Методического и алгоритмического обеспечения тепловых испытаний материалов и элементов конструкции в стендах с газоразрядными источниками излучения

На правах рукописи

Мьо Тан

РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО И АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ В СТЕНДАХ С ГАЗОРАЗРЯДНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Специальность 05.07.07 – Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Москва - 2008

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете  им. Н.Э. Баумана

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Елисеев В. Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Падерин Л. Я.

доктор технических наук, профессор

Чугунков В. В.

Ведущая организация: Московский авиационный институт (государственный технический универси-

тет), г. Москва

Защита состоится «___»___________2008г. в_____часов на заседании

диссертационного совета ДС 212.008.01 при Московском государственном техническом университете им. Н. Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Автореферат разослан «___»__________2008г.

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просьба направлять по адресу: 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, МГТУ им. Н. Э. Баумана, диссертационный совет ДС 212.008.01

Учёный секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Калугин В.Т.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность настоящей работы связана с проблемой совершенствования технических средств, методов подготовки и проведения испытаний конструкций летательных аппаратов (ЛА) в стендах радиационного нагрева с использованием газоразрядных источников излучения (ГИИ).

Процесс теплообмена в рабочем участке стенда с ГИИ характеризуется, по крайней мере, двумя особенностями, отличающими его от теплообмена в рабочем участке стенда с галогенными лампами накаливания (ГЛН): разными спектрами излучения ГИИ и нагреваемого объекта и второе – заметное дискретное расположение источников над нагреваемой поверхностью. Кроме того ГИИ имеют существенно больший диаметр поперечного сечения (в два раза) по сравнению с ГЛН, что приводит к необходимости тщательно анализировать вопросы затенения ими излучения, поступающего от рефлектора на поверхность объекта испытания.

Возможность создания с помощью ГИИ тепловых потоков большой плотности делает актуальным также вопрос обеспечения требуемого теплового режима самих ГИИ. Правильно выбранный режим охлаждения ГИИ не только обеспечивает требуемое температурное состояние его оболочек, но во многом определяет допустимое значение мощности и ресурс работы ГИИ.

Важнейшей задачей, решаемой на этапе подготовки тепловых испытаний конструкции ЛА, является задача о выборе режима работы источников излучения, их пространственном расположении, концентрации излучения, которые в совокупности обеспечивают заданное температурное состояние объекта испытания. В соответствующем расчете одним из основных определяющих параметров становится коэффициент полезного действия источника излучения.

Цель Работы. Основной целью диссертационной работы является повышение надежности и достоверности моделирования тепловых режимов ЛА за счет создания более точных методов и эффективных алгоритмов расчета теплообмена в рабочих участках стендов радиационного нагрева с водоохлаждаемыми газоразрядными источниками излучения.

Исходя из сформулированной выше цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи.

1. Анализ состояния проблемы тепловых испытаний материалов и элементов конструкций в стендах радиационного нагрева с источниками излучения различного спектра.
2. Создание алгоритма определения спектральных плотностей потоков излучения и их отдельных составляющих в рабочем участке стенда.
3. Разработка математической модели сопряженной задачи радиационно-кондуктивного теплообмена в рабочем участке стенда.
4. Разработка модели прозрачности водоохлаждаемого газоразрядного источника излучения для собственного и внешнего излучений.
5. Определение коэффициента полезного действия источника излучения.
6. Создание программы расчета радиационно-кондуктивного теплообмена в рабочем участке стенда.
7. Оценка эффективности рефлектора и выбор его формы.
8. Разработка замкнутого метода расчета теплового режима частично прозрачных оболочек источника излучения и определения его предельно допустимой мощности.
9. Разработка алгоритма моделирования теплового режима элемента конструкции летательного аппарата.
10. Экспериментальная проверка метода расчета теплообмена в рабочем участке стенда.

