Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Конкон
Направление НПИ: 1. Физико-химические процессы и материалы в условиях космоса
Секция КНТС: 2. Космическое материаловедение
Наименование эксперимента: Исследование управления режимами тепломассообмена в условиях микрогравитации
Цель эксперимента:

Изучение возможностей управления конвективными течениями и устойчивостью механического равновесия неоднородных по плотности жидких и газообразных сред средствами пассивного, активного и активного с обратной связью механического воздействия в условиях микрогравитации.

Описание эксперимента:

Предлагается экспериментальное и теоретическое исследование динамического управления тепло- и массопереносом в гравитационно-чувствительных стратифицированных системах, находящихся в условиях реальной невесомости.

Космический эксперимент является единственной возможностью исследования эффектов управления состоянием конвективных систем и поддержания заданных режимов равновесия или движений с помощью существующих или создающихся средств демпфирования типичных для орбитального полета микроускорений (виброзащитные платформы) или подавления их влияния (активные поворотные виброзащитные платформы).

Планируется в условиях реальной микрогравитационной обстановки изучить эффективность пассивного, активного и активного с обратной связью методов управления и выработать оптимальную стратегию управления. Будет исследована эффективность интеллектуального управления т.е. управления с нелинейной обратной связью, которая способна, исходя из состояния системы, в реальном времени самостоятельно менять стратегию управления.

Необходима детальная проработка общей схемы космического эксперимента, дальнейшие лабораторные и теоретические исследования, учитывающее всё многообразие задач управления по достижению или поддержанию заданного состояния конвективной системы.

Планируемые результаты могут быть использованы для выработки требований по сертификации орбитальных аппаратов для размещения на них гравитационно-чувствительных технологических систем и создания условий для оптимального протекания технологических процессов в микрогравитационной обстановке, типичной для орбитального полета.

Новизна эксперимента:

В настоящее время достаточно много работ посвящено использованию средств управления, предопределяющих режим течения. Гораздо меньшее внимание уделено использованию активного управления с обратной связью для изменения состояния конвективной системы и подавления или интенсификации естественно возникающих малых возмущений течения. Возможность стабилизации хаотического движения при помощи относительно малых возмущений продемонстрирована в численном эксперименте, однако экспериментальная работа использующая активное управление с обратной связью в условиях микрогравитации предлагается впервые.

Научная аппаратура:

Для проведения КЭ планируется разработать, изготовить и доставить на РС МКС доработанную для решения задач первого этапа КЭ «Конкон» НА «Дакон-М» и вновь разрабатываемую НА «Конкон» - для решения задач второго этапа КЭ. Указанная научная аппаратура предназначена для исследования управления режимами тепломассообмена в условиях микрогравитации совместно с целевым оборудованием «Автоматическая поворотная виброзащитная платформа (АПВП) «Флюгер» и «Универсальная виброзащитная платформа» (ВЗП-У).

Ожидаемые результаты:

- получение и измерение устойчивых конвективных потоков в неоднородных по плотности газообразных средах, заключённых в герметичные ячейки заданной конфигурации, в условиях микрогравитационной обстановки на борту РС МКС (используется доработанная НА «Дакон-М» или её аналог);

- изучение влияния динамических воздействий (одноосные и двуосные вибрации объекта исследования, движения объекта исследования относительно вектора остаточных микроускорений) на параметры и развитие конвективных потоков в конвективной ячейке НА «Дакон-М» с использованием автоматической поворотной виброзащитной платформы (АПВП) «Флюгер» и универсальной виброзащитной платформы ВЗП-У, оснащенной источниками вибраций;

- изучение влияния движения объекта исследования относительно вектора остаточных микроускорений с обратной связью по сигналам дифференциальных термопар конвективной ячейки НА «Дакон-М» на развитие конвективных потоков в исследуемых объектах с использованием АПВП «Флюгер»;

- отработка процессов управления состоянием конвективной системы доработанной НА «Дакон-М» в условиях реальной невесомости путем восстановления равновесного состояния относительно квазистатического ускорения с помощью АПВП «Флюгер». Оценка эффективности управления в условиях фоновых вибраций и запаздывания управляющего воздействия;

