ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ ОБОЛОЧКИ ВОЗДУХОПЛАВАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

© Г.Е.Верба, Б.А.Ивченко, С.П.Черников
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2006 г.

При расчете температурного режима воздухоплавательного аппарата задача рассматривается, как правило, в интегральной постановке, в результате решения определяется средняя по поверхности температура оболочки. Однако реальные внешние факторы, действующие на оболочку, распределены по ее поверхности весьма неоднородно. Неоднородными могут быть и терморадиационные характеристики оболочки, например, при наличии на ее поверхности панелей солнечных батарей или других включений.

В докладе приводятся методика и результаты расчета нестационарного температурного поля оболочки с учетом локального распределения всех действующих внешних и внутренних факторов.

Задача решается в следующей постановке. Оболочка представляется в виде многогранника, который образуется при ее разбиении N плоскостями, перпендикулярными оси, и M плоскостями, проходящими через ось. Грани считаются плоскими. Каждая грань имеет собственную температуру и участвует в конвективном и радиационном теплообмене с окружающей средой, подъемным газом и друг с другом. Решается система ((N+1)M +1) уравнений, определяющих температуры элементов оболочки и среднюю температуру газа.

В расчетах варьировались терморадиационные характеристики внешней и внутренней поверхностей оболочки, величины восходящего и нисходящего потоков длинноволновой радиации, угол Солнца, угол между направлением на Солнце и осью аппарата, высота расположения аппарата над уровнем моря, величина потока прямой солнечной радиации, альбедо подстилающей поверхности.

Результаты расчетов показывают, что в дневных условиях разность между максимальной и минимальной температурой оболочки из однородного материала достигает в зависимости от его характеристик 10 - 15С и более. При этом средние температуры газа, определенные с помощью интегрального и локального подходов, получаются весьма близкими.

Наличие панелей солнечных батарей приводит к увеличению разности между максимальной и минимальной температурой оболочки до нескольких десятков градусов.

Результаты проведенных расчетов сравниваются с имеющимися опубликованными данными, полученными для расчетной модели, в которой оболочка дирижабля аппроксимируется цилиндром и разбивается по высоте на три изотермических зоны с разными радиационными характеристиками. Из сравнения результатов можно сделать вывод о правдоподобном их соответствии.