Объектом настоящего исследования является рабочий участок стенда с расположенным в нем образцом материала или элементом конструкции (объект испытания). Рабочий участок стенда представляет собой устройство, состоящее из нагревательного блока с водоохлаждаемыми газоразрядными источниками излучения и, в общем случае, ограждающих поверхностей, в котором размещают объект испытания. На этапе исследовательских испытаний проходят аттестацию все материалы, которые планируют использовать в конструкции ЛА.

Предметом исследования является модель теплообмена в рабочем участке стенда, составляющая основу алгоритма моделирования теплового режима натурного объекта испытания.

В качестве основного класса ЛА, на который ориентированы результаты исследования, рассматриваются многоразовые аэрокосмические аппараты, выполняемые из функционально неразрущаемых конструкционных материалов.

Методы исследования. В процессе исследования использованы: зональный метод решения задач радиационного теплообмена, метод элементарных балансов, метод конечных элементов и аналитические методы определения температурного состояния объекта испытания.

Степень достоверности полученных результатов обеспечивается расчетно-теоретическим и экспериментальным обоснованием допущений, принимаемых при разработке физической и математической моделей расчета теплообмена а рабочем участке стенда, сопоставлением результатов вычислений с данными эксперимента и исследованиями, полученными ранее другими авторами.

Научная новизна. В диссертации:

1. Разработано методическое и алгоритмическое обеспечение расчетов теплообмена в рабочем участке стенда радиационного нагрева с водоохлаждаемыми газоразрядными источниками излучения, включающее в себя:

- физическую модель источника излучения, на основе которой определяются его собственное и поглощаемое им внешнее излучения (эффект затенения);

- алгоритм расчета спектральных и интегральных плотностей потоков излучения и их отдельных составляющих на поверхности объектов испытания;

- математическую модель сопряженной задачи радиационно-кондуктивного теплообмена в рабочем участке стенда;

- алгоритм моделирования теплового режима объекта испытания;

- совокупность программ расчета теплообмена в рабочем участке стенда с водоохлаждаемыми ГИИ, адаптированных к решению задач тепловых испытаний.

2. Предложен критерий оценки эффективности рефлекторов различной формы.

3. Предложен замкнутый метод расчета теплового режима частично прозрачных оболочек источника излучения и определения его предельно-допустимой мощности.

Практическая значимость диссертации заключается в разработке методического и алгоритмического обеспечения расчетов теплообмена в рабочем участке стенда с водоохлаждаемыми газоразрядными источниками излучения, позволяющего моделировать тепловой режим объекта на этапах исследовательских и автономных испытаний.

Разработан метод определения предельной мощности источника излучения, исходя из ограничений на допустимую температуру поверхности его частично прозрачной оболочки, граничащей с плазменным разрядом.

Предложенный в работе критерий оценки эффективности рефлекторов обеспечивает выбор его формы в соответствии и требованиями задачи испытаний.

Результаты выполненных в диссертации исследований используются в учебном процессе кафедры «Космические аппараты и ракеты-носители

(СМ-1) МГТУ им. Н.Э. Баумана и в исследовательской работе Дмитровского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана.

На защиту выносятся следующие результаты и положения:

1. Методическое и алгоритмическое обеспечение расчетов теплообмена в рабочем участке стенда радиационного нагрева с водоохлаждаемыми газоразрядными источниками излучения, позволяющее на этапах исследовательских и автономных испытаний моделировать тепловые режимы натурных объектов.
2. Результаты исследования влияния спектральных характеристик излучения на температурное поле объекта испытания.
3. Результаты исследования способа выравнивания неравномерности температурного поля объекта испытания, связанной с дискретным расположением ГИИ и ограниченными размерами нагревательного блока.
4. Метод определения предельной мощности водоохлаждаемого газоразрядного источника излучения по температурному состоянию его оболочки из частично прозрачного материала.
5. Критерий оценки эффективности рефлекторов различной формы.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы сообщались на Международной научной конференции, посвященной 90-летию В.И. Феодосьева «Ракетно-космическая техника. Фундаментальные и прикладные проблемы механики» (Москва, 2006 г.), VІІ Международной научно-практической конференции «Молодые ученые – промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения» (Москва, 2007 г.), ХХХІ Академических чтениях по космонавтике (Москва, 2007 г.). Материалы диссертации рассматривались на научных семинарах кафедры СМ-1 факультета «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана и научном семинаре «Теплофизические проблемы в ракетно-космической технике».

