Математическое моделирование комбинированного теплообмена в пористых материалах тепловой защиты многоразовых космических аппаратов

Представлены постановки, расчетные схемы и алгоритмы решения одно- и двумерных задач радиационно-кондуктивного теплообмена для определения характеристик теплопереноса материалов тепловой защиты. Приведены примеры использования данных алгоритмов.

Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки специалистов "Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов", бакалавров "Ракетные комплексы и космонавтика", магистров "Ракетные комплексы и космонавтика", изучающих дисциплины "Испытания композитных материалов и конструкций", "Теплофизические процессы в композитных конструкциях", "Теория и методы решения обратных задач", "Планирование и обработка результатов тепловых испытаний" и аспирантов по специальностям "Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов" и "Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем".

Список литературы

1. Авиационно-космические системы: сб. статей / под ред. Г.Е. Лозино-Лозинского и А.Г. Братухина. М.: Изд-во МАИ, 1997. 416 с.
2. European Space Agency. http://www.esa.int/About_Us/ Welcome_to_ESA/ESA_history/History_Hermes_spaceplane_1987
3. Spaceplanes — Space Planes Guide: VentureStar. http://www.aerospaceguide.net/space_planes/x-33.html
4. Гофин М.Я. Жаростойкие и теплозащитные конструкции многоразовых аэрокосмических аппаратов. М.: ЗАО «ТФ «МИР», 2003. 672 с.
5. Постановка и результаты комплексных исследований теплопереноса в пористых материалах многоразовых транспортных космических систем / С.В. Резник [и др.] // Тр. II Междунар. науч. конф. «Ракетно-космическая техника: фундаментальные и прикладные проблемы». М., 2005. Т. 2. С. 83–102.
6. Chaumette D., Cretenet J. Hermes Thermal Protection System Overview // Acta Astronaut. 1987. Vol. 16. No. 3. Pр. 391–399.
7. Reusable Metallic Thermal Protection Systems Development / M.L. Blosser [et al] // 3rd European Workshop on Thermal Protection Systems. Noordwijk (Netherlands). 1998. 12 p.
8. Suffil. http://www.saffil.com
9. Полежаев Ю.В., Шашков А.А. Газодинамические испытания тепловой защиты: справочник. М.: Промедэк, 1992. 248 с.
10. Fields R.A. Flight Vehicle Thermal Testing With Infrared Lamps. // NASA Technical Memorandum. 1992. No. 4336. 29 p.
11. Дмитриев В.Г., Бюшгенс Г.С. О работах ЦАГИ: 1970–2000 гг. и перспективы. М.: Изд-во ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, 2001. 111 с.
12. Материалы и покрытия в экстремальных условиях. Взгляд в будущее. В 3 т. T. 1: Прогнозирование и анализ экстремальных воздействий / Ю.В. Полежаев [и др.]; под ред. С.В. Резника. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 224 с.
13. Экспериментально-вычислительный комплекс для исследования теплофизических свойств теплотехнических материалов / О.М. Алифанов [и др.] // Тепловые процессы в технике. 2009. Т. 1. № 2. С. 49–60.
14. Daryabeigi K., Knutson J.R., Sikora J.G. Thermal Vacuum Facility for Testing Thermal Protection Systems // NASA Technical Memorandum. 2002. No. 211734, 22 p.
15. DelPapa S. Radiant Heat Test Facility (RHTF): User Test Planning Guide // NASA Preprint. 2011. No. 20110011411. 33 p.
16. Фролов Г.А., Полежаев Ю.В. Тепловое разрушение материалов. Киев: Академпериодика, 2005. 354 с.
17. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Высокочастотные индукционные плазмотроны серии ВГУ // Сб. ст. «Актуальные проблемы механики: физико-химическая механика жидкостей и газов». М.: Наука, 2010. С. 151–177.
18. Methodology for Flight-Relevant Arc-Jet Testing of Flexible Thermal Protection Systems / A. Mazaheri [et al] // J. Spacecraft and Rockets. 2014. Vol. 51. No 3. Pр. 789–800.
19. Сасоров В.П. Установка радиационного высокотемпературного нагрева УРАН-1 // Электровакуумная техника. 1967. № 42. С. 87–89.
20. Чандрасекар С. Перенос лучистой энергии. М.: Изд-во иностранной литературы, 1953. 432 с.
