Стр. 1 - Д.А. Данилова, П.В. Просунцов - Математическое моделирование процессов комбинированного теплообмена и оптимизация параметров теплозащитного покрытия с системой радиационных экранов

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012

59

УДК 536.2:536.33

Д.А. Данилова, П.В. Просунцов

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

КОМБИНИРОВАННОГО ТЕПЛООБМЕНА

И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ

ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

С СИСТЕМОЙ РАДИАЦИОННЫХ ЭКРАНОВ

Построена математическая модель процесса комбинированного

теплообмена в теплозащитном покрытии с системой радиацион-

ных экранов. Исследовано влияние числа, расположения и отра-

жающей способности экранов на эффективность теплозащитно-

го покрытия. Показано, что использование экранов с высокой от-

ражательной способностью, расположенных на оптимальном

расстоянии друг от друга, позволяет уменьшить толщину слоя

волокнистого материала в сравнении с покрытием без экранов и,

соответственно, снизить удельную массу теплозащитного по-

крытия.

E-mail:

prosuntsov@tochka.ru

Ключевые слова:

многоразовые космические аппараты, теплозащит-

ные покрытия, волокнистые теплоизоляционные материалы, радиаци-

онные экраны, комбинированный теплообмен.

Обеспечение эффективной тепловой защиты аппаратов, совер-

шающих полет в атмосфере при возвращении с орбиты, — одна из

сложных задач современной ракетно-космической техники. Тепло-

защитные покрытия (ТЗП) современных многоразовых космических

аппаратов (МКА) должны эффективно предохранять силовую кон-

струкцию от аэродинамического нагрева при минимальной массе [1].

Основу ТЗП современных и перспективных МКА составляют высо-

котемпературные теплоизоляционные материалы из волокон SiO

2

и

Al

2

O

3

. Сложность моделирования процессов теплообмена в таких ма-

териалах обусловлена одновременным и взаимосвязанным переносом

энергии теплопроводностью (по твердому каркасу и газовой среде) и

радиационным переносом (в объеме материала). С ростом темпера-

туры роль радиационного переноса энергии увеличивается и при вы-

соких температурах становится определяющей [2].

Для блокирования радиационного теплообмена в волокнистом

материале используют: нанесение отражающих покрытий на волокна,

включение в волокна частиц оксида хрома Cr

2

O

3

, заполнение пор во-

локнистого материала мелкодисперсными непрозрачными частица-

ми, установку радиационных экранов [2—5]. Исследования, прове-

денные в научно-исследовательском центре NASA [3], показали, что