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 3 научных статьях, изданных в реферируемых журналах, а также в материалах конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем работы составляет 181 страниц, в том числе 150 страниц текста, 121 рисунка и 9 таблиц. Список литературы содержит 93 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, отмечена научная новизна и практическая значимость работы, выбраны методы исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту, описаны структура и содержание работы.

В первой главе диссертации выполнен обзор исследований, связанных с проблемой тепловых испытаний в стендах с газоразрядными источниками излучения, отмечена перспективность и указана область использования этих источников в практике экспериментальной отработки элементов конструкций и исследовании свойств материалов, применяемых в ракетно-космической технике.

Вместе с тем показано, что:

- отсутствует методическое, алгоритмическое и программное обеспечение расчетов проектных параметров нагревательных блоков и теплообмена в рабочих участках стендов с учетом спектральных характеристик излучения ГИИ и объекта испытания, основанное на использовании возможностей современной вычислительной техники и результатов экспериментальных исследований, полученных в последние годы;

- не исследовано влияние спектра ГИИ и спектральных характеристик нагреваемой поверхности на температурное состояние объекта испытания;

- не в полной мере решен вопрос о влиянии формы рефлектора на характеристики потоков излучения в рабочей зоне объекта испытания. Отсутствуют удобные для практического использования критерии оценки эффективности рефлекторов различной формы;

- не изучен механизм выравнивания температурного поля объекта испытания, нагреваемого переменным по поверхности потоком излучения, за счет целенаправленного изменения оптических характеристик его поверхности;

- нет замкнутого метода расчета теплового режима самих источников излучения;

- отсутствует описание алгоритма моделирования теплового режима объекта испытания в стендах с ГИИ.

Приведена постановка задачи исследования.

Во второй главе описана математическая модель радиационно-кондуктивного теплообмена (РКТ) в рабочем участке стенда с ГИИ. Принципиальная особенность модели состоит в том, что в ней учитывается дискретное расположение источников излучения над нагреваемой поверхностью объекта испытания (ОИ) и неизвестные потоки падающего излучения включают в себя одновременно совокупность прямого и отраженного излучений газоразрядных источников, а также собственного излучении нагреваемой поверхности , отраженного от других поверхностей. При этом спектры ГИИ и собственного излучения поверхности ОИ различны, но в алгоритме решения радиационной задачи предусмотрена возможность раздельного определения вклада этих излучений в суммарный падающий поток.

Система уравнений для определения спектральных потоков излучения, падающих на выделенные площадки замкнутой геометрической системы поверхностей (рис. 1 а и б), решалась зональным методом. Размер площадок выбирался намного меньше расстояния между ними.

Найденные потоки падающего (или результирующего) излучений используются далее в итерационной процедуре в качестве одного из граничных условий при расчете нестационарного температурного поля многослойного ОИ (сопряженная задача РКТ). Для решения кондуктивной задачи использовался, как правило, метод конечных элементов (МКЭ), а в ряде случаев, при решении одномерных задач теплопроводности – метод элементарных балансов (МЭБ).

Вычислительные процедуры МКЭ реализованы в виде разработанного автором программного комплекса на языке Паскаль и процедуры МЭБ - на языке С.

