НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o184.pdf (1625.66Кб)

УДК 629.7.018.3:536.24

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана ОАО «НПО»Молния»

Полимерные композиционные материалы (КМ) нашли широкое применение в создании крупногабаритных космических конструкций, в частности, рефлекторов космических антенн. Такие конструкции должны иметь высокую удельную жесткость и прочность. При неравномерном нагреве таких конструкций существенную роль в формировании их температурных полей играет теплопроводность в плоскости армирования КМ. Литературные данные по теплопроводности в плоскости армирования КМ ограничены, а имеющиеся методы ее определения несовершенны. Как правило, в традиционных методах теплопроводность материалов определяется в направлении, перпендикулярном плоскости армирования на образцах в форме круглой или прямоугольной пластины. Из-за малой толщины рефлектора практическая ценность результатов таких испытаний невелика, а стандартные образцы не всегда представительны. Весьма перспективен метод контактного нагрева, который был апробирован в МГТУ им. Н.Э. Баумана на образцах в виде длинных полых стержней из углепластика и тросовых элементов космических конструкций. Настоящая статья посвящена экспериментальной отработке метода контактного нагрева на тонкостенных пластинах из углепластика.
Тепловые испытания предполагали создание в образце материала нестационарного температурного поля, градиент которого совпадает с направлением плоскости армирования. Для подавления свободной конвекции испытания проводились в вакуумной камере. Экспериментальные термограммы обрабатывались по модели одномерной теплопроводности для термически тонкого тела. Проведена оценка влияния неопределенностей параметров эксперимента (степени черноты поверхности образца, клея и датчиков температуры, погрешностей закрепления датчиков температуры) на результат определения теплопроводности образца. Получены новые данные по теплопроводности углепластика в плоскости армирования в интервале температур 295…375 К, которые могут быть использованы для проектных расчетов рефлекторов прецизионных космических антенн.
В перспективе целесообразно проводить испытания образцов тонкостенных пластин из углепластика в широком диапазоне температур, включая низкие температуры.

Список литературы

1. Романов А.Г. Методы и средства контроля отражающих свойств материалов, применяемых в конструкциях рефлекторов антенн космических аппаратов: дис. … канд. техн. наук. Казань, 2014. 160 c .
2. Лопатин А.В., Рутковская М.А. Обзор конструкций современных трансформируемых космических антенн (Часть 1) // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнёва. 2007. № 2. С. 51-57.
3. Reznik S.V., Kalinin D.Y., Denisov O.V. Features of large deployable antennas thermal state in space // Proc. of the 30th ESA antenna workshop on antennas for Earth observation, science, telecommunication and navigation space missions. Nordwijk, The Netherlands, 2008. P. 335-338.
4. Шашков А.Г., Волохов Г.М., Абраменко Т.Н. и др. Методы определения теплопроводности и температуропроводности   / под ред. А.В. Лыкова. М.: Энергия, 1973. 336 с.
5. Температуропроводность и теплопроводность LFA / GHP / HFM / TCT // Официальный сайт фирмы NETZSCH . Режим доступа:  http://www.netzsch-thermal-analysis.com/ru/produkty-reshenija/temperaturoprovodnost-i-teploprovodnost.html  (дата обращения 20.04.2015).
6. Tiwari A., Boussois K., Nait-Ali B., Smith D. S., Blanchart P. Anisotropic thermal conductivity of thin polycrystalline oxide samples // AIP Advances. 2013. Vol. 3, iss. 11. Art. no. 112129. DOI: 10.1063/1.4836555
7. Matsevity Y.M., Lushpenko S.F. An Estimation of Thermal Properties by Means of Solving Internal Inverse Heat Transfer Problems // Preliminary Proc. of the 2^nd Int. Conf. on Inverse Problems in Engineering: Theory and Practice, Le Croisic, France, 9–14 June 1996. Vol. 2. N.Y., 1996. P. 139–146.
8. Blackwell B.F., Gill W., Dowding K.J., Easterling R.J. Uncertainty estimation in the determination of thermal conductivity of 304 stainless steel // Proc. of the Int. Mechanical Engineering Congress and Expositions (IMECE’00), Orlando, FL, U.S.A., 2000. Report no. SAND2000-2379C.
9. Резник   С.В.   Денисов   О.В. Постановка и результаты тепловых испытаний элементов композитных стержневых космических конструкций // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2008. №   4. С. 81 -8 9.
10. Резник С.В., Денисов О.В., Просунцов П.В., Тимошенко В.П., Шуляковский А.В. Термовакуумные испытания полых композитных стержней для космических конструкций // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. № 7. С. 8–12.
11. Резник С.В., Тимошенко В.П., Просунцов П.В., Минаков Д.С. Моделирование и идентификация параметров теплопереноса в тросовых элементах космических конструкций. II . Экспериментальные исследования. Определение теплопроводности тросового элемента // Тепловые процессы в технике. 2014. Т. 6, № 8. С. 378-383.
12. Резник С.В., Тимошенко В.П., Просунцов П.В., Минаков Д.С. Моделирование и идентификация параметров теплопереноса в тросовых элементах космических конструкций. I . Обоснование условий эксперимента // Тепловые процессы в технике. 2013. Т. 5, № 5. С. 235-239.
13. Reznik S.V., Prosuntsov P.V., Railyan V.S., Shulyakovsky A.V. Method and results of investigations of thermophysical properties of carbon–polymer composites with full-scale samples of beam space structures // Proc. of the 2^nd Int. Symp. on Inverse Problems, Design and Optimization, 16–18 April 2007. Miami, Florida, USA, 2007. P. 657-660.
14. Резник   С.В., Тимошенко В.П., Просунцов П.В., Миаль Л.В. Теоретические основы определения теплопроводности тонкостенных элементов конструкций из композиционных материалов // Инженерно-физический журнал. 2014. Т. 87, № 4. С. 838–844.
15. Тимошенко В.П., Минаков Д.С. Методика изготовления тонких термопар типа медь – константан // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2014. № 3. С. 2 - 5.