Luận án tiến sĩ: Phân tích nhiệt của vệ tinh nhỏ theo mô hình hệ nhiều nút - Phạm Ngọc Chung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------- HỌ VÀ TÊN PHẠM NGỌC CHUNG PHÂN TÍCH NHIỆT CỦA VỆ TINH NHỎ THEO MÔ HÌNH HỆ NHIỀU NÚT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------- HỌ VÀ TÊN PHẠM NGỌC CHUNG PHÂN TÍCH NHIỆT CỦA VỆ TINH NHỎ THEO MÔ HÌNH HỆ NHIỀU NÚT Chuyên ngành: Cơ học vật thể rắn Mã số: 60440107 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS. Nguyễn Đông Anh Hà Nội – Năm 2013 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TSKH Nguyễn Đông Anh đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và thường xuyên động viên để tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể các thầy cô giáo Bộ môn Cơ học, Trường đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN và các thầy cô trong Ban chủ nhiệm Khoa Toán – Cơ – Tin học đã luôn quan tâm, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại Khoa. Tác giả xin cảm ơn các nhà khoa học, các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp trong seminar Cơ học vật rắn biến dạng đã có những góp ý quý báu trong quá trình tác giả thực hiện luận văn.

Tác giả trân trọng cám ơn các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp Bộ môn Cơ học lý thuyết và trong khoa Đại học Đại cương, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội đã luôn quan tâm, giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Cơ học Công trình, Viện cơ học, Viện hàm lâm khoa học Việt Nam đã tạo điều kiện nghiên cứu trong quá trình tác giả thực hiện luận văn này. Tác giả xin cảm ơn tập thể các thầy cô giáo, các cán bộ Phòng Sau đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN đã tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình nghiên cứu của tác giả. Tác giả xin cảm ơn tới thạc sỹ Nguyễn Như Hiếu, Phòng Cơ học Công trình, Viện cơ học, Viện hàm lâm khoa học Việt Nam đã luôn quan tâm, giúp đỡ tác giả trong quá trình tác giả thực hiện luận văn.

Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình và các bạn bè thân thiết của tác giả, những người đã luôn ở bên cạnh động viên và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả Phạm Ngọc Chung TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC Lời nói đầu. i Danh mục các thuật ngữ và chữ viết tắt. iv Danh mục các bảng.

v Danh mục các hình vẽ. vi Danh mục công trình khoa học của tác giả liên quan tới luận văn. vii Mở đầu. 1 Chƣơng 1: Tổng quan về nhiệt vệ tinh.

Môi trường nhiệt trên quỹ đạo vệ tinh. Các tác nhân sinh nhiệt. Nhiệt bức xạ mặt trời. Nhiệt bức xạ albedo.

Bức xạ hồng ngoại của trái đất. Sự hấp thụ và toả nhiệt của vệ tinh. Một số phương pháp tương tác nhiệt. Bức xạ nhiệt.

Sự hấp thụ. Năng lượng bức xạ giữa các vật đen. Năng lượng bức xạ giữa hai vật đen. Sự trao đổi nhiệt của vệ tinh trên quỹ đạo.

Trao đổi nhiệt mặt trời. Trao đổi nhiệt albedo. Trao đổi nhiệt hồng ngoại. Sự toả nhiệt của vệ tinh.

Cân bằng nhiệt. Phân tích nhiệt của vệ tinh. Mô hình toán học. Trao đổi nhiệt bằng truyền nhiệt.

Trao đổi nhiệt bằng bức xạ. Hệ số hiển thị. Độ phát xạ hiệu quả. Mô hình nhiệt của vệ tinh.

Các phương pháp giải bài toán vệ tinh. Các phương pháp điều khiển nhiệt cho vệ tinh. Phương pháp điều khiển nhiệt thụ động. Phương pháp điều khiển nhiệt tích cực.

23 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chƣơng 2: Phân tích ứng xử nhiệt của vệ tinh nhỏ theo phƣơng pháp tuyến tính hoá của Grande. Mô hình nhiệt hai nút. Phương pháp Runge – Kutta 4 giải bài toán nhiệt hai nút. Phương pháp tuyến tính hoá Grande giai bài toán nhiệt hai nút.

Tuyến tính hoá số hạng liên kết nhiệt bức xạ. Nhiệt độ trung bình. Chênh lệch quanh nhiệt độ trung bình. Đáp ứng với kích động điều hoà.

Nghiệm giải tích theo Grande. Phân tích hàm truyền. Liên kết nhiệt giữa các nút. So sánh nghiệm giải số RK4 và nghiệm giải tích theo Grande.

Hệ số tuyến tính hoá. So sánh nhiệt độ nút trong, nhiệt độ nút ngoài theo phương pháp giải số RK4 và phương pháp giải tích của Grande. 51 Chƣơng 3: Giải bài toán nhiệt hai nút của vệ tinh theo phƣơng pháp tuyến tính hoá tƣơng đƣơng và phƣơng pháp cân bằng điều hoà. Dạng không thứ nguyên của phương trình cân bằng nhiệt hai nút của vệ tinh 54 3.

Phương pháp tuyến tính hoá. Phương trình chuyển động. Phương pháp tuyến tính hoá tương đương. Phương pháp tuyến tính hoá tương đương giải bài toán nhiệt hai nút của vệ tinh.

Kết quả số và thảo luận. Phương pháp cân bằng điều hoà. Phương pháp cân bằng điều hoà giải bài toán nhiệt hai nút của vệ tinh 68 3. Kết quả số và thảo luận.

