Тепловое проектирование обшивки крыла многоразового космического аппарата туристического класса
Авторы: Ашихмина Е.Р., Агеева Т.Г., Просунцов П.В.
Опубликовано в выпуске: #12(72)/2017
DOI: 10.18698/2308-6033-2017-12-1712
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Создание конструкции крыла суборбитального многоразового космического аппарата 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 конструкции крыла. Внешние тепловые нагрузки, действующие на крыло и корпус аппарата 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 материала с использованием программных продуктов Digimat и ANSYS Workbench. Решена задача прогрева конструкции крыла и определены наиболее теплонагруженные участки крыла. Анализ полей температуры выявил необходимость в установке специального 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 сферопластика по поверхности крыла.
Литература
[1] Seedhouse E. Tourists in Space: A Practical Guide. Chichester, Springer, 2008, 281 p.
[2] Collins G. Europe in Space. New York, Palgrave Macmillan, 2014, 235 p.
[3] Chavagnac C., Laporte-Weywada H. The Suborbital Space Tourism Project of EADS Astrium. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2009, 9 p. URL: http://a3space.org/wp-content/uploads/2017/09/AIAA-space-tourism.pdf (дата обращения: 31.08.2017).
[4] Von der Dunk, Frans G. Space Tourism, Private Spaceflight and the Law: Key Aspects. Space, Cyber, and Telecommunications Law Program Faculty Publications, 2011, pp. 146-152 URL: http://digitalcommons.unl.edu doi: 10.1016/j.spacepol.2011.04.015 (дата обращения: 24.08.2017).
[5] Zurita P. The New Orient Express: Current Trends and Regulations in Space Tourism and the Need for Commercial Hypersonic Point to Point Travel. The Global Business Law Review, 2014, 39 p. URL: http://engagedscholarship.csuohio.edu/gblr/vol4/iss2/3 (дата обращения: 30.08.2017).
[6] Webber D. Space Tourism - Essential Step in Human Settlement of Space. 63rd International Astronautical Congress, 2012, 7 p. URL: http://www.spaceportassociates.com/pdf/human_settlement.pdf (дата обращения: 05.09.2017).
[7] Агеева Т.Г. Разработка методики проектирования теплонагруженных элементов конструкций крыльев суборбитальных многоразовых космических аппаратов. Дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2017, 183 с.
[8] Резник С.В., Просунцов П.В., Агеева Т.Г. Оптимальное проектирование крыла суборбитального многоразового космического аппарата из гибридного полимерного композиционного материала. Вестник НПО им. С.А. Лавочкина, 2013, № 17, с. 38-42.
[9] Гофин М.Я. Жаростойкие и теплозащитные конструкции многоразовых аэрокосмических аппаратов. Москва, Изд-во ТФ "МИР", 2003. 671 с.
[10] Turner M.J. Rocket and Spacecraft Propulsion. Principles, Practice and New Developments (ThirdEdition). Chichester, Springer, 2009, 404 p.
[11] Агеева Т.Г., Дудар Э.Н., Резник С.В. Комплексная методика проектирования конструкции крыла многоразового космического аппарата. Авиакосмическая техника и технология, 2010, № 2, с. 3-8.
[12] Агеева Т.Г., Ашихмина Е.Р., Просунцов П.В. Оптимизация структуры гибридного композиционного материала для обшивки крыла многоразового космического аппарата туристического класса. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение (находится в печати).
[13] Михайлин Ю.А. Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике. Санкт-Петербург, Научные основы и технологии, 2013, 720 с.
[14] Digimat. The Nonlinear Multi-Scale Material and Structure Modeling Platform. URL: http://www.mscsoftware.com/product/digimat (дата обращения: 05.12.2016).
[15] Стеклопластики, связующие материалы, пенопласты, полиамиды, фотополимеры. URL: http://www.xn----7sbnoidkjddgcex2t.xn--p1ai/penoplasty_poliamidy_sopolimery/ (дата обращения: 05.05.2017).
[16] Cardarelly F. Materials Handbook. A Concise Desktop Reference. 2nd Edition. Tucson, Springer, 2008, 1340 p.
[17] Трофимов А.Н., Зарубина А.Ю., Симонов-Емельянов И.Д. Структура, обобщенные параметры и реологические свойства эпоксидных сферопластиков. Пластические массы, 2014, № 11, 12, с. 3-8.
[18] Соколов И.И. Сферопластики на основе термореактивных связующих для изделий авиационной техники. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2013, 21 с.
[19] Яковенко Т.В., Яруллина Г.К., Гарустович И.В. Сферопластики как термоизолирующие защитные материалы промышленного назначения. Успехи в химии и химической технологии, 2016, т. 30, № 8, с. 71-73.