Планирование температурных измерений для определения характеристик теплопереноса материалов тепловой защиты многоразовых космических аппаратов

Планирование температурных измерений 

для определения 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

С.В. Резник, П.В. Просунцов

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/book1748.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.  
                     Планирование температурных измерений для определения характеристик теплопереноса материалов тепловой 
защиты многоразовых космических аппаратов : учебное 
пособие / С. В. Резник, П. В. Просунцов. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. — 42, [6] с. : ил. 
 
ISBN 978-5-7038-4802-9 
 
Представлены методы и алгоритмы планирования температурных 
измерений, предназначенных для последующего определения характеристик теплопереноса частично прозрачных пористых материалов. Приведены примеры использования алгоритмов решения задач, рассмотрены 
результаты их применения при планировании температурных измерений 
на этапе подготовки стендовых тепловых испытаний образцов теплозащитных материалов и элементов теплонагруженных конструкций.  
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки специалистов «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетнокосмических комплексов», бакалавров «Ракетные комплексы и космонавтика», магистров «Ракетные комплексы и космонавтика». 
 
УДК 536.2:536.3 
ББК 31.31 

  
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018 
  
 Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4802-9                               МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

Р34 

Предисловие 

В учебном пособии представлены методы и алгоритмы планирования температурных измерений, предназначенных для последующего определения характеристик теплопереноса частично прозрачных пористых материалов. 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 «Ракетные комплексы и космонавтика», изучающих дисциплины «Теория и методы решения обратных задач»,  
а также «Испытания композитных материалов и конструкций», 
«Теплофизические процессы в композитных конструкциях», «Теплоперенос в композиционных материалах», «Математическое моделирование 
теплонагруженных 
композитных 
конструкций»,  
и 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». 
Цель пособия — познакомить студентов с современными 
подходами и методами планирования температурных измерений, 
проводимых для определения характеристик теплопереноса материалов систем тепловой защиты многоразовых космических 
аппаратов, а также с построением алгоритмов решения задач. 
Изучение дисциплины «Теория и методы решения обратных 
задач» включает в себя два модуля и рассчитано на один семестр.  
Материал пособия относится к разделу 2.3 модуля 2: «Постановки и алгоритмы решения обратных задач», который посвящен 
вопросам планирования температурных измерений при проведении испытаний образцов материалов и элементов конструкций. 
Цель изучения указанного раздела заключается в обучении 
постановке и решению задачи оптимального планирования температурных измерений при проведении стендовых тепловых испытаний образцов теплозащитных материалов и элементов системы тепловой защиты. 
Пособие представляет собой логически завершенный раздел 
курса, для которого приводится набор планируемых результатов 
обучения, заданных программой дисциплины. 

После изучения раздела 2.3 «Планирование температурных 
измерений при проведении испытаний образцов материалов и 
элементов конструкций» модуля «Постановки и алгоритмы решения обратных задач» студенты смогут:  
 формулировать постановку задачи оптимального планирования температурных измерений; 
 разрабатывать алгоритм решения задачи оптимального планирования температурных измерений; 
 давать рекомендации по выбору размеров образца при проведении стендовых тепловых испытаний в целях определения 
характеристик теплопереноса; 
 понимать влияние основных параметров стендовых тепловых испытаний (толщины образца, уровня, темпа и продолжительности нагрева фронтальной поверхности и др.) на оптимальный план температурных измерений. 
Для изучения дисциплины требуется наличие знаний и навыков по математическому анализу, материаловедению, производству композитных конструкций, оптимизации композитных конструкций и технологий, термодинамике и теплопередаче, теплофизическим процессам в композиционных материалах. 
Кроме того, для понимания материала, изложенного в пособии, необходимы знания в области физики, термодинамики и 
теплопередачи, дифференциальных уравнений и частных производных. Считается, что читатель владеет материалом, изложенным в пособиях [1] и [2]. В начале изучения настоятельно рекомендуется для самоконтроля выполнить задания и ответить на 
следующие вопросы: 
1) изложить основные допущения диффузионного приближения для решения уравнения переноса излучения; 
2) записать двумерное нестационарное нелинейное уравнение 
теплопроводности с источниковым членом в декартовой системе 
координат; 
3) указать температурный интервал работы материалов системы тепловой защиты многоразовых космических аппаратов; 
4) описать особенности элементов системы тепловой защиты 
и возможные способы размещения в них датчиков температуры;  
5) объяснить принцип работы контактных датчиков температуры; 

6) указать типы термопар и температурные диапазоны их 
применения; 
7) дать определение случайных и систематических погрешностей измерения температуры; 
8) назвать технические приемы снижения методической погрешности измерения температуры контактными датчиками. 
Выполнение перечисленных заданий подготовит студента для 
грамотного и полноценного восприятия материала пособия, закрепит полученные знания по указанным дисциплинам и тематическим направлениям и послужит необходимым фундаментом 
для дальнейшего процесса обучения по выбранной профессии.