Разработка методики определения теплофизических характеристик углепластика, используемого в обшивке крыла многоразового космического аппарата туристического класса
Авторы: Федюнина Е.Р., Просунцов П.В., Денисов О.В.
Опубликовано в выпуске: #8(176)/2026
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов
Создание конструкции крыла суборбитального многоразового космического аппарата туристического класса (МКА ТК) представляет собой сложную научно-техническую проблему, для решения которой требуется комплексное тепловое проектирование. Из-за недостатка справочных данных в открытых источниках одной из ключевых задач работы стало определение теплофизических характеристик углепластика, используемого в составе обшивки крыла МКА ТК. Расчетно-теоретические значения коэффициента теплопроводности углепластика получены на основе многомасштабного моделирования процессов теплопереноса в представительном элементе объема с применением программного комплекса Digimat. Для валидации математических моделей проведен цикл расчетно-эксперимен- тальных исследований на образцах, изготовленных методом вакуумной инфузии. Коэффициент теплопроводности поперек плоскости армирования определялся методом лазерной вспышки, а в плоскости армирования — путем решения трехмерной коэффициентной обратной задачи теплопроводности в среде Comsol Multiphysics по данным тепловизионной съемки на установке контактного нагрева. Сравнение расчетных и экспериментальных данных продемонстрировало хорошую сходимость (различие в пределах 10 %), что подтверждает достоверность предложенных моделей и обосновывает их применение для оценки температурного состояния и дальнейшего проектирования конструктивно-силовой схемы крыла МКА ТК.
EDN HOJOIB
Литература
[1] Webber D. Space tourism: Its history, future and importance. Acta Astronautica, 2013, vol. 92, no. 2, pp. 138–143. DOI: 10.1016/j.actaastro.2012.04.038
[2] Reddy M.V., Nica M., Wilkes K. Space tourism: Research recommendations for the future of the industry and perspectives of potential participants. Tourism Management, 2012, vol. 33, pp. 1093–1102. DOI: 10.1016/j.tourman.2011.11.026
[3] Chang E.Y.-W. From aviation tourism to suborbital space tourism: A study on passenger screening and business opportunities. Acta Astronautica, 2020, vol. 177, pp. 410–420. DOI: 10.1016/j.actaastro.2020.07.020
[4] Blue R.S., Riccitello J.M., Tizard J., Hamilton R.J., Vanderploeg J.M. Commercial Spaceflight Participant G-Force Tolerance During Centrifuge-Simulated Suborbital Flight. Aviation, Space, and Environmental Medicine, 2012, vol. 83, no. 10, pp. 929–934. DOI: 10.3357/ASEM.3322.2012
[5] Peeters W. From suborbital space tourism to commercial personal spaceflight. Acta Astronautica, 2010, vol. 66, no. 11, pp. 1625–1632. DOI: 10.1016/j.actaastro.2009.10.026
[6] Seedhouse E. Tourists in Space: A Practical Guide. Chichester, Springer, 2008, 281 p.
[7] Seedhouse E. Virgin Galactic. The First Ten Years. Chichester, Springer International Publ., 2015, 203 p.
[8] Агеева Т.Г. Разработка методики проектирования теплонагруженных элементов конструкций крыльев суборбитальных многоразовых космических аппаратов: Дис. … канд. техн. наук. Москва, 2017, 183 с.
[9] Ашихмина Е.Р. Методика разработки конструктивно-силовой схемы и теплозащитного покрытия крыла суборбитального многоразового космического аппарата туристического класса: Дис. … канд. техн. наук. Москва, 2021, 191 с.
[10] 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.
[11] Prosuntsov P.V., Reznik S.V. Determination of the thermophysical properties of translucent materials. Journal of Engineering Physics, 1985, vol. 49, no. 6, pp. 1458–1462.
[12] Prosuntsov P.V. Parametric identification of thermophysical properties of highly porous partially transparent materials based on the solution of a two-dimensional problem of radiative-conductive heat transfer. Heat Transfer Research, 2005, vol. 36, no. 6, pp. 481–499.
[13] Алифанов О.М., Вабищевич П.Н., Михайлов В.В., Ненарокомов А.В., Полежаев Ю.В., Резник С.В. Основы идентификации и проектирования тепловых процессов и систем. Москва, Логос, 2001, 400 с.
[14] Денисов О.В., Минаков Д.С., Кирбай А.А. Методические особенности тепловых испытаний тонкостенных пластин из углепластика. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Баумана, 2015, т. 7, с. 171–184.
[15] Powell M.J.D. The BOBYQA algorithm for bound constraint optimization without derivatives. URL: http://www.damtp.cam.ac.uk/user/na/NA_papers/NA2009_06.pdf. (дата обращения: 04.04.2026).