Оптимизация многослойного теплозащитного экрана солнечного зонда
Автор: Салосина Маргарита Олеговна
Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia
Рубрика: Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов
Статья в выпуске: 3 (22), 2018 года.
Бесплатный доступ
Рассматривается задача оптимального выбора толщин слоев многослойного теплозащитного покрытия минимальной массы с учетом ограничений на допустимые температуры на границах слоев. Для решения оптимизационной задачи используется вычислительная схема, объединяющая метод спроектированного лагранжиана с квадратичной подзадачей и метод штрафной функции. Метод штрафной функции, характеризуемый большой областью сходимости, обеспечивает поиск хорошего начального приближения для метода спроектированного лагранжиана, обладающего отличными свойствами локальной сходимости. В качестве примера использования разработанного алгоритма и соответствующего программного обеспечения рассматривается задача выбора оптимальных толщин слоев теплозащитного экрана солнечного зонда, подвергающегося в процессе эксплуатации высокоинтенсивным радиационным тепловым нагрузкам. Приведены основные характеристики высокотемпературных материалов, представляющих интерес для использования в конструкции экрана солнечного зонда, и результаты расчета толщин двухслойного экрана с учетом зависимости теплофизических свойств материалов слоев от температуры и излучения с нагретой поверхности экрана.
Солнечный зонд, тепловая защита, многослойный экран, оптимальное проектирование
Короткий адрес: https://sciup.org/143168426
IDR: 143168426
Список литературы Оптимизация многослойного теплозащитного экрана солнечного зонда
- Проект «Интергелиозонд»/Под ред. В.Д. Кузнецова//Труды рабочего совещания по проекту «Интергелиозонд», Таруса, 11-13 мая 2011 г. М.: Ротапринт ИКИ РАН, 2012. 192 с.
- Космический комплекс «Интергелио-Зонд». НПО им. С.А. Лавочкина, 2018. Режим доступа: http://www.laspace.ru/projects/planets/igz (дата обращения 15.01.2018 г.).
- Платов И.В., Симонов А.В., Константинов М.С. Особенности разработки комбинированной двигательной установки и схемы полета космического аппарата «Интергелио-Зонд»//Вестник СибГАУ. 2015. Т. 16. № 1. С. 198-206.
- Parker Solar Probe. The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. Laurel, Maryland, 2018. Режим доступа: http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/The-Mission/index.php#Launch (дата обращения 15.01.2018 г.).
- Damasio C., De Filippis P., Draper C., Francesconi D., Wild D. Solar orbiter heat shield thermal performance demonstrated on STM//66th International Astonautical Congress, 12-16 October 2015, Jerusalem, Israel. 14 p.
- McComas D.J., Acton L.W., Balat-Pichelin M., Bothmer V., Dirling R.B. Solar Probe Plus: Report of the Science and Technology Definition Team NASA/TM-2008-214161/National Aeronautics and Space Administration, Goddard Space Flight Center. Greenbelt, Maryland, 2008. 119 p.
- Алексеев С.В., Аксенова И.В., Иванова Е.К., Харитонова Е.В., Лохов А.А. К вопросу создания конструкции защитного теплового экрана космического аппарата «Интергелио-Зонд»//Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2017. № 1(35). С. 64-67.
- Parker Solar Probe. The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. Laurel, Maryland, 2018. Режим доступа: http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/index. php#spacecraft (дата обращения 15.01.2018 г.).
- Щурик А.Г. Искусственные углеродные материалы. Пермь: Типография ПГУ, 2009. 342 с.
- Васильев В.В., Протасов В.Д., Болотин В.В., Алфутов Н.А., Бейль А.И. и др. (всего 22 автора). Композиционные материалы. Справочник/Под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение, 1990. 512 с.
- Мармер Э.Н. Материалы для высокотемпературных вакуумных установок. М.: Физматлит, 2007. 152 с.
- Костиков В.И., Варенков А.Н. Сверхвысокотемпературные композиционные материалы. М.: Интермет Инжиниринг, 2003. 560 с.
- Гаршин А.П., Гропянов В.М., Зайцев Г.П., Семенов С.С. Керамика для машиностроения. М.: Научтехлитиздат, 2003. 384 с.
- Бутырин Г.М. Высокопористые углеродные материалы. М.: Химия, 1976. 192 с.
- ULTRAMET Advanced Materials Solutions. Ultramet. Pacoima, 2018. Режим доступа: http://ultramet.com/thermal-protection-system (дата обращения 15.01.2018 г.).
- Полак Э. Численные методы оптимизации. Единый подход. Пер. с англ. М.: Мир, 1974. 374 с.
- Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация. Пер. с англ. М.: Мир, 1985. 509 с.
- Nenarokomov A.V. Design of a system of multilayer heat insulation of minimum mass//High Temperature. 1997. V. 35. P. 453-457.
- ULTRAMET Advanced Materials Solutions. Ultramet. Pacoima, 2018. Режим доступа: http://ultramet.com/refractory-open-cell-foams-carbon-ceramic-and-metal/properties-of-foam-materials (дата обращения 15.01.2018 г.).
- Alifanov O.M., Budnik S.A., Nenarokomov A.V., Mikhailov V.V., Ydine V.M. Identification of thermal properties of materials with applications for spacecraft structures//Inverse Problems in Science and Engineering. 2004. V. 12. P. 771-795.
- Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник/Под ред. В.П. Соседова. М.: Металлургия, 1975. 336 с.
- Ohlhorst C.W., Vaughn W.L., Ransone P.O., Hwa-Tsu Tsou. Thermal conductivity database of various structural carbon-carbon composite materials/NASA TM-4787. Langley Research Center. Hampton, 1997. 96 p.
