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航天器用低温多层隔热性能计算方程

2021-05-21张暘赵剑锋韩崇巍张宁莉宁博杜卓林赵欣赵啟伟

中国空间科学技术 2021年2期

张暘,赵剑锋,韩崇巍,张宁莉,宁博,杜卓林,赵欣,赵啟伟

1. 北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094 2. 空间热控技术北京市重点实验室, 北京 100094

多层的一维纵向传热模型,普遍采用基于导热和辐射的形式[9-17]。传热模型分为两类,一类为半经验方程,另一类为逐层建模的方法。半经验方程以Lockheed[15-16]为代表,多层漏热量仅与多层内外表面温度有关,方程中的导热项系数和辐射项系数由试验确定。不同的结构、材料,导热项系数和辐射项系数有较大差异。并且,方程的辐射项为温度的4.67次方,不便于仿真软件使用。逐层建模的方法以McIntosh[17]为代表,需建立多层所有相邻反射屏间的传热方程。McIntosh给出了适用于间隔层为涤纶网、蚕丝网、玻璃纸的层间接触传热系数计算公式。此方法受多层结构、材料的限制较小,但是必须求解所有反射屏的温度,不便于工程应用。

本文将Lockheed和McIntosh的方法相结合,给出了适用于不同组成结构,并且便于工程应用的纵向传热模型获取方法。具体方法为:第一,按照McIntosh的方法逐层建立多层纵向传热模型,计算不同热边界情况下多层的传热量。第二,将多层传热模型简化为类似Lockheed方程的形式,辐射项改为温度的4次方,以适应仿真软件。利用第一步得到的计算数据,采用二元线性回归分析的方法,获得简化方程的导热项系数和辐射项系数。以国产低温多层为例,研究了常用10单元多层的隔热性能计算方程。通过等效方法及两个应用实例,验证了该方程的准确性。……

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