Тепловая защита летательного аппарата на основе материалов нового класса

Авиационная и ракетно-космическая техника

2023. Т. 30. № 1. С. 107-116.

DOI: 10.34759/vst-2023-1-107-116

Авторы

Матковский Н. О.1, 2*, Ермолаев А. Ю.1, 2**, Тишков В. В.1***

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
2. «Государственное машиностроительное конструкторское бюро «Вымпел» им. И.И.Торопова», Волоколамское шоссе, 90, Москва, 125424, Россия

*e-mail: matkovskiyno@yandex.ru
**e-mail: erm_a@mail.ru
***e-mail: tishkovvv@mai.ru

Аннотация

Рассматривается метод пассивной тепловой защиты бортовой аппаратуры летательного аппарата (ЛА), основанный на использовании материалов нового класса. В качестве внутреннего теплозащитного покрытия (ТЗП) исследуется материал дискретного волокна на основе оксида алюминия и кварцевого волокна — аэрогель. Рассмотрена конструкция аппаратурного отсека с учетом внутреннего ТЗП — аэрогеля и внешнего ТЗП — композиционного эрозионно-стойкого материала. Приведены расчетные температурные значения, полученные для различных типов ТЗП, обеспечивающих необходимый уровень температуры внутри отсека. Показано, что принципиально новый материал внутреннего ТЗП — аэрогель — приводит к снижению температуры бортовой аппаратуры на 4 °C без использования внешнего ТЗП и на 12 °C — с применением композиционного материала в качестве внешнего ТЗП.

Ключевые слова:

аэродинамический нагрев ЛА, технология активной тепловой защиты бортовой аппаратуры ЛА, теплозащитное покрытие корпуса приборного отсека ЛА, аэрогель, теплопроводность композиционных материалов на основе аэрогеля, теплонапряженное состояние композиционного корпуса ЛА