75 Những vấn đề phát triển từ luận văn. 76 Tài liệu tham khảo. 79 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Danh mục các thuật ngữ và chữ viết tắt ris Hệ số bức xạ nhiệt t Thời gian a Albedo T Nhiệt độ A Diện tích s Hệ số hấp thụ Mặt trời C Nhiệt dung  Hệ số phát xạ E Tham số tắt dần  Độ trễ pha Gs Hằng số Mặt trời  Nhiệt độ không thứ nguyên H Tỷ số liên kết nhiệt  Biến đổi Fourier của nhiệt độ không thứ nguyên his , hss Hệ số liên kết nhiệt  Hằng số Stefan Boltzmann kis Hệ số dẫn nhiệt  Thời gian không thứ nguyên P Chu kỳ  Tần số không thứ nguyên Q Tải nhiệt  Hệ số tắt dần không th nguyên TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Danh mục các bảng Bảng 1: Hằng số mặt trời của hành tinh và giá trị albedo. 13 Bảng 2: Nhiệt độ cân bằng của vệ tinh ở quỹ đạo thấp trong trường hợp đơn giản18 Bảng 3: Giá trị tham số được dùng để tính biến đổi nhiệt trên quỹ đạo. 28 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Mô hình bức xạ nhiệt giữa hai vật đen.2: Sự trao đổi nhiệt vệ tinh trên quỹ đạo .3: Bức xạ albedo vệ tinh.4: Năng lượng phát xạ phổ cho bức xạ nhiệt từ trái đất .5: Mô hình hình học giữa hai bề mặt A1 và A2 .1: Mô hình hình học ứng với mô hình toán học hai nút .2: Hình vẽ mô tả diện tích mặt chìa của vệ tinh .3: Đồ thị tải nhiệt mặt trời và albedo trong một chu kỳ quỹ đạo .4: Nhiệt độ nút ngoài và nút trong theo thời gian .5: Sự thay đổi nhiệt độ nút ngoài đối với nhiệt độ nút trong .6: Những điểm đặc trưng trên vòng giới hạn .7: Hệ cơ học một bậc tự do tương đương bài toán phân tích nhiệt .8: Hệ số cản là hàm của H với những giá trị khác nhau của C .9: Hàm truyền liên hệ dao động nhiệt nút trong với nguồn nhiệt là hàm của tần số 0 với những giá trị  khác nhau .10: Sự trễ pha giữa nhiệt đâuù vào bên ngoài và dao động nhiệt nút trong46 Hình 2.11: Đồ thị hàm truyền phụ thuộc và tần số 0 với những giá trị  khác nhau .12: Sự trễ pha giữa dao động nhiệt hai nút .13: Hàm truyền liên hệ gradient nhiệt với nhiệt đầu vào là hàm của tần số 0 với những giá trị  khác nhau .14: Nhiệt độ nút trong theo giải số (RK4) và theo phương pháp của Grande .15: Nhiệt độ nút ngoài theo giải số (RK4) và theo phương pháp của Grande .1: Nhiệt độ nút trong nút ngoài theo phương pháp tuyến tính hoá tương đương.2: Nhiệt độ nút trong, nút ngoài theo phương pháp cân bằng điều hoà .3: Mô tả nhiệt độ nút ngoài theo các phương pháp khác nhau .4: Hình vẽ phóng to mô tả nhiệt độ nút ngoài theo các phương pháp khác nhau .5: Mô tả nhiệt độ nút trong theo các phương pháp khác nhau.

73 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.6: Hình vẽ phóng to mô tả nhiệt độ nút ngoài theo các phương pháp khác nhau .7: Biên độ nhiệt nút trong với các giá trị tỷ số nhiệt dung C .8: Biên độ nhiệt nút ngoài với các giá trị tỷ số nhiệt dung C. Danh mục các công trình liên quan tới luận văn của tác giả [1] Nguyen Dong Anh, Nguyen Nhu Hieu, Pham Ngoc Chung, Analysis of thermal responses for a satellite with two-node model using the equivalent linearization technique, International Conference on Space, Aeronautical, and Navigational Electronics, Vol. 109-114 (2013) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU Công nghệ vũ trụ là một lĩnh vực công nghệ cao được hình thành nhờ tích hợp nhiều ngành công nghệ khác nhau nhằm tạo ra các phương tiện như vệ tinh, tàu vũ trụ, tên lửa, trạm mặt đất… để khám phá, chinh phục và sử dụng khoảng không vũ trụ phục vụ lợi ích của con người. Khoa học và công nghệ vũ trụ ngày nay đã được ứng dụng hết sức rộng rãi và có hiệu quả thiết thực trong phát triển kinh tế, văn hoá, giáo dục, y tế, an ninh, quốc phòng… của hầu hết các quốc gia tiên tiến trên thế giới, kể cả ở nhiều nước đang phát triển.

Từ nửa cuối thế kỷ 20 cho đến nay, nhiều quốc gia đã đầu tư rất lớn vào việc nghiên cứu vũ trụ đặc biệt là công nghệ vệ tinh bởi lẽ càng vươn cao ra ngoài phạm vi không gian, con người càng không ngừng nghiên cứu để tìm hiểu ra nhiều kết quả phục vụ lợi ích và sự phát triển của hành tinh chúng ta. Với xu thế phát triển khoa học công nghệ hiện nay trên thế giới, công nghệ vũ trụ được xác định là một trong những công nghệ ưu tiên cần phát triển trong thế kỷ 21.