Моделирование стационарного теплового режима цилиндрического элемента каркаса на орбите

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Методом конечных элементов в программном комплексе ANSYS решена задача нахождения температурных полей цилиндрического элемента разворачиваемой конструкции. Исследуется стационарное тепловое состояние полой цилиндрической конструкции в условиях низкой околоземной орбиты. Проведена оценка влияния учета лучистого теплообмена на внутренней границе цилиндра. Для вариантов медного, алюминиевого покрытия и отсутствия внешней фольги получено распределение температур в равновесном состоянии. Предложен способ пассивного регулирования стационарных температур с помощью частичного покрытия медной фольгой, хорошо поглощающей тепловое излучение Солнца.

Об авторах

А. Р. Фагалов

Пермский государственный национальный исследовательский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: fagalovar@psu.ru
магистр 2 года обучения по направлению 'Механика и математическое моделирование' г. Пермь, ул. Букирева, 15

А. Ю. Беляев

Институт механики сплошных сред УрО РАН

Email: belyaev@icmm.ru
младший научный сотрудник лаборатории Микромеханики структурно-неоднородных сред г. Пермь, ул. Академика Королева, 1

Список литературы

  1. Лопатин А.В., Рутковская М.А. Обзор конструкций современных трансформируемых космических антенн (часть 2) // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2007. № 3(16). С. 78–81.
  2. Design and fabrication of large polymer constructions in space / Alexey Kondyurin: Elsevier. 2023. ISBN: 978-0-12-816803-5.
  3. Зарубин В.С., Зимин В.Н., Кувыркин Г.Н. Распределение температуры сферической оболочки космического калибровочно-юстировочного аппарата // Прикладная механика и теоретическая физика. 2017. Т. 58, № 6(346). C. 149–157. doi: 10.15372/PMTF20170614.
  4. Городецкий М.А., Климакова Л.А., Михайловский К,В., Резник С.В. Новые подходы к созданию термостабильных космических платформ для дистанционного зондирования Земли // Ключевые тренды в композитах: наука и технологии: cб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. 2019. С. 142–149. EDN CCXDRR.
  5. Филина Е.К., Михайловский К.В., Архипов М.Ю., Голубев Е.С. Разработка схемы подкрепления отражающей обшивки рефлектора методами параметрической и топологической оптимизации // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2019. Т. 20, № 4. С. 276–284. doi: 10.22363/2312-8143-2019-20-4-276-284.
  6. Елисеева А.Ю., Комар Л.А., Кондюрин А.В. Вычислительное моделирование отверждения каркаса надувной антенны спутника на околоземной орбите // Вычислительная механика сплошных сред. 2020. Т. 13, № 4. С. 414-423. doi: 10.7242/1999-6691/2020.13.4.32. EDN PDFKAL.
  7. Беляев А.Ю., Свистков А.Л. Моделирование отверждаемых цилиндрических элементов надувной антенны наноспутника // Вестник Пермского университета. Физика. 2017. № 4(38). С. 5–10. doi: 10.17072/1994-3598-2017-4-5-10. EDN ZXNXMN.
  8. Тулин Д.В., Финченко В.С. Теоретико-экспериментальные методы проектирования систем обеспечения теплового режима космических аппаратов // Проектирование автоматических космических аппаратов для фундаментальных научных исследований. 2014. Т. 3. С. 1320–1437. EDN VNSMWX.
  9. Демин Д.С., Кононенко П.И., Лебеденко В.И. Концепция бортового радиолокатора на основе АФАР с использованием рефлектора c отверждаемым пневмокаркасом // Тр. МАИ. 2021. № 119. doi: 10.34759/trd-2021-119-12.
  10. Баева Ю.В., Лаповок Е.В., Ханков С.И. Аналитическая методика расчета тепловых потоков в околоземном пространстве, формирующих тепловой режим космических телескопов // Оптический журнал. 2013. Т. 80, № 5. С. 30–37. EDN TQNXNZ.
  11. Elweteedy, Ahmed & Elmaihy, Ali & Elhefnawy, Ahmed. Small Satellite Operational Phase Thermal Analysis and Design: A Comparative Study // INCAS BULLETIN 2021. Vol. 13. P. 59–74. 10.13111/2066-8201.2021.13.4.6.
  12. Баева Ю.В., Лаповок Е.В., Ханков С.И. Методика расчета нестационарных температур космического объекта, движущегося по эллиптической орбите // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 6(88). С. 67–72. EDN RKOLXJ.