- уточнение математических моделей поведения жидкостных и газовых систем в условиях микрогравитации при активных управляющих воздействиях и наличии фоновых вибраций на борту РС МКС;

- подавление плоских (двумерных) конвективных течений в жидкостных средах конвективных ячеек с использованием трех методов первого этапа КЭ и определение зависимости эффективности управления от запаздывания управляющего воздействия и уровня шума.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 2015-2017 г.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: Пермский государственный национальный исследовательский университет (ПГУ)
Организации участники: Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, РКК «Энергия», ФГУП ЦНИИмаш, ФГБУ «НИИ ЦПК им.Ю.А. Гагарина»
Научный руководитель: Зюзгин А.В., Пермский государственный национальный исследовательский университет, профессор кафедры общей физики, д.ф.-м.н.
Публикации по эксперименту:

1. А.В. Зюзгин, A.И. Иванов, В.И. Полежаев, Г.Ф. Путин, Е.Б. Соболева Исследование околокритической жидкости в условиях микрогравитации: эксперименты на станции «Мир» и численное моделирование //Космонавтика и ракетостроение, 2000, N 19, с. 56-63.

2. Зюзгин А.В., Иванов А.И., Полежаев В.И., Путин Г.Ф., Соболева Е.Б. Конвективные движения в околокритической жидкости в условиях реальной невесомости //Космические исследования. 2001. Т. 39. № 2. C. 188 – 201.

3. V.I. Polezhaev, А.А.Gorbunov, V.M. Emelianov, Е.B.Soboleva, G.F.Putin, A.V.Zyuzgin Convection and heat transfer in near-critical fluid: study on MIR and project of the experiment CRIT on ISS //American Institute of Aeronautics and Astronautics AIAA 2003-1305, Reno, NV, 2003, 11 p.

4. A.V. Zyuzgin, G.F. Putin, N.G. Ivanova, A.V. Chudinov, A.I. Ivanov, A.V. Kalmykov, V. I. Polezhaev, V.M. Emelianov The heat convection of nearcritical fluid in the controlled microacceleration field under zero-gravity condition //Advances in Space Research, 2003, Vol. 32, No 2, pp. 205-210.

5. Bratsun D.A., Zyuzgin A.V., Putin G.F. Nonlinear dynamics and pattern formation in a vertical fluid layer heated from the side //International Journal of Heat and Fluid Flow, 2003, Vol.24, N 6, pp. 835-852.

6. V.M. Emelianov, A.K. Lednev, V.I. Polezhaev, A.I. Ivanov, G.F. Putin, A.V. Zyuzgin, D. Beysens, and Y. Garrabos Convection and Heat Transfer Experiments in Supercritical Fluid Under Microgravity: From MIR To ISS //Microgravity Science and Technology Journal (MSTJ), Vol. XVI, Iss.1(2005), 2005, pp. 164-169.

7. Gennady F. Putin, Mikhail P. Zavarykin, Alexey V. Zyuzgin Parametric resonance convection in a modulated gravity field //ASME IMECE2005-80714, 2005, 8 p.

8. А.В. Зюзгин, Г.Ф. Путин, А.Ф. Харисов Наземное моделирование термо-вибрационной конвекции в реальной невесомости //Изв.АН, Механика жидкости и газа, №3, 2007, с. 21-30.

9. Vadim POLEZHAEV, Victor EMELYANOV, Alexander GORBUNOV, Gennadii PUTIN, Alexey ZYUZGIN, Alexander IVANOV, Daniel BEYSENS, Yves GARRABOS Preparation for the VIP-CRIT Space Experiment on the ISS: An Analysis of MIR Experiments and Ground-Based Studies of Heat Transfer and Phase Separation in Near-Critical Fluid //Journal of The Japan Society of Microgravity Application, Vol.25, No. 3, 2008, pp.285-290.

10. Д.А. Брацун, А.В. Зюзгин, К.В. Половинкин, Г.Ф. Путин Об активном управлении равновесием жидкости в термосифоне //Письма в ЖТФ, 2008, том 34, с. 36-42.

Последнее обновление: 15.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения