Thermal analysis of orbiter damaged TPS panel

• Autorzy: Brodzik Ł. , Frąckowiak A.

Warianty tytułu

PL

Analiza termiczna uszkodzenia płyty TPS orbitaera

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the issue of aerodynamic heating and its effect on flying technical objects. There is presented a physical model of a protective layer along with data regarding the geometrical dimensions of the tested tile and the mathematical model used in calculations. Types the simplifications used for the determination of the flow of the heat flux are presented. The results of the numerical simulation pertain to the insulation, both damaged and undamaged. The analysis was performed in FreeFem++. For constant and variable value of emissivity the temperatures received. In publication radiative transfer equation (RTE) was solved using P1 approximation. The results of simulation were compared with results got in different commercial programs ANSYS, and ABAQUS.

PL

W artykule omówiono wpływ nagrzewania aerodynamicznego na techniczne obiekty latające. Zaprezentowano model fizyczny warstwy ochronnej i wymiary geometryczne badanej płytki, a także model matematyczny wykorzystany w obliczeniach. Podano uproszczenia przyjęte w badaniach przepływu strumienia ciepła. Symulacji numerycznej poddano izolację, zarówno uszkodzoną, jak i nieuszkodzoną. Analizę wykonano w środowisku FreeFem++. Wyznaczono temperatury w zależności od stałej i zmiennej wartości współczynnika emisyjności cieplnej. Równanie transportu radiacji rozwiązano za pomocą przybliżenia P1. Wyniki symulacji porównano z wynikami uzyskanymi w komercyjnych programach ANSYS i ABAQUS.

Słowa kluczowe

EN

transient thermal aerodynamic heating; thermal protection system

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej
• Czasopismo: Journal of Mechanical and Transport Engineering
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 66, No. 4
• Strony: 15--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Brodzik Ł.

• Chair of Thermal Engineering, Poznan University of Technology

autor

Frąckowiak A.

• Chair of Thermal Engineering, Poznan University of Technology

Bibliografia

• [1] Abaqus, Theory manual, Version 6.4, Hibbit, Karlson & Soren 2003.
• [2] Anderson J. D. Jr., Hypersonic and high temperature gas dynamics, New York, McGraw-Hill 1989.
• [3] ANSYS, ANSYS Workbench User’s Guide, Inc. Release 13.0, 2010.
• [4] Brunner T. A., Forms of application transport, Sandia report 2002-1778, Albuquerque, Sandia National Laboratories 2002.
• [5] Budge K. G., Frayer C. L., Hungerford A. L., Supernova theory: simulation and neutrino fluxes, Los Alamos National Laboratory 87545 2008.
• [6] Byun D., Lee Ch., Baek S. W., Radiative heat transfer in discretely heated irregular geometry with an absorbing, emitting, and anisortopically scattering medium using combined Monte-Carlo and finite volume method, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2004, 47, p. 4195-4203.
• [7] Guo Z. et al., Comparing diffusion approximation with radiation transfer analysis for light transport in tissues, The Optical Siciety of Japan, Optical Review, no. 5, 2003, vol. 10, p. 415-421.
• [8] Hecht F., FreeFem++, Third edition, version 3.11, 2011.
• [9] Ko W. L., Jenkins J. M., Thermal stress analysis of space shuttle orbiter wing skin panel and thermal protection system, Edwards, National Aeronautics and Space Administration Technical Memorandum 88276 1987.
• [10] Mayers D. E., Martin C. J., Blosser M. L., Parametric weight comparison of advanced metallic, ceramic tile, and ceramic blanket thermal protection systems, Hampton, National Aeronautics and Space Administration Technical Memorandum 210289 2000.
• [11] Modest M. F., Radiative heat transfer, Second edition, Amsterdam, Academic Press 2003.
• [12] NASA Handbook, Handbook for limiting orbital debris, Washington, National Aeronautics and Space Administration - Handbook 8719.14 2008.
• [13] Ng W. H., Thermomechanical analysis of a damaged thermal protection system, doctoral dissertation, University of Michigan 2007.
• [14] Peterson G. E., Lynch D. K., Micrometeoroid and Orbital Debris Environments for the International Space Station, El Segundo Aerospace Corporation, Aerospace Report No. TR-2008(8570)-1 2007.
• [15] Tarvainen T., et al., Coupled radiative transfer equation and diffusion approximation model for photon migration in turbid medium with low-scattering and non-scatterig regions, Institute of Phisics Publishing, 2005, 50, p. 4913-4930.
• [16] Williams S. D., Curry D. M., Thermal protection materials. Thermophysical property data, Reference publication 1289, Houston, National Aeronautics and Space Administration 1992.