Автореферат (Разработка методического обеспечения эксплуатации инфракрасных имитаторов внешних тепловых нагрузок на поверхность космического аппарата), страница 4

Даннуюэкспериментальную работу можно провести как попутную с какими-либоиспытаниями, поскольку этот эксперимент будет непродолжительным –менее двух часов. Излучающий модуль, например, метровой длиныразмещается в тепловакуумной камере, оснащенной криогенными экранами.На некотором расстоянии от выходного сечения отражателя модуля (нарасстоянии не менее 0,5 м, но не более 0,8 м) устанавливается один или двадатчика плотности теплового потока.

После выхода экспериментальнойустановки на рабочий режим по уровню вакуума и по температурекриогенныхэкрановк модулю подводитсянекотораяопределеннаямощность, например, 1000 Вт. После этого начинается регистрациятемператур теплоприемников датчиков плотности тепловых потоков.Эксперимент продолжается до выхода температур теплоприемников на,близкий к стационарному уровень.Зарегистрированные в эксперименте величины плотности тепловыхпотоков, падающих на теплоприемники датчиков, используются затем как19входная информация в разработанной компьютерной программе определенияоптимальных значений интенсивности излучения модуля имитатора. Кромеэтого в программу вводится информация об относительном расположениимодуля и датчиков в экспериментальной установке. На основе этих входныхданных выполняется расчет значения интенсивности излучения модуля, прикотором на поверхности теплоприемников датчиков реализуются замеренныев экспериментерасчетныезначениязначенияплотности теплового потока.интенсивностиизлученияСопоставляямодуляизначениеподводимой в эксперименте электрической мощности, устанавливается связьмежду интенсивностью излучения и мощностью.Аналитический подход к решению задачи определения искомойзависимости иллюстрируется на примере рассмотрения инфракрасногоимитатора (ИКИ) установки ВК600/300.

В этом имитаторе с цельюповышения коэффициента полезного использования подводимой энергииизлучатель модуля (токопроводящая лента) заключался в специальныйотражатель,ограничивающийуголвыходаизлучениявплоскости,перпендикулярной оси модуля. Этот угол, отсчитываемый от центральнойпродольной плоскости модуля, составляет величину, приблизительно равную300 . Исходя из величины этого угла, а также исходя из особенностейоптическойсхемысистемы«излучатель-отражатель»былапринятаупрощенная индикатриса излучения модуля Ф(r ) на выходе из плоскостисреза отражателя. Считалось, что Ф(r )зависит только от угла jiотсчитываемого от нормали излучателя в плоскости, перпендикулярной осимодуля.

Причем эта зависимость может быть представлена так: при ji  .523Ф (ji )  1 , при  ji  .523 ф(ji )  0 .Рассматривалась задача имитации воздействия потока излученияплотностью400 Втм2( qw  400)на поверхность черного бесконечнопротяженного кругового цилиндра, размещенного в бесконечно длинном20цилиндрическом имитаторе, модули которого расположены равномерно поокружности с угловым шагом 7,5o .Предположим,чтокоэффициентполезногоиспользованияподводимой к модулю энергии равен 0,8 и вся энергия излучения имитаторапри заданной индикатрисе излучения его модулей попадает на облучаемуюповерхность.Расчеты, выполненные с помощью разработанной компьютернойпрограммы оптимизации режима работы имитатора показывают, что приqw  400Втвеличина интенсивности излучения модулей должна составлятьм2величинуприблизительноравнуюJ ( j )  4258мощность модуля единичной длины W ( j ) Вт.м стерад.2qw    d nСопоставляяс величиной J ( j ) ,получаем коэффициент С  0.019 .

Для двухметрового модуля C  0.038 .В четвертой главе показана эффективность разработанных подходов копределению энергетических режимов работы инфракрасных имитаторов напримереиспользованияизвестногоинфракрасногоимитатора(ИКИ)тепловакуумной установки ВК600/300 для решения задач термостатированияизделия «Спектр-РГ» при проведении его комплексных электрическихиспытаний и для воспроизведения внешних тепловых нагрузок на изделие«Луна-Глоб» при его тепловакуумных испытаниях.До стадии осуществления разработки методического и программногообеспечения проведения отмеченных испытаний весьма важным являетсявопрос о возможности качественного проведения этих испытаний в условияхустановки ВК600/300.Комплексные электрические испытания штатных изделий космическойтехники в последние годы стали проводить в тепловакуумных установках вусловияхмоделированиякосмическоговакуумаприподдержаниитребуемого теплового режима всех жизненно важных их элементов.