  13. Qiao Tan, Fengfeng Li, Liwu Liu, Yanju Liu, Jinsong Leng. Effects of vacuum thermal cycling, ultraviolet radiation and atomic oxygen on the mechanical properties of carbon fiber/epoxy shape memory polymer composite // Polymer Testing. 2023. Vol. 118. 107915. URL: https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2022.107915 (дата обращения:_28.08.2024)..
  14. Marjan Moghanipour, Maryam Kiani, Seid H. Pourtakdoust Radiation based satellite attitude and thermal parameters estimation considering conduction effect // Advances in Space Research. 2023. Vol. 72. I. 10. P. 4517–4530. doi: 10.1016/j.asr.2023.08.042.
  15. Kaihua Zhang, Yitong Lv, Biyuan Wu, Kun Yu, Yufang Liu, Xiaohu Wu. A theoretical study on the effect of protective layer on the solar absorption and infrared emittance of spacecraft smart thermal control devices // Optics & Laser Technology. 2024. Vol. 169. 110087. URL: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.110087 (дата обращения: 28.08.2024).
  16. Евлампиева С.Е., Беляев А.Ю., Мальцев М.С., Свистков А.Л. Анализ температурного режима отверждаемых надувных элементов антенн наноспутников // Механика композиционных материалов и конструкций. 2017. Т. 23. С. 459–469. doi: 10.25590/mkmk.ras.2017.23.04.459_469.01.
  17. Garishin O.K., Svistkov A.L., Belyaev A.Yu., Gilev V.G. On the possibility of using epoxy prepregs for carcass-inflatable nanosatellite antennas // Mater. Sci. Forum. 2018. Vol. 938. P. 156–163. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/msf.938.156' target='_blank'>www.scientific.net/msf.938.156.
  18. Дементьев И.И., Устинов А.Н., Атамасов В.Д. и др. Трехмерная математическая модель напряженно-деформированного состояния крупногабаритного композитного выносного элемента конструкции космического аппарата // Альманах современной науки и образования. 2015. № 1(91). С. 39–48. EDN TBYHCV.
  19. Денисова Л.В., Калинин Д.Ю., Резник С.В. Теоретические и экспериментальные исследования тепловых режимов сетчатых рефлекторов космических антенн // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2011. № 1(82). С. 92–105. EDN NDXJKV.
  20. Пономарев В.С., Пономарев С.В., Халиманович В.И.Термомеханический анализ крупногабаритного сетчатого рефлектора космического назначения // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2016. Т. 17, № 2. С. 343–358. EDN XAYYZX.
  21. Тестоедов Н.А., Двирный Г.В., Пермяков М.Ю. Определение величины температурной деформации размеростабильных рефлекторов // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2011. № 2(35). С. 67–71. EDN NXUZIP.
  22. Lingyi Wang, Hao Zhu, Wei Xu, Nanyu Meng. Thermal-structural analysis of a large space hoop-column antenna under unidirectional solar radiations // Thin-Walled Structures. 2024. Vol. 198. 111695. URL: https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.111695 (дата обращения: 28.08.2024).
  23. Zhiqi Shi, Qinghua Zhou, Hao Zhu, Wanyou Yang, Nanyu Meng. Thermal-dynamic coupling analysis of space truss antennas in actual space thermal environment // Engineering Structures. 2024. Vol. 298. 117020. doi: 10.1016/j.engstruct.2023.117020.
  24. Железняк В.Г., Чурсова Л.В. Модификация связующих и матриц на их основе с целью повышения вязкости разрушения // Авиационные материалы и технологии. 2014. № 1. С. 47–50. doi: 10.18577/2071-9140-2014-0-1-47-50.
  25. Казаковцев В.П., Корянов В.В., Просунцов П.В., Топорков А.Г. Расчет условий освещенности в процессе выведения космического аппарата на геостационарную орбиту // Инженерный журнал: наука и инновации. 2016. № 12(60). С. 4. doi: 10.18698/2308-6033-2016-12-1568. EDN XEQDWL.
  26. Асланян Р.О., Анисимов Д.И., Марченко И.А., Пантелеев В.И. Имитаторы солнечного излучения для термовакуумных испытаний космического аппарата // Сибирский журнал науки и технологий. 2017. Т. 18, № 2. С. 323–327. EDN YMACUC.
  27. Терехов С.В. Тепловые свойства металлов / Справочник. Донецк: ГБУ "Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина", 2023. 184 C.
  28. Теплообмен излучением: пер. с англ. / Зигель Р., Хауэлл Дж. М.: Мир, 1975. С. 934.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».