Рис. 1. Схема рабочих участов: а) с тремя ГИИ ; б) с шестью ГИИ ; 1 - водоохлаждаемые ГИИ трубчатой формы; 2 - водоохлаждаемый экран; 3 - условные поверхности, замыкающие системы а или б с поглощательной способностью А= 1 и температурой Т = 0 С ; 4 - испытуемый образец материала; 5 - термопары; 6 - фронтальная (нагреваемая) поверхность; 7 - тыльная поверхность образца

Приведена физическая модель водоохлаждаемого ГИИ и концепция двух его коэффициентов полезного действия (внутреннего и внешнего):

, (1)

где P – электрическая мощность ГИИ; Qи(P) – поток излучения, генерируемый плазмой на внутренней поверхности внутренней кварцевой оболочки ГИИ при расчете «внутреннего» КПД и Qи(P) – поток излучения на внешней поверхности внешней оболочки ГИИ при расчете «внешнего» КПД, рис. 2.

Рис. 2. Поперечное сечение водоохлаждаемого ГИИ и схема его взаимодействия с излучением: 1 – плазма; 2 и 4 – кварцевые оболочки; 3 - охлаждающая жидкость; 5 – поток исходящего излучения; 6 – поток падающего излучения

Рис. 3. Зависимость КПД источника ДТП 10/200 от электрической мощности ГИИ: 1 – внутренний КПД – расчеты В.М. Градова; 2 – внешний КПД, получен на основе эксперимента В.А. Товстонога

Рис. 4. Сравнение расчета распределения плотности потока падающего излучения с экспериментом для трех моделей источника излучения: 1 – полностью прозрачный ГИИ; 2 – частично прозрачный ГИИ; 3 – непрозрачный ГИИ

Зависимость указанных КПД источника ДТП 10/200 от электрической мощности представлена на рис. 3. Первый из них(внутренний) предназначен для расчета теплового режима ГИИ, а второй – для расчета радиационного теплообмена в рабочем участке стенда. Знание этих КПД позволяет для заданной электрической мощности ГИИ найти необходимые для дальнейших расчетов потоки излучения.

Излучение, вышедшее за пределы источника, может вновь падать на его поверхность после отражения от рефлектора и других поверхностей, образующих внутренний контур рабочего участка. В связи с этим возникает необходимость в выборе допущения о степени прозрачности водоохлаждаемого ГИИ для излучения, падающего на его внешнюю поверхность. Выполненное в диссертации сопоставление результатов расчета распределения потока падающего излучения по ширине нагреваемого образца с данными эксперимента показывает, что наиболее близкое согласование теории и эксперимента обеспечивает модель полностью прозрачного источника для падающего на него излучения, рис. 4.

Этот вывод служит обоснованием выбора указанной модели ГИИ для расчетов теплообмена в рабочем участке стенда.

Сформулировано граничное условие, достаточное для идентичности температурных полей, рассчитываемых с использованием спектральных или интегральных характеристик источника излучения и нагреваемой поверхности. Условие записано в виде баланса плотностей отдельных составляющих результирующего потока излучения на нагреваемой поверхности ОИ

, (2)

где

; (3)

(4)

В случае, когда спектр источника излучения изменяется в процессе его работы, например, при регулирования мощности, найденные из условия (2) интегральные поглощательные способности зависят от режима работы источника. Наиболее заметно этот эффект проявляется в установках с галогенными лампами накаливания, у которых при программированном нагреве ОИ спектр зависит от температуры нити накала.

В третьей главе приведены результаты исследования влияния на характеристики потоков излучения в рабочей зоне ОИ рефлекторов различной формы и пространственного расположения ГИИ. Для удобства сопоставления результатов расчета с экспериментом в качестве ОИ использовалась стальная пластина толщиной 1,5 мм. Сравнительный анализ зависимости распределения потока излучения, падающего на поверхность пластины и температуры ее поверхности от формы рефлектора выполнен для трех форм отражателя: трапециевидный рефлектор с различным углом раскрытия створок (рефлектор 1), цилиндрической формы индивидуальный для каждого ГИИ (рефлектор 2) и эллиптический общий для трех ГИИ (рефлектор 3).