В21средних и крупных по объему вакуумных камерах, в том числе и камереВК600/300, в качестве средств основной откачки используются насосыповерхностногодействиякрио-конденсационноготипа–экраны,охлаждаемые жидким или кипящим азотом. Поэтому достижение иподдержание в камере требуемого уровня вакуума ( P  10 5 торр ) сопряжено снеобходимостью поддержания на экранах достаточно низких температур(менее 90 K ) с тем, чтобы конденсировать и вымораживать на них газы ипары,выделяемыеиспытуемымобъектомиэлементамисамойэкспериментальной установки. В связи с этим возникает необходимостьподвода к испытуемому объекту энергии, компенсирующей его потери иобеспечивающей в нем требуемый тепловой режим. Для этой цели вустановкеВК600/300используетсяинфракрасныйимитатор(ИКИ),выполненный в виде совокупности условно линейчатых излучателей(модулей), которые могут располагаться вокруг испытуемого объекта.Комплексные тепловакуумные испытания изделия «Луна-Глоб» будутпроводиться в установке ВК600/300 с использованием штатной ее системывакуумирования и инфракрасного имитатора внешних тепловых нагрузок(ИКИ).

В диссертации проанализированы особенности внешнего тепловогонагружения изделия «Луна-Глоб» на различных этапах его эксплуатации.Выявлены четыре наиболее теплонапряженных этапов эксплуатации изделия.С помощью градиентных методов оптимизации выявлены значенияинтенсивностей излучения модулей ИКИ, при реализации которых во времяпредстоящих тепловакуумных испытаний заданные внешние тепловыенагрузки будут воспроизводиться наилучшим образом, разумеется, впределах принципиальной возможности используемого имитатора.22Основные результаты и выводыВ диссертационной работе получены следующие результаты:1.Установлено,чтоцелеваяфункция,определяющаяоптимальныйэнергетический режим работы инфракрасных имитаторов, имеет, по крайнеймере, три точки минимума при малоотличающихся значениях самихминимумов.Данныйвыводявляетсярезультатомсравнительногоисследования трех методов оптимизации, два из которых являютсяградиентными и впервые применены в решении задач рассматриваемогокласса.2.

Разработаны экспериментальный и аналитический методы определениякоэффициента связи между мощностью, подводимой к модулям имитатора слинейчатыми излучателями, и интенсивностью их излучения.3.Разработанмоделированияновыйвнешнихметодрешениятепловыхзадачинагрузоксэкспериментальногопомощьюсетчатыхнагревателей. Проведено сравнение с известным методом, показанопреимущество разработанного метода в отношении точности моделирования.4.Проведеноисследованиевозможностииспользованиякварцевыхгалогенных ламп накаливания в составе инфракрасного имитатора с условноточечными излучателями, испускающими в сторону испытуемого объектаизлучение по спектральному составу близкому к излучению черного тела.Разработана принципиальная схема модуля такого имитатора.5.Показанаэффективностьградиентныхметодовоптимизацииэнергетических режимов работы инфракрасных имитаторов на примеререшения задачи термостатирования изделия «Спектр-РГ» при проведении егокомплексных электрических испытаний и решения задачи воспроизведениявнешнихтепловыхнагрузокнаизделие«Луна-Глоб»вусловияхтепловакуумной установки ВК600/300.23Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:1.Мамедова К.И., Колесников А.В., Палешкин А.В.

Градиентные методыоптимизации режима работы имитатора внешних тепловых нагрузок. Статья.Тепловые процессы в технике. 2014. Т. 6. № 11. с. 522-528.2.Мамедова К.И., Колесников А.В., Палешкин А.В. Методика выбораоптимального энергетического режима работы сетчатого нагревателя. Статья.Тепловые процессы в технике. 2015. Т. 7. № 1. с. 37-423.Мамедова К.И., Колесников А.В., Палешкин А.В. Методика оценкивлияния погрешностей моделирования внешних тепловых нагрузок на тепловоесостояние КА. Статья. Тепловые процессы в технике.

2015 Т. 7, № 9, с. 417-422.4.тепловыхМамедова К.И. Палешкин А.В. Моделирование расчетных внешнихнагрузоккповерхностикосмическогоаппаратаспомощьюинфракрасных нагревателей. Статья. Вестник МАИ. 2016, №12, Т.855.Актуальные проблемы российской космонавтики. Труды XXXIXакадемических чтений по космонавтике, посвященных памяти C.П. Королева идругих выдающихся отечественных ученых-пионеров освоения космическогопространства.

Москва, 27-30 января 2015 года. Сборник тезисов докладов. – М.:Комиссия РАН.-2015. с. 24724.