Моделирование охлаждения процессора в наноспутнике с помощью контурных тепловых труб

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Одной из ключевых проблем при проектировании наноспутников является обеспечение заданного температурного диапазона работы радиоэлектронной аппаратуры, мощность тепловыделения которой может составлять десятки ватт. Традиционные для больших космических аппаратов системы терморегулирования не подходят для наноспутников из-за ограничений на массогабаритные характеристики. Заданный тепловой режим наноспутников можно обеспечить с помощью систем с удаленным стоком теплоты - миниатюрных контурных тепловых труб. В последние годы в России налажено их серийное производство, однако они еще не нашли широкого применения в наноспутниках. Целью работы является обоснование возможности использования миниатюрных контурных тепловых труб для отведения избыточной теплоты от процессора бортового компьютера на углепластиковый корпус наноспутника. В программе ANSYS проведено параметрическое моделирование влияния геометрических размеров и значений эффективного коэффициента теплопроводности контурных тепловых труб на температуру процессора. Расчеты показали, что использование контурных тепловых труб позволит снизить температуру процессора до допустимых значений. Анизотропия коэффициента теплопроводности в плоскости армирования композиционного материала корпуса наноспутника может оказывать существенное влияние на температуру процессора. Это открывает перспективы применения анизотропных композиционных материалов для обеспечения теплового режима наноспутника.

Об авторах

Юй Ван

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: denisov.sm13@mail.ru

магистрант кафедры CМ13 «Ракетно-космические композитные конструкции»

Российская Федерация, 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1

Олег Валерьевич Денисов

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Email: denisov.sm13@mail.ru

доцент кафедры CМ13 «Ракетно-космические композитные конструкции»; кандидат технических наук

Российская Федерация, 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1

Лилиана Валентиновна Денисова

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Email: denisov.sm13@mail.ru

доцент кафедры CМ13 «Ракетно-космические композитные конструкции»