Анализ рассмотренных схем нагревательных блоков с рефлекторами различной формы показывает, что плотность потока излучения, падающего на поверхность испытуемого объекта, получается сложением плотностей потоков, падающих на нее непосредственно от ГИИ и от рефлектора. При заданном одинаковом пространственном расположении ГИИ первое слагаемое не зависит от формы выбранного рефлектора и представляет собой одну и туже функцию распределения по нагреваемой поверхности. Второе слагаемое суммарной плотности падающего потока определяет вклад рефлектора и зависит от его формы и ширины рабочей зоны l.

Предложен удобный для практического использования критерий оценки эффективности рефлекторов различной формы

, (5)

где – и - расчетные функции распределения плотности потоков излучения по ширине рабочей зоны l, падающих на нагреваемую поверхность от рефлектора и ГИИ соответственно.

Значения критериев эффективности, рассчитанные по формуле (5) приведены в таблице1.

Таблица 1

Тип экрана и его номер Ширина рабочей зоны l	1	2	3	4	5	6
для l =50 мм	0,1592	0, 1592	0,2121	0,2866	0,3821	0,5684
для l =100 мм	0, 1592	0,1751	0,2121	0,2866	0,3926	0,5230
для l =150 мм	0, 1594	0,1822	0,2275	0,2961	0,3947	_
для l =200 мм	0,1750	0,2042	0,2645	0,3112	_	_

Рис.5. Спектры излучения близкие к спектрам следующих источников: 1 - инфракрасный источник; 2 - концентрированное излучение солнца; 3 – гипотетический источник монохроматического излучения с длиной волны 0,5 мкм

Рис.6. Изменение температуры на фронтальной и тыльной поверхностях теплоизолированной пластины из молибдена при нагреве ее источником инфракрасного излучения (кривые 1, 4), источником концентрированного солнечного излучения (2, 5), источником монохроматического излучения (3, 6) и изменение потока результирующего излучения : 7-источник инфракрасного излучения;8-источник концентрированного солнечного излучения; 9-источник монохроматического излучения

Выполнено исследование влияния спектра различных по своей природе источников излучения (рис. 5) и спектральных характеристик нагреваемой поверхности ОИ на его температурное состояние. В качестве объекта исследования рассматривалась пластина из полированного молибдена с тепловой изоляцией на тыльной стороне, либо с подложками из фетра, графита или меди (материалы с сильно различающейся теплопроводностью).

Динамика процесса нагрева ОИ с хорошо выраженными спектральными свойствами поверхности указанными выше источниками излучения определяется, в основном, тремя факторами: оптическими характеристиками материала, спектром падающего излучения и условиями теплообмена на граничных поверхностях. В случае, когда условия кондуктивно-конвективного теплообмена на внешних поверхностях ОИ сохраняются неизменными, его откликом на замену одних источников излучения на источники с другим спектром является изменение температурного состояния, которое полностью определяется двумя первыми факторами.

На рис.6 представлен пример расчета температуры фронтальной и тыльной поверхностей пластины из молибдена толщиной 2мм и изоляцией на тыльной стороне при нагревании ее одним из трех источников излучения различного спектра с одинаковой интегральной плотностью потока падающего излучения.

Видно, что замена одного источника на другой заметно влияет на динамику изменения температуры и ее величину. Отличие температур на поверхностях ОИ в установившемся режиме составляет от 12% до 30% в зависимости от типа используемого источника. В нестационарном режиме и для других условий теплообмена на тыльной поверхности это отличие оказывается еще более заметным. Время установления стационарного режима теплообмена пластины (ст) для разных источников излучения и материалов подложек изменяется в несколько раз.

Исследованы возможности выравнивания неравномерности температурного поля образца по его ширине, вызванной особенностями конструктивной схемы рабочего участка. Существуют две основные причины, объясняющие неравномерность распределения температуры образца по его ширине в рабочем участке с ГИИ. Первая из них заключается в том, что часть лучистой энергии уходит через открытые зоны рабочего участка. Вторая – дискретный характер расположения ГИИ в нагревательном блоке. Первая причина приводит к заметному уменьшению потока подающего излучения и температуры образца в его периферийной области.

