслав Александрович, Якимов Анатолий Степанович
Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia
Рубрика: Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов
Статья в выпуске: 1 (24), 2019 года.
Бесплатный доступ
В настоящее время разрабатываются высокоскоростные летательные аппараты, способные маневрировать в плотных слоях атмосферы. К ним относятся спускаемые аппараты перспективных космических кораблей многоразового применения и возвращаемые ступени ракет-носителей. Эти высокоскоростные летательные аппараты испытывают большие динамические и тепловые нагрузки, что может привести к разрушению и изменению их аэродинамических характеристик. Следовательно, очень важно обеспечить тепловую защиту их структурных элементов. Перспективным вариантом решения этой проблемы является использование термоэмиссионной технологии - электронного охлаждения в результате тепловой эмиссии электронов с поверхности эмиттера. Данная технология позволяет преобразовывать тепловую энергию, полученную от конвективного нагрева, непосредственно в электрическую. Для решения этой научно-технической задачи с высокой точностью необходимо развить математическое и физическое моделирование работы таких систем с учетом сложной природы взаимодействия высокоэнтальпийных потоков с теплозащитным материалом, когда сами элементы конструкции высокоскоростного летательного аппарата в большой мере участвуют в процессе их охлаждения. Применение этого подхода позволит моделировать системы термоэлектронной тепловой защиты высокоскоростных летательных аппаратов в условиях, которые соответствуют реальным нагрузкам вдоль их траектории.
Термоэмиссионная тепловая защита, моделирование, теплообмен, термоэмиссионный преобразователь, эмиттер, коллектор, охладитель
Короткий адрес: https://sciup.org/143172120
IDR: 143172120
Список литературы Моделирование термоэмиссионной тепловой защиты при конвективном нагреве составной оболочки
- Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. М.: Энергия, 1976. 392 с.
- Гришин А.М., Голованов А.Н., Зинченко В.И., Ефимов К.Н., Якимов А.С. Математическое и физическое моделирование тепловой защиты. Томск: Изд-во Томского ун-та, 2011. 358 с.
- Зинченко В.И., Ефимов К.Н., Якимов А.С. Расчет характеристик сопряженного тепломассообмена при пространственном обтекании затупленного тела с использованием системы комбинированной тепловой защиты // Теплофизика высоких температур. 2011. Т. 49. № 1. С. 81-91.
- Патент RU 20404087 C1. Российская Федерация. Термоэмиссионный способ тепловой защиты частей летательного аппарата при их аэродинамическом нагреве. Керножицкий В.А., Колычев А.В., Охочинский Д.М.; заявитель и патентообладатель - БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова; заявка № 2009140802/11; приоритет от 03.11.2009 г. // Бюллетень изобретений. 2010. № 32. 7 с.
- Колычев А.В. Активная тепловая защита элементов конструкций высокоскоростного летательного аппарата на новых физических принципах при аэродинамическом нагреве // Электронный журнал «Труды МАИ». 2012. Вып. 51. С. 1-18.
- Alkandry H., Hanquist K.M., Boyd I.D. Conceptual analysis of electron transpiration cooling for the leading edges of hypersonic vehicles // AIAA AVIATION 2014 - 11th AIAA/ASME Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference. 2014.
- Khrapko V.Yu. The concept of the combined thermal protection system for leading edges of hypersonic vehicles with use of thermionic emission // Conference Paper in XIII International Youth Scientific and Practical Conference «FUTURE OF ATOMIC ENERGY - AtomFuture 2017». KnE Engineering Volume (Knowledgee). 2017. P. 395-401. DO110.18502/48.
- Hanquist K.M. Modeling of electron transpiration cooling for leading edges of hypersonic vehicles. A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Aerospace Engineering) in The University of Michigan, 2017. 213 p.
- Ушаков Б.А., Никитин В.Д., Емельянов И.Я. Основы термоэмиссионного преобразования энергии. М.: Атомиздат, 1974. 288 с.
- Ярыгин В.И. Физические основы термоэмиссионного преобразования энергии. Обнинск: ИАТЭ, 2006. Ч. 1. 104 с.
- Синявский В.В. Методы и средства экспериментальных исследований и реакторных испытаний термоэмиссионных электрогенерирующих сборок. М.: Энергоатомиздат, 2000. 375 с.
- Бровальский Ю.А., Рожкова Н.М., Синявский В.В., Юдицкий В.Д. Обобщенный расчет вольт-амперных характеристик полей температуры термоэмиссионных преобразователей на основе данных испытаний изотермического ТЭП // Термоэмиссионные преобразователи энергии. М.: ВНИИТ, 1969. С. 281-285.
- Заричняк Ю.П., Лисненко Т.А., Басов А.Е. Теплофизические свойства сплавов твердых растворов вольфрам -молибден // Теплофизика высоких температур. 1977. Т. 15. № 4. С. 918-920.
- Бабушкин Ю.В., Зимин В.П. Методы расчета вольт-амперных характеристик термоэмиссионных электрогенерирующих сборок // Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309. № 2. С. 135-139.
- Самарский А.А. Введение в численные методы. Уч. пос. для вузов. М.: Лань, 2009. 288 с.
- Землянский Б.А., Степанов Г.И. О расчете теплообмена при пространственном обтекании тонких затупленных конусов гиперзвуковым потоком воздуха // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1981. № 5. С. 173-177.
- ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная. Параметры. М.: Изд-во стандартов, 1981. 182 с.
- Лунев В.В. Гиперзвуковая аэродинамика. М.: Машиностроение, 1975. 328 с.
- Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник. М.: Атомиздат, 1968. 484 с. Статья поступила в редакцию 05.10.2018 г.