Российская Федерация, 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1

Список литературы

  1. Makridenko LA, Boyarchuk KA. Mikrosputniki. Tendentsii razvitiya. Osobennosti rynka i sotsial’noe znachenie [Microsatellites. Development trend. Market features and social significance]. Voprosy elektromekhaniki. 2005;102:12–27. (In Russ.)
  2. San Francisco: Nanosatellite and Microsatellite Market Analysis Report By Mass, By End Use (Defense & Security), By Application (Communication & Navigation, Scientific Research), And Segment Forecasts, 2019–2025. Grand View Research. Available from: www.grandview research.com/industry-analysis/nanosatellite-microsatellitemarket (Accessed May 2019).
  3. Blinov VN, Ivanov NN, Sechenov YuN, Shalai VV. Malye kosmicheskie apparati: v 3 kn. Kn. 3. Minisputniki. Unifitsirovannye kosmicheskie platformy dlya malykh kosmicheskikh apparatov [Small space vehicles: in 3 books. Book 3. Minisatellite. Unified space platforms for small space vehicles]: reference book. Omsk: OmSTU Publishing Office; 2010. (In Russ.)
  4. Nikolskii VV. Proektirovanie sverhmalih kosmicheskih apparatov [Designing of ultra-small spacecrafts]: training manual. Saint Petersburg: Baltic State Technical University; 2012. (In Russ.)
  5. Chebotarev VE, Kosenko VE. Osnovi proektirovaniya kosmicheskih apparatov informatsionnogo obespecheniya [The basics of designing a spacecraft information support]: tutorial. Krasnoyarsk; 2011. (In Russ.)
  6. Tsaplin SV, Bolychev SA. Issledovanie teplovih rezhimov optiko-elektronnogo teleskopicheskogo modulya v usloviyah ekspluatatsii [Investigation of the thermal conditions of the optoelectronic telescopic module of a nanosatellite in operating conditions]. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2019;(2): 96–111. (In Russ.)
  7. Modern mobile technology. Available from: https:// www.notebook-center.ru/processor_tdp.html
  8. Dunn PD, Reay DA. Heat Pipes. Oxford – New York – Toronto – Sydney – Paris – Braunschweig: Pergamon Press; 1976.
  9. Maydanik YuF. Dostizheniya i perspektivi razvitiya konturnih teplovih trub [Achievements and development prospects of loop heat pipes]. Proc. of 4th Conf. on Heat Mass Transfer. Moscow. 2006. p. 84–92. (In Russ.)
  10. Maydanik YuF. Konturnie teplovie trubi – visokoeffektivnie teploperedauyshie ustroistva dlya ohlazhdeniya elektroniki [Loop Heat Pipes: highlyefficient heat transfer devices for cooling systems of electronics]. Electronics: Science, Technology, Business. 2017;(6):122–130. (In Russ.)
  11. Maydanik YuF., Vershinin SV, Chernysheva MA. Razrabotka i issledovanie ammiachnoi miniaturnoi konturnoi teplovoi trubi pri razlichnih vneshnih uslovieah [Development and Research of Ammonia Miniature Loop Heat Pipe under Various External Conditions]. Journal of Thermal Processes in Engineering. 2016;(7):312–320. (In Russ.)
  12. Mikhailovskii KV, Prosuntsov PV, Reznik SV. Razrabotka visokoteploprovodnih polimernih kompozitsionnih materialov dlya kosmicheskih konstruktsii [Development of high-conductivity polymer composite materials for space structures]. Vestnik MGTU imeni N.E. Baumana. Seriya: Mashinostroenie. 2012;(9):98–106.(In Russ.)
  13. Ren Chuan, Wu Qing-Song, Hu Mao-Bin. Heat transfer with flow and evaporation in loop heat pipe’s wick at low or moderate heat fluxes. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2007;50(11–12):2296–2308.
  14. Ageenko AV, Maziuk VV. Metod rascheta poroshkovoi kapillyarnoi strukturi isparitelya konturnoi teplovoi trubi s perevernutim meniskom [Theoretical Calculation Method for Powder Capillary Structure of Loop Heat Pipe with Inverted Meniscus]. Science & Technique. 2011; (4):20–25. (In Russ.)
  15. Nikolaev GP, Izoteeva OYu. Raschet rabochih harakteristik konturnih teplovih trub [Calculation of performance characteristics of loop heat pipes]. Molodoi Ucheniy. 2012;3(38):17–25. (In Russ.)
  16. Afanas’ev VN, Nedaivozov AV, Yakomaskin AA. Eksperimental’noe issledovanie protsessov v konturnih teplovih trubah [Experimental Study of Processes in Loop Heat Pipes]. Vestnik MGTU imeni N.E. Baumana. Seriya: Mashinostroenie. 2014;(2):44–61. (In Russ.)
  17. Pozhilov AA, Zaitsev DK, Smirnov EM, Smirnovsky AA. Chislennoe modelirovanie teplomassoperenosa v trehmernoi modeli isparitelya konturnoi teplovoi trubi [Numerical simulation of heat and mass transfer in a 3D model of a loop heat pipe evaporator]. Saint Petersburg Polytechnical State University Journal. Physics and Mathematics. 2017;10(3):52–61. doi: 10.18721/JPM.10305. (In Russ.)
  18. Chernysheva MA, Vershinin SV, Maydanik YF. Operating Temperature and Distribution of a Working Fluid in LHP. International. Journal of Heat and Mass Transfer. 2007;50(13–14):2704–2713.
  19. Derevyanko VA, Nesterov DA, Kosenko VE, Zvonar VD, Chebotarev VE, Fatkulin RF, Suntsov SB. Ploskie teplovie trubi dlya otvoda tepla ot elektronnoi apparaturi v kosmicheskih apparatah [Flat heat pipes for heat removal from electronic equipment in space vehicles]. Siberian Journal of Science and Technology. 2013; 6(52):111–116. (In Russ.)
  20. Reznik SV, Prosuntsov PV, Denisov OV, Petrov NM, Shulyakovsky AV, Denisova LV. Raschetno-eksperimental’noe opredelenie teploprovodnosti ugleplastika v ploskosti armirovaniya na osnove beskontaktnogo izmereniya temperature [Numerical and experimental estimation of heat conductivity of carbon plastic in a reinforcement plane on the basis of contactless measurement of temperature]. Journal of Thermal Processes in Engineering. 2016;(12):557–563. (In Russ.)
  21. Reznik SV, Prosuntsov PV, Denisov OV, Petrov NM, Vonheong Lee. Raschetno-eksperimental’naya metodika opredeleniya teploprovodnosti kompozitsionnogo materiala korpusa nanosputnika [Nanosatellite body composite material thermal conductivity determination computational and theoretical method]. RUDN Journal of Engineering Researches. 2017;18(3):345–352. DOI 10.22363/ 2312-8143-2017-18-3-345-352. (In Russ.)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».