В качестве одного из эффективных способов выравнивания температурного поля, не требующих изменения конструкции нагревательного блока, может служить целенаправленное изменение оптических характеристик нагреваемой поверхности. Рассмотрен случай, в котором плотность потока падающего излучения изменяется в соответствии с законом

, (6)

где qmax принято равным 15 Вт/м2, и два варианта задания оптических характеристик на нагреваемой поверхности: и . Последний вариант может быть реализован разбиением поверхности на достаточно узкие полосы и нанесением на них покрытий с соответствующими оптическими свойствами.

Из приведенных на рис.7 результатов расчета видно, что второй вариант задания оптических характеристик обеспечивает более равномерное изменение температуры на нагреваемой поверхности. Указанное изменение температуры объясняется возрастанием вклада собственного излучения поверхности в результирующий поток. Увеличение температуры в центральной части пластины связано с более высоким значением в этой области потока результирующего излучения по сравнению с периферией. Наибольшее отличие температуры пластины от ее среднего значения через 700с после начала процесса нагрева в первом варианте расчета составило 15% и во втором 6,6%.

Рис.7. Изменение температуры по фронтальной поверхности керамики для синусоидального распределения на ней потока падающего излучения: 100с – кривая 1, 200с - кривая 2, 400с - кривая 3 и 700с - кривая 4; пунктирные линии – расчет по варианту 1, сплошные – по варианту 2

Рассмотрений способ выравнивания температурного поля наиболее эффективен в интервале температур от 300К до 1000К при неизменных оптических свойствах поверхности в этом интервале.

На основе полученных в диссертации результатов исследования разработан алгоритм моделирования теплового режима ОИ, адаптированный к условиям исследовательских и автономных испытаний материалов и элементов функционально неразрушаемых конструкций ЛА в стендах с газоразрядными источниками излучения, рис. 8.

В четвертой главе дано описание предложенного автором замкнутого метода расчета теплового режима водоохлаждаемых газоразрядных источников излучения при заданных ограничениях на температуру «горячей» кварцевой оболочки (1200С) и отсутствие кипения воды в охлаждающем тракте. Замкнутость метода, в основе которого лежат известные аналитические зависимости для определения температурного состояния частично прозрачных оболочек ГИИ, получена за счет предложенного автором использования в расчете «внутреннего» коэффициента полезного действия и определения граничного условия на внутренней поверхности «горячей» оболочки ГИИ.

Приведены результаты экспериментальной проверки разработанных в диссертации основных методов расчета и выбранной физической модели водоохлаждаемого ГИИ.

* - параметры первого приближения

Рис. 8. Алгоритм моделирования теплового режима объекта испытания

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработано методическое и алгоритмическое обеспечение расчета теплообмена в рабочих участках стендов с газоразрядными источниками излучения, включающее:

- метод и алгоритм решения сопряженной и комбинированной задач радиационно-кондуктивного и конвективного теплообмена с учетом спектральных характеристик излучения ГИИ и объекта испытания, обеспечивающие вычисление суммарных потоков падающего и результирующего излучений, а также их отдельных составляющих;

- определение внутреннего и внешнего коэффициентов полезного действия ГИИ и граничных условий для расчета температурного состояния их оболочек.

2. Сформулировано условие идентичности температурных полей, рассчитываемых с использованием спектральных и интегральных характеристик ГИИ и нагреваемой поверхности (условие 2-4).

3. Исследовано влияние на характеристики потоков излучения в рабочей зоне объекта испытания рефлекторов различной формы. Предложен удобный для практического использования критерий оценки их эффективности в виде безразмерного отношения потока излучения, падающего на объект испытания только от рефлектора, к потоку, падающему на него непосредственно от источников излучения (без рефлектора). На основе предложенного критерия, используемого совместно с методом и алгоритмом расчета радиационно-кондуктивного теплообмена в системе «нагревательный блок-объект испытания», можно оценивать эффективность рефлекторов различной формы с заданным в них расположением источников излучения. Практически важно, что такая оценка возможна на этапе проектирования рефлектора до его создания.