21. Coupled radiative and conductive heat transfer in a non-grey absorbing and emitting semitransparent media under collimated radiation / D. Lacroix [et al] // J. Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2002. Vol. 75. Рp. 589–609.
22. Numerical solution of radiative transfer equation coupled with nonlinear heat conduction equation / F. Asllanaj [et al] // Int. J. Numerical Methods for Heat & Fluid Flow. 2001. Vol. 11. Iss. 5. Рp. 449–453.
23. Radiative and conductive heat transfer in a nongrey semitransparent medium. Application to fire protection curtains / N. Berour [et al] // J. of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2004. Vol. 86. Pp. 9–30.
24. Zhao S.Y., Zhang B.M., Du S.Y. An inverse analysis to determine conductive and radiative properties of a fibrous medium //J. Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2009. Vol. 110. Iss. 13. Pp. 1111–1123.
25. Суржиков С.Т. Тепловое излучение газов и плазмы. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 544 с.
26. Menguc V.P., Viscanta R. Comparison of radiative transfer approximations for a highly forward scattering planar medium // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 1983. Vol. 29. Iss. 5. Pp. 381–394.
27. Мулдашев Т.З., Султангазин У.М. Метод сферических гармоник для решения задачи переноса излучения в плоскопараллельной атмосфере // Журн. вычислит. математики и мат. физики. 1986. Т. 2. № 6. С. 882–893.
28. Krook M. On the solution of equations of transfer // Astrophysical J. 1955. Vol. 122. No 3. Pp. 488–497.
29. Горский В.В., Товстоног В.А. О применении метода моментов к решению уравнения лучистого переноса // Тепловой режим конструкций из полупрозрачных материалов. Тр. МВТУ им. Н.Э. Баумана. 1976. № 205. С. 70–78.
30. Sherman M.P. Moment methods in radiative transfer problems // J. Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 1967. Vol. 7. No 1. Pp. 89–109.
31. Горский В.В., Штыря А.С. Применение метода полумоментов к исследованию теплообмена излучением в поглощающих, излучающих и рассеивающих материалах // Тр. МВТУ им. Н.Э. Баумана. 1987. № 495. С. 43–57.
32. Multigroup half space moment approximations to the radiative heat transfer equations / R. Turpault [et al] // J. Computational Physics. 2004. Vol. 198. Iss. 1. Pp. 363–371.
33. Frank M., Dubroca B., Klar A. Partial moment entropy approximation to radiative heat transfer // J. Computational Physics. 2006. Vol. 218. Iss. 1. Pp. 1–18.
34. Dubroca B., Klar A. Half-Moment Closure for Radiative Transfer Equations // J. Computational Physics Volume. 2002. Vol. 180. Iss. 2. Pp. 584–596
35. Frank M. Approximate Models For Radiative Transfer // Bulletin of the Institute of Mathematics Academia Sinica (New Series). 2007. Vol. 2. No 2. Pp. 409–432
36. Оцисик М. Сложный теплообмен. М.: Мир, 1976. 616 с
37. Галактионов А.В., Степанов С.В. Диффузия излучения в изотропной среде с переменным показателем преломления // ТВТ. 1988. Т. 26. № 5. С. 940–946.
38. Петров В.А., Марченко Н.В. Перенос энергии в частично прозрачных твердых материалах. М.: Наука, 1985. 190 с.
39. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 541 с.
40. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 392 с.
41. Четверушкин Б.Н. Математическое моделирование задач динамики излучающего газа. М.: Наука, 1985. 304 с
42. Михалев А.М., Просунцов П.В., Резник С.В. Математико-алгоритмическое и программное обеспечение исследования процессов радиационно-кондуктивного теплообмена в частично прозрачных материалах // Передовые термические технологии и материалы. Матер. I Междунар. симп., п. Кацивели (АР Крым). 22–26 сентября 1997 г. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. Ч. 2. С. 40–49.
43. Myers D.E., Martin C.J., Blosser M.L. Parametric weight comparison of advanced metallic, ceramic tile, and ceramic blanket thermal protection systems // NASA Technical Memorandum. 2000. No. 210289. 44 p.
44. Daryabeigi K. Heat Transfer Modeling and Validation for Optically Thick Alumina Fibrous Insulation // 30th International Thermal Conductivity Conference. Pittsburgh (PA, USA), 2009. 12 p