Особенности имитации условий космического пространства при наземных испытаниях, страница 14

где - приведенная степень черноты, S_ОБ и S_ω соответственно площадь испытуемого объекта и внутренней поверхности испытательной камеры, ε_ОБ и ε_ω соответственно степень черноты объекта и стенки камеры.

Выражение (3.1.38) можно использовать в качестве частного критерия совершенства моделирования условий космического пространства в испытательной камере. Для этого проведем некоторые преобразования. Поскольку для космического пространства (индекс – ид) характерно: Т_ω~3…4К и Т_ОБ>>Т_ω, то выражение (3.1.38) будет иметь вид

где

Отношение тепла, теряемого объектом в камере, к теплу, теряемому им в абсолютном безграничном вакууме, можно определить как

                                      (3.1.39)

Хорошее качество моделирование требует для своей реализации выполнения условия малого отличия q_Л от q_Л._ИД. Это условие, как можно видеть из (3.1.39.), выполняется при малом отношении температур Т_ω/Т_ОБ и при малом отличии в значениях ε_ПР и ε_ОБ. Так, при ε_ПР = ε_ОБ и Т_ω/Т_ОБ<0,32 значение q_Л будет отличаться от q_Л._ИД не более чем на 1%. Это условие в камерах, охлаждаемых водой, соответствует Т_ОБ ≈ 1000К. Если же Т_ОБ<1000K, то для выполнения условия моделирования требуется охлаждение камеры низкокипящей жидкостью. Например, охлаждение азотом позволяет добиться 1% отклонения уже при Т_Об ≈ 400К.

Влияние камеры на величину q_Л определяется также приведенной степенью черноты ε_ПР. На рисунке 3.1.7. показано влияние степени черноты камеры ε_ω на отношение ε_ОБ/ε_ω для ряда значений геометрического параметра S_ОБ/S_ω и ε_ОБ = 1,0. На рисунке 3.1.8. показано, какое отношение площадей S_ω/S_ОБ нужно обеспечить при заданной степени черноты ε_ОБ, чтобы ε_ПР отличалось от ε_ОБ на 1%.

Из рассмотрения рисунка 3.1.7. следует, что если ведется испытание в малой камере сравнительно большого объекта (S_ОБ/S_ω = 0,5…1,0), то требования к степени черноты внутренней поверхности вакуумной камеры очень велики. Так, при S_ОБ/S_ω = 0,5 и высокой степени черноты ε_ω = 0,9 отношение ε_ОБ/ε_ПР = 1,055.

Совместное влияние Т_ω и ε_ω усиливает отличие q_Л от q_Л._ИД. Например, испытывая в охлаждаемой водой камере (Т_ω = 290 К) при D = 1м и ε_ОБ = 0,8 объект, диаметр которого равен 0,1м, ε_ω = 0,9 и Т_ОБ =700° К, получим ε_ПР = 0,88 и q_Л/q_Л._ИД = 0,95. Таким образом, объект будет на 5% меньше рассеивать тепла, чем в абсолютном безграничном вакууме.

Указанная особенность излучения тепла испытываемым объектом в вакуумных камерах в ряде случаев может быть использована: Так, если в рабочих условиях исследуемый объект будет подвергаться облучению, например солнечному, то можно так подобрать соотношение величин S_ОБ/S_ω , Т_ω и ε_ω, чтобы на исследуемом режиме обеспечить нужное отношение q_Л/q_Л._ИД. Поскольку q_С =1,4 квт/м², то это возможно лишь при сравнительно невысоких значениях температуры объекта (не более 700…800°С). Если же учесть, что объект может излучать тепло во все стороны, а солнечное излучение падает на одну сторону объекта, то указанные температуры снижаются, например, для цилиндра на 24% и для шара на 30%.

Возвращаясь к тепловому потоку, обусловленному молекулярной теплопроводностью, оценим, в каких условиях им можно пренебречь. Поскольку q_Т пропорционально давлению р, то, как следует из таблицы 3.1.2., можно установить, что при t_ОБ > 400°С условие Λ > 10D обеспечивает q_Л/q_T <0,01. Если же вакуум в камере сравнительно невысок (Λ < D), то ошибка в отводимом от объекта тепле может быть оценена по приведенным выше формулам. При вакууме лучше p = l0^-4…l0^-5 мм рт. ст. величиной q_Т, как и q_К, можно пренебречь.

Таким образом, главным обстоятельством, которое следует учитывать при проведении тепловых испытаний в вакуумных камерах с полным моделированием условий безграничного абсолютного вакуума, является обеспечение высокой степени черноты поверхности камеры. При невысокой температуре исследуемых объектов и отсутствии в рабочих условиях дополнительного облучения, высокие требования к точности соблюдения тепловых режимов требуют охлаждения камер сжиженными газами.