Przemysł Kosmiczny

CIM-lab rozwija oprogramowanie inżynierskie dla sektora kosmicznego. 

Symulacja zanieczyszczeń cząstkami (DUSTFLOW)

Zanieczyszczenie cząstkami może wpływać na niezawodność i wydajność urządzeń. Satelity znajdującego się na orbicie nie można już oczyścić — cząstki, które osiadają na nich i nie zostaną usunięte przed startem, pozostają i mogą pogarszać działanie elementów optycznych, powierzchni chłodzących oraz paneli słonecznych. Zanieczyszczenie cząstkami można przewidzieć, wykonując symulacje odzwierciedlające warunki podczas produkcji ładunku, po jego umieszczeniu w rakiecie nośnej oraz w trakcie fazy startu.

CIM-lab opracował dedykowane narzędzie do symulacji zanieczyszczenia cząstkami przed i w trakcie fazy startu.

 

Symulacje zanieczyszczeń pyłem księżycowym (MoonDUST)

Opracowaliśmy środowisko symulacyjne do przewidywania zanieczyszczenia pyłem księżycowym podczas operacji na powierzchni Księżyca. Nasze oprogramowanie MoonDUST pozwala symulować najbardziej krytyczne fazy, takie jak lądowanie i start z powierzchni Księżyca, a także działanie śluz oraz transport zanieczyszczeń wewnątrz habitatów.

 

 

Dokładne pomiary temperatur w komorach TVAC

CIM-mes, wspólnie z NPL i SKA-Polska, opracował narzędzie programowe TEDMAP, które znacząco zwiększa precyzję pomiarów temperatury w komorach próżniowo-termicznych (TVAC). TEDMAP wykorzystuje technologię raytracing, aby uwzględnić wszystkie czynniki wpływające na temperaturę rejestrowaną przez kamerę podczerwoną.

WYTRZYMAŁOŚĆ KONSTRUKCJI

Analizy dotyczące wytrzymałość konstrukcji przewidują obciążenia i odkształcenia konstrukcji co pozwala na ocenę, czy w trakcie misji dane urządzenie nie ulegnie awarii. W przypadku niespełnienia założonych wymagań uzyskane wyniki modelowania pozwalają na znalezienie źródeł występujących problemów i wprowadzenie odpowiednich modyfikacji. Obliczenia mogą być wykonywane zarówno w zakresie liniowym, jak i nieliniowym z uwzględnieniem kontaktów i plastyczności.

WYTRZYMAŁOŚĆ ELEMENTÓW WIRUJĄCYCH

Nawet najlepiej wyważone elementy wirujące generują wymuszenie proporcjonalne do prędkości obrotowej, co powoduje konieczność sporządzenia wykresów Campbella i weryfikacji czy częstości własne urządzenia i komponentów są powyżej częstości wymuszenia.

 

ZMĘCZENIE MATERIAŁU

Obliczenia zmęczeniowe wymagane są w przypadkach występowania zmiennych obciążeń cyklicznych. W celu określenia wytrzymałości zmęczeniowej wykorzystuje się między innymi wykresy Wöhlera oraz Goodmana.

PĘKANIE

Pęknięcia zmęczeniowe mogą wynikać z koncentracji naprężeń oraz obecności wad wewnętrznych. Obliczenia propagacji pęknięcia przeprowadzamy na podstawie prawa Parisa i całki J jako parametru pękania.

 

SYMULACJE TERMICZNE

Warunