Инженерный журнал: наука и инновации
# 12·2017 1
УДК 629.782 DOI 10.18698/2308-6033-2017-12-1712
Тепловое проектирование обшивки крыла
многоразового космического аппарата
туристического класса
© Е.Р. Ашихмина, Т.Г. Агеева, П.В. Просунцов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Создание конструкции крыла суборбитального многоразового космического аппа-
рата туристического класса является сложной научно-технической проблемой,
которая требует, в том числе решения задачи теплового проектирования. Для
этого необходимо иметь сведения о тепловых нагрузках, действующих на аппарат
во время полета, и данные о теплофизических характеристиках материалов кон-
струкции крыла. Внешние тепловые нагрузки, действующие на крыло и корпус ап-
парата во время его спуска в атмосфере, определены путем математического
моделирования процесса аэродинамического обтекания с использованием пакета
программ ANSYS CFX. Теплофизические характеристики материалов найдены на
основе моделирования теплопереноса в представительном элементе объема мате-
риала с использованием программных продуктов Digimat и ANSYS Workbench. Реше-
на задача прогрева конструкции крыла и определены наиболее теплонагруженные
участки крыла. Анализ полей температуры выявил необходимость в установке спе-
циального слоя тепловой защиты. В качестве теплозащитного покрытия выбран
сферопластик. В результате решения задачи теплового проектирования определены
оптимальные с точки зрения веса распределения толщин покрытия из сферопла-
стика по поверхности крыла.
Ключевые слова
: тепловое проектирование, моделирование аэродинамического
обтекания, тепловая защита, многоразовые космические аппараты, космический
туризм
Введение.
В последние годы наметилась новая тенденция разви-
тия космической деятельности — космический туризм [1–3]. Создание
средств для совершения туристических полетов (многоразовых косми-
ческих аппаратов туристического класса (МКА ТК)) является сложной
междисциплинарной проблемой, в которой технические вопросы свя-
заны с экономическими. Так, ключевые проблемы техники для косми-
ческого туризма заключаются в обеспечении ее высокой надежности
наряду с весовой и экономической эффективностью [4–6].
В МГТУ им. Н.Э. Баумана в течение ряда лет ведутся работы по
проектированию суборбитального крылатого МКА ТК [7]. По про-
ектному замыслу ракетоплан будет выполнен по самолетной схеме
с высокорасположенным треугольным крылом прямой стреловидно-
сти по передней кромке (рис. 1) [8].
Одной из проблем, возникающих при проектировании такого ап-
парата, является обеспечение его теплового режима во время эксплу-
атации. При возвращении МКА ТК на Землю в процессе прохожде-