Математическое моделирование процессов сложного теплообмена и оптимизация параметров теплозащитного покрытия с системой радиационных э

Таблица 1 – Максимальная температура на тыльной поверхности ТЗП для различных систем радиационных экранов

С другой стороны, оптимизация расположения экранов позволяет значительнее уменьшить толщину волокнистого материала, и тем самым, больше снизить удельную массу ТЗП.

Далее никелевые экраны не рассматривались вследствие их низкой эффективности. Для определения максимальной экономии массы при использовании ТЗП с системой радиационных экранов рассмотрены модели ТЗП с 6, 7 и 8 позолоченными экранами. Дальнейшее увеличение количества экранов не позволяет уменьшить удельную массу покрытия из-за увеличения массы установленных экранов. Оптимальное расположение экранов и полученная в результате расчета минимальная толщина слоя волокнистого материала показаны на рисунке 11. Оценка экономии массы при применении этих моделей ТЗП приведена в таблице 2.

Рис. 11. Модели ТЗП с оптимальной системой радиационных экранов:

а – 6 экранов; б – 7 экранов; в – 8 экранов.

Таблица 2 – Оценка экономии массы покрытия при применении моделей  ТЗП с 6, 7 и 8 экранами

Таким образом, применение ТЗП с системой радиационных экранов  с отражающей способностью ниже 0,9 не дает возможности снизить удельную массу покрытия, тогда как применение ТЗП с системой радиационных экранов, отражающая способностью которых близка к 1, позволяет уменьшить удельную массу ТЗП без существенного изменения конструкции, только за счет уменьшение толщины слоя волокнистого материала. Так для данных условий теплового нагружения ТЗП с 8 позолоченными экранами, расположенными на оптимальном расстоянии друг от друга, на 9,61% легче аналогичного теплозащитного покрытия без экранов, что, с учетом теплоизолируемой площади аппарата в сотни квадратных метров, дает существенную экономию массы.

Литература

1. Development of Metallic Thermal Protection Systems for the Reusable Launch Vehicle / K. Daryabeigi [et al] // NASA, Langley Research Center. – 2006. – No. 23681 – 8p.
2. Heat Transfer in High Temperature Multilayer Insulation / K. Daryabeigi [et al] // NASA, Langley Research Center. – 2000. – No. 210289 – 48p.
3. Opacification of High Temperature Fibrous Insulation/ W.C. Miiller [et al] // NASA-CR-166578 – 1984. –– 30 p.
4. Parametric Weight Comparison of Advanced Metallic, Ceramic Tile, and Ceramic Blanket Thermal Protection Systems / D. Myers [et al] // NASA, Langley Research Center. – 2000. – No. 21018. – 49 p.
5. Reflective Coating on Fibrous Insulation for Reduced Heat Transfer / Derec D. Hass [et al] // NASA, Langley Research Center. – 1997. – No. 201733 – 8p.
6. Thermal Testing and Analysis of an Efficient High-Temperature Multi-screen Internal Insulation / S. Wieland [et al] // NASA, Langley Research Center. – 2007. – 12 p.
7. Основы идентификации и проектирования тепловых процессов и систем / О.М. Алифанов [и др.]. – М.: Логос, 2001. – 400 с.
8. Суржиков С.Т. Тепловое излучение газов и плазмы – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 544 с.