4. Впервые исследовано влияние спектра различных типов источников излучения и спектральных характеристик нагреваемой поверхности на температурное состояние объекта испытания. Показано, что при нагревании объектов испытания с выраженными спектральными свойствами поверхности излучением источников с одинаковой интегральной плотностью потока, но с различным спектром, температура объекта может изменяться на десятки процентов в зависимости от типа источника излучения и момента времени нагрева.

Равенство интегральных плотностей потоков излучения, падающих на поверхность объекта испытания, не обеспечивает идентичность температурных полей в нем при замене одного типа источника на другой с иным спектром излучения или при изменении режима его работы.

5. Исследован механизм выравнивания температурного поля объекта испытания, нагреваемого переменным по поверхности потоком излучения, за счет целенаправленного изменения ее оптических характеристик. Сформулировано условие выравнивания температуры, связывающее изменение поглощательной способности «серой» поверхности с заданным законом изменения плотности потока падающего излучения. Показано, что рассматриваемый способ выравнивания температурного поля наиболее эффективен в интервале температур от 300К до 1000К при сохранении стабильности оптических свойств поверхности в этом интервале.

6. Разработан алгоритм моделирования теплового режима объекта испытания, адаптированный к условиям исследовательских и автономных испытаний материалов и элементов функционально неразрушаемых конструкций летательных аппаратов в стендах с газоразрядными источниками излучения.

7. Впервые предложен замкнутый метод расчета теплового режима источников излучения с учетом заданного ограничения на температуру «горячей» частично прозрачной оболочки (1200С) и отсутствия кипения воды в охлаждающем тракте. Замкнутость метода, основанного на использовании известных зависимостей для определения температурного состояния оболочек, достигнута за счет предложенного автором введения в расчет «внутреннего» коэффициента полезного действия и определения граничного условия на поверхности «горячей» оболочки ГИИ.

8. Выполнена экспериментальная проверка основных положений диссертации, подтвердившая правильность определяющих допущений, использованных при разработке методов расчета и полученных в ней результатов.

Основное содержание диссертации отражено в следующих опубликованных работах:

1. Мьо Тан, Мосалов Ф.Ф., Баслык К.П., Елисеев В.Н. Анализ влияния спектральных характеристик излучения на температурное состояние двухслойной пластины // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. – 2006. – № 3(64). -С.24-36.
2. Мьо Тан, Баслык К.П., Елисеев В.Н. Влияние спектральных характеристик излучения на температурное состояние двухслойной пластины // Ракетно-космическая техника. Фундаментальные и прикладные проблемы механики: Материалы Международной научной конференции, посвященной 90-летию В.И. Феодосьева. -Москва, 2006. – С.81.
3. Мьо Тан, Елисеев В.Н. Особенности тепловых испытаний материалов на стендах радиационного нагрева с учетом спектральных характеристик излучения // Молодые ученые – промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения: Материалы VІІ Международной научно-практической конференции. - Москва, 2007. – С. 62-65.
4. Баслык К.П., Елисеев В.Н., Мосалов Ф.Ф., Мьо Тан. Расчет температурного состояния элементов конструкции летательных аппаратов на этапе подготовки испытаний в условиях радиационно-кондуктивного нагрева // Актуальные проблемы российской космонавтики: Материалы ХХХІ Академических чтений по космонавтике. – Москва, январь-февраль 2007. –С.38-39.
5. Мьо Тан, Баслык К.П., Товстоног В.А., Елисеев В.Н. Алгоритм расчета радиационно-кондуктивного теплообмена в установках с газоразрядными источниками излучения // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. – 2007. – № 4(69). - C.33-46.
6. Мьо Тан. О выборе рациональной формы рефлектора для нагревателя с газоразрядными источниками излучения // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. – 2008. – №2. - C.128-131.