Библиографический список

  1. Шилкин О.В., Кишкин А.А., Зуев А.А., Делков А.В., Лавров Н.А. Проектирование системы пассивного охлаждения бортового комплекса космического аппарата // Вестник Москов-ского авиационного института. 2021. Т. 28. № 2. С. 96-106. DOI: 10.34759/vst-2021-2-96-106
  2. Шилкин О.В., Колесников А.П., Кишкин А.А., Зуев А.А., Делков А.В. Проектирование пассивной системы терморегулирования производительностью до 3 кВт тепло-выми трубами и активными элементами подогрева для космического аппарата // Вестник Московского авиационно-го института. 2022. Т. 29. № 1. С. 67–80. DOI: 10.34759/vst—2022—1—67—80
  3. Волков В.Н., Гусев А.Н., Иваха В.В. Выбор теплонагруженных траекторий для оценки прочности планера авиационных управляемых ракет // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 6. С. 43–48.
  4. Гусейнов А.Б. Особенности разработки крылатых ракет: Учеб. пособие. — М.: Изд-во МАИ, 2015. — 106 с.
  5. Комаров И.М., Епишин К.В., Зернюков Д.В. и др. Разработка и тактика применения гиперзвуковых летательных аппаратов по материалам зарубежных источников // Инноватика и экспертиза: научные труды. 2017. № 1(19). С. 204–214.
  6. Ашихмина Е.Р., Агеева Т.Г., Просунцов П.В. Анализ температурного состояния и разработка тепловой защиты крыла многоразового космического аппарата туристического класса из гибридного композиционного материала // Тепловые процессы в технике. 2018. Т. 10. № 5–6. С. 266–273.
  7. Колычев А.В. Активная тепловая защита элементов конструкции гиперзвукового летательного аппарата на новых физических принципах при аэродинамическом нагреве // Труды МАИ. 2012. № 51. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=29053
  8. Naved I., Hermann T., McGilvray M. Numerical simulation of transpiration cooling for a high-speed vehicle with substructure // AIAA Journal. 2021. Vol. 59. No. 8. DOI: 10.2514/1.J059771
  9. Гусев А.Н., Зайцев А.В., Иваха В.В., Юдаков С.В. Обзор перспективных задач по тематике управляемого авиационного вооружения для решения в пакете программ «ЛЭГАК-ДК» // Супервычисления и математическое моделирование: Сб. трудов XII международного семинара. — Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2011. С. 127–134.
  10. Гусев С.А., Николаев В.Н. Математическое моделирование теплового состояния радиоэлектрон-ного оборудования в отсеке летательного аппарата // Решетневские чтения: Cб. XXII Международной научно-практической конференции (12–16 ноября 2018, Красноярск). Т. 2. С. 111–112.
  11. Балинова Ю.А., Гращенков Д.В., Шавнев А.А. и др. Высокотемпературные теп-лозащитные, керамические и металлокерамические композиционные материалы для авиационной техники нового поколения // Вестник Концерна ВКО «Алмаз — Антей». 2020. № 2(33). С. 83–92. DOI: 10.38013/2542-0542-2020-2-83-92
  12. Caywood W.C., Rivello R.M., Weckesser L.B. Tactical missile structures and materials tech-nology // Johns Hopkins APL Technical Digest. 1983. Vol. 4. No. 3, pp. 166–174. URL: https://www.jhuapl.edu/Content/techdigest/pdf/V04-N03/04-03-Caywood.pdf
  13. Bi C., Tang G.H., Hu Z.J. Heat conduction modelling in 3-D ordered structures for prediction of aerogel thermal conductivity // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. Vol. 73, pp. 103–109. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.01.058
  14. Bo Yuan, Shuqiang Ding, Dongdong Wang, Gang Wang, Hongxia Li. Heat insulation properties of silica aerogel/glass fiber composites fabricated by press forming // Materials letters. 2012. Vol. 75, pp. 204–206. DOI: 10.1016/j.matlet.2012.01.114
  15. Авиационные материалы: Справочник: В 9 т. / Под общ. ред. А.Т. Туманова. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: ОНТИ, 1974. Т. 8 «Теплозвукоизоляционные, декоративно-отделочные текстильные и лакокрасочные материалы, силикатные эмали». — 236 с.
  16. Бабашов В.Г., Варрик Н.М., Карасева Т.А. Применение аэрогелей для создания тепло-изоляционных материалов (обзор) // Труды ВИАМ. 2019. № 6(78). С. 32–42. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-6-32-42
  17. Бабашов В.Г., Варрик Н.М. Высокотемпературный гибкий волокнистый теплоизоляционный ма-териал // Труды ВИАМ. 2015. № 1. DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-1-3-3
  18. Jin L., Li P., Zhou H. et al. Improving thermal insulation of TC4 using YSZ-based coating and SiО2 aerogel // Progress in Natural Science: Materials Interna-tional. 2015. Vol. 25. No. 2, pp. 141–146. DOI: 10.1016/j.pnsc.2015.03.006
  19. Раскутин А.Е., Соколов И.И. Углепластики и стеклопластики нового поколения // Труды ВИАМ. 2013. № 4. URL: http://viam-works.ru/plugins/content/journal/uploads/articles/pdf/29.pdf
  20. Абдрахманов Ф.Х., Волосов Д.Р., Карпузиков С.А. и др. Выбор композиционного материала в тонкостенных конструкциях, работающих при повышенных температурах // Вестник Концерна ВКО «Алмаз — Антей». 2018. № 3. С. 87–97. DOI: 10.38013/2542-0542-2018-3-87-97
  21. Матковский Н.О. Определение экстремальных условий температурного и силового нагружения корпуса отсека беспилотного летательного аппарата с применением наружного композитного материала // Молодежь и будущее авиации и космонавтики: Сб. тр. 12-го Всероссийского межотраслевого молодежного кон-курса научно-технических работ и проектов в области авиационной и ракетно-космической техники и технологий (23–27 ноября 2020, Москва). — М.: Логотип, 2020. С. 239. URL: https://mforum.mai.ru/files/MFORUM-2020.pdf
  22. Авиационные материалы: Справочник: В 9 т. / Под общ. ред. А.Т. Туманова. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: ОНТИ, 1976. Т. 7. Ч. 1 «Полимерные композиционные мате-риалы». — 391 с.
  23. Ермолаев А.Ю., Зуев А.А., Матковский Н.О. Анализ напряженно-деформированного состояния корпуса приборного отсека беспилотного летательного аппарата с применением наружного композици-онного материала // Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества: Сб. материалов VIII Междуна-родной конференции с элементами научной школы для молодежи (5–9 октября 2020, Суздаль). — М: ИМЕТ РАН, 2020. С. 145–146.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024