Лабораторные исследования характеристик теплопереноса материалов тепловой защиты многоразовых космических аппаратов

С.В. Резник, П.В. Просунцов

Лабораторные исследования характеристик 
теплопереноса материалов тепловой защиты 

многоразовых космических аппаратов

Рекомендовано Федеральным учебно-методическим объединением в системе 
высшего образования по укрупненной группе специальностей и направлений 

подготовки  24.00.00 «Авиационная и ракетно-космическая техника» 

в качестве учебного пособия 

Московский государственный технический университет 

имени Н.Э. Баумана

ISBN 978-5-7038-4816-6 

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018
© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

УДК 536.2:536.3
ББК 31.31
 
Р34 

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/121/book1752.html

Факультет «Специальное машиностроение» 
Кафедра «Ракетно-космические композитные конструкции» 

Рецензенты: 
д-р техн. наук профессор М.Ю. Лившиц, 
канд. физ.-мат. наук М.О. Забежайлов 

Резник, С. В. 

Р34 
 
Лабораторные исследования характеристик теплопереноса 

материалов тепловой защиты многоразовых космических аппаратов : учебное пособие / С. В. Резник, П. В. Просунцов. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. —  45, [3] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-4816-6
Представлены постановки и алгоритмы решения обратных задач 
радиационно-кондуктивного теплообмена для определения теплофизических и оптических характеристик материалов. Приведены примеры использования алгоритмов, рассмотрены результаты их применения для определения характеристик теплозащитных материалов.
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки специалистов «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и 
ракетно-космических комплексов», бакалавров «Ракетные комплексы 
и космонавтика», магистров «Ракетные комплексы и космонавтика».

УДК 536.2:536.3
ББК 31.31 

Предисловие

В издании представлены методы определения характеристик 
теплопереноса частично прозрачных пористых материалов, опирающиеся на аппарат обратных задач комбинированного теплообмена. Учебное пособие может быть рекомендовано для студентов, обучающихся по направлениям подготовки: специалистов 
24.05.01 «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и 
ракетно-космических комплексов», бакалавров — 24.03.01 «Ракетные комплексы и космонавтика», магистров — 24.04.01 «Ракет ные 
комплексы и космонавтика», изучающих дисциплины «Теория 
и методы решения обратных задач», «Испытания композитных 
материалов и конструкций», «Теплофизические процессы в композитных конструкциях», «Теплоперенос в композиционных материалах», «Математическое моделирование теплонагруженных 
композитных конструкций», а также для аспирантов — по специальностям 05.07.01 «Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов», 05.07.03 «Прочность и тепловые режимы 
летательных аппаратов», 05.07.07 «Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем».
Целью пособия является освоение теоретических основ и ознакомление с экспериментальным оборудованием для определения 
характеристик теплопереноса частично прозрачных материалов 
тепловой защиты многоразовых космических аппаратов.
Дисциплина «Теория и методы решения обратных задач» 
включает в себя два модуля, которые изучаются в течение одного 
семестра. 
Представленный в настоящем пособии материал относится 
к разделу 2.1 модуля 2 «Постановки и алгоритмы решения обратных задач» указанной дисциплины, в котором рассматриваются 
задачи определения коэффициента теплопроводности частично 
прозрачных теплозащитных материалов при стационарном режиме теплообмена и монотонном режиме нагрева образца, задача 
комплексного определения характеристик теплопереноса частично прозрачных теплозащитных материалов при импульсном на

греве образца, а также вопросы определения оптических свойств 
частично прозрачных теплозащитных материалов по измерению 
пропускания образца.
Цель изучения указанного выше раздела дисциплины — научиться формулировать постановку обратных задач и разрабатывать алгоритмы их решения для определения характеристик теплопереноса частично прозрачных материалов тепловой защиты. 
Пособие представляет собой логически завершенный раздел 
курса, для которого приводится набор планируемых результатов 
обучения, заданных программой дисциплины.
После изучения раздела 2.1 «Определение характеристик теплопереноса композиционных материалов с использованием 
методов обратных задач теплообмена и переноса излучения» модуля 2 «Постановки и алгоритмы решения обратных задач» студенты смогут: 
• записывать постановку обратных задач теплообмена и разрабатывать алгоритм их решения для определения теплофизических и оптических свойств материалов;
• давать рекомендации по выбору размеров образца для проведения лабораторных исследований;
• понимать влияние основных параметров эксперимента 
(толщины образца, темпа нагрева, степени черноты граничных 
поверхностей) на результаты определения эффективного коэффициента теплопроводности частично прозрачного материала;
• разбираться в устройстве и принципах работы современного 
теплофизического оборудования для исследования характеристик 
теплопереноса.
Для изучения дисциплины «Теория и методы решения обратных задач» необходимо предварительно освоить следующие 
курсы: математический анализ, материаловедение, производство 
композитных конструкций, оптимизация композитных конструкций и технологий, термодинамика и теплопередача, теплофизические процессы в композиционных материалах.
Кроме того, для понимания материала настоящего пособия 
потребуются знания в области физики, термодинамики и теплопередачи, дифференциальных уравнений и частных производных, 
а также владение материалом, изложенным в пособиях [1] и [2]. 
В начале изучения материала пособия для самоконтроля настоятельно рекомендуется выполнить следующие задания:
1) объяснить принцип определения теплопроводности при 
стационарном режиме теплообмена образца;

2) записать одномерное стационарное уравнение теплопроводности;
3) записать одномерное нестационарное уравнение теплопроводности;
4) охарактеризовать метод определения теплопроводности 
при монотонном режиме нагрева образца;
5) описать граничные условия первого и второго рода для 
уравнения теплопроводности;
6) привести основные допущения импульсного метода измерения теплопроводности;
7) сравнить между собой методы определения теплопровод
ности при стационарном режиме теплообмена и при монотонном 
нагреве образца;
8) записать уравнение переноса излучения для плоского 
слоя поглощающей и излучающей среды; объяснить физический 
смысл входящих в него величин.
Выполнение перечисленных заданий будет способствовать 
глубокому пониманию и быстрому усвоению материала пособия.