Автореферат (1137328), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Промежуткимежду слоями заполняет газ, соответствующий по параметрам сопутствующейгазовой атмосфере космического аппарата. Технологически разделение слоев сцилиндрической геометрией проводится нанесением на фольговую ленту механическим способом матрицы конусообразных выступов, высота которых задаетмежслойное расстояние. В основе модели лежит система уравнений, каждое изкоторых описывает поток энергии от -го к ( + 1)-му экрану:1, ( )+,+1,1(︁1+1, ( )4)︁ , (4 − +1) + gas + pad =−1= , , ( )4 , = 0, − 1,где и обозначают соответственно внутреннюю и наружную поверхности экрана, , и , ( ), , и , ( ) — площадь и коэффициент черноты внутренней инаружной поверхности -го экрана соответственно; — температура -го экрана; — постоянная Стефана-Больцмана; gas — составляющая теплового потока,обусловленная теплопроводностью остаточного газа между экранами; pad — составляющая теплового потока, связанная с теплопередачей посредством конусообразных выступов или иных специальных разделительных прокладок междуэкранами.Показано, что при остаточном давлении 10 Па для решения поставленнойзадачи применима изоляция, состоящая из 20 экранов; при этом мощность теплового потока, уходящего с наружной поверхности ЭВТИ, будет иметь значение на уровне 1,9 кВт/м2 , что соответствует температуре наружной поверхностиоколо 630 К; при этом эффективный коэффициент теплопроводности изоляциисоставит 9,6 мВт/(м · К).Сопоставление результатов теплофизических испытаний макета трубопровода с ЭВТИ (Рис.
8) с результатами численного моделирования (Рис. 9) показало, что погрешность разработанной модели не превышает 5 %.Основные выводы. Обобщение полученных результатов позволяет сформулировать следующие выводы.1. На основе градиентных теорий теплопроводности и термоупругости разработана универсальная физико-математическая модель для прогнозированиятеплофизических и термомеханических свойств высокотемпературных конструкционных СКМ, систематически учитывающая температурные зависимости характеристик составляющих компонентов. Математически формализована и про13Рис.
8.Рис. 9.Выход макета трубопровода с ЭВТИ Расчетное распределение температурна стационарный температурныйпо экранам ЭВТИрежимведена процедура идентификации параметров модели на основе массива экспериментальных данных. С использованием развитой модели выработан критерииоценки прочности СКМ, учитывающий температурные напряжения и деформации в структуре материала.2.
Даны математические формулировки и предложены алгоритмы решения задач конструкционной и функциональной оптимизации структурных параметров СКМ с целью достижения требуемого набора физико-механическиххарактеристик конечного материала. С использованием выработанных критериев прочности и трещиностойкости выявлен набор оптимальных структурных параметров СКМ конструкционного назначения на основе системы Al2 O3 −Cr, использованный в процессе реализации технологического цикла получения опытных образцов материала.
Результатами оптимизации стали значения толщинкерамического и металлического слоев ℎ1 = 70 мкм и ℎ2 = 20 мкм соответственно при числе пар слоев, равном 21.3. На основе разработанной модели и ее программной реализации проведено численное параметрическое моделирование температурного распределения,а также картины напряженно-деформированного состояния в структуре СКМAl2 O3 −Cr с оптимальными параметрами в условиях интенсивного тепловоговоздействия. Показано, что максимальные температурные деформации в структуре материала не превышают предельно допустимого уровня.4.
Предложен способ аналитической оценки термостойкости СКМ. Показано, что для композита, состоящего из 21 пары чередующихся слоев Al2 O3 и Crс толщинами 70 и 20 мкм соответственно, максимальный температурный перепад, выдерживаемый материалом в отсутствие зарождения трещин, составляетне менее Δc = 553 ℃.5. Предложен технологический способ получения слоистого металл-керамического композита Al2 O3 −Cr, основанный на методе шликерного пленочноголитья. Выявлены оптимальные параметры технологических циклов на всех эта14пах синтеза. Получены опытные образцы композита с оптимальными структурными параметрами и посредством аттестации совокупности достигнутых физико-механических свойств доказано их соответствие прогнозируемым характеристикам.6.
На основе массива экспериментальных данных о структурных, теплофизических и термомеханических характеристиках опытных образцов полученного материала проведена верификация разработанной физико-математическоймодели и аналитического критерия оценки термостойкости СКМ. Показано,что погрешность расчетной модели не превышает 20 %, а критерия оценки термостойкости — 10 %.7. Предложена конструктивная схема трубопровода для транспортировки высокотемпературного газообразного теплоносителя на борту космическихаппаратов, выполненного на основе слоистых металл-керамических структур(СКМ и ЭВТИ).
Развита физико-математическая модель, позволяющая описывать тепловые процессы в слое ЭВТИ. На основе разработанной модели иее программной реализации проведено численное параметрическое моделирование теплового режима трубопровода с ЭВТИ. Показано, что при температуретеплоносителя 1 500 К мощность тепловых потерь в космическое пространствосоставит 1,9 кВт/м2 при эффективном коэффициенте теплопроводности изоляции 10 мВт/(м · К). На основе результатов теплофизических испытаний макетатрубопровода с ЭВТИ проведена верификация разработанной модели. Показано, что погрешность модели не превышает 5 %.Список публикаций1. Функциональные материалы для трубопроводов ядерных энерго-двигательных установок / Р.
Н. Ризаханов, М. Н. Полянский, А. А. Бармин,Р. И. Рудштейн // Перспективные материалы. — 2013. — № 9. — С. 14–18. —(0,34 п. л. /0,085 п. л.).2. Получение наноструктурированного слоистого композита оксид алюминияхром для применения в термонапряженных узлах ракетно-космической техники / Р. Н. Ризаханов, А. А.
Бармин, Р. И. Рудштейн и др. // Перспективные материалы. — 2014. — № 6. — С. 12–18. — (0,32 п. л. / 0,04 п. л.).3. Керамический композит на основе нитрида бора с повышенной стойкостьюк ионной бомбардировке для применения в составе холловского двигателя /Р. Н. Ризаханов, А.
А. Бармин, Р. И. Рудштейн и др. // Перспективныематериалы. — 2014. — № 12. — С. 16–24. — (0,60 п. л. / 0,067 п. л.).4. Prediction of thermal and thermomechanical properties of high-temperaturelaminated composites based on the system Al2 O3 −Cr / R. N. Rizakhanov,A. A. Barmin, R. I. Rudshtein et al. // Nanomechanics Science andTechnology. — 2015. — no. 1. — (0,60 п. л.
/ 0,1 п. л.).5. Ризаханов Р. Н., Бармин А. А., Рудштейн Р. И. Теплоизоляторы нового поколения на основе наноматериалов в ракетно-космической технике // Труды 2-й Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых156.7.8.9.10.11.12.13.16ученых «Функциональные наноматериалы для космической техники», МИЭМ, 2011 г. — 2011. — С. 150–154.
— (0,19 п. л. / 0,064 п. л.).Ризаханов Р. Н., Полянский М. Н., Рудштейн Р. И. Термоизоляция трубопровода для транспортировки высокотемпературного теплоносителя ядерной энерго-двигательной установки // Сборник трудов XXII Международная конференции «Радиационная физика твердого тела», г. Севастополь,9–14 июля 2012 г. — С. 390–397. — (0,272 п. л. / 0,091 п. л.).Ризаханов Р.
Н., Полянский М. Н., Рудштейн Р. И. Расчет экранно-вакуумной термоизоляции трубопровода для передачи высокотемпературного теплоносителя ядерной энерго-двигательной установки // Научно-техническая конференция с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника», г. Судак, 15–24 сентября 2012 г. — С. 292–295. —(0,27 п. л. / 0,09 п. л.).Функциональные материалы для трубопроводов ЯЭДУ / Р.
Н. Ризаханов, М. Н. Полянский, А. А. Бармин, Р. И. Рудштейн // Сборник трудовXXIII Международной конференции «Радиационная физика твердого тела», г. Севастополь, 8–13 июля 2013 г. — (0,37 п. л. / 0,092 п. л.).Слоистый композиционный материал на основе оксида алюминия и хромадля применения в термонапряженных узлах ракетно-космической техники /Р. Н. Ризаханов, А. А.
Бармин, Р. И. Рудштейн и др. // Сборник трудовXXV Международной конференции «Радиационная физика твердого тела»,г. Севастополь, 6–11 июля 2015 г. — (0,321 п. л. / 0,064 п. л.).Ризаханов Р. Н., Рудштейн Р. И. Использование жаростойкой керамики длязащиты стенок камер сгорания реактивных двигателей // Тезисы докладовнаучно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. 2011 г. — С. 314–315. — (0,22 п. л. / 0,22 п. л.).Ризаханов Р. Н., Полянский М. Н., Рудштейн Р. И. Анализ характеристикэкранно-вакуумной высокотемпературной термоизоляции для примененияв узлах космической техники // Сборник тезисов докладов научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ и ВШЭ, Москва, МИЭМ, 19 февраля – 4 марта, 2013 г.
—(0,133 п. л. / 0,044 п. л.).Высокотемпературные функциональные материалы для промышленныхустановок / Р. Н. Ризаханов, М. Н. Полянский, А. А. Бармин, Р. И. Рудштейн // Сборник тезисов докладов научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ и ВШЭ,Москва, МИЭМ, 17–28 февраля, 2014 г. — (0,25 п. л. / 0,063 п. л.).Конструкция трубопровода для транспортировки высокотемпературноготеплоносителя в космических аппаратах / Р.
Н. Ризаханов, М. Н. Полянский, А. А. Бармин, Р. И. Рудштейн // Сборник тезисов докладов научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ и ВШЭ Москва, МИЭМ, 3–13 февраля, 2015 г. —(0,31 п. л. / 0,08 п. л.).Подписано в печать 20.01.2016. Формат 60 × 90 1/16. Тираж 100 экз.Типография ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша». 125438, Москва, Онежская, 8http://www.kerc.msk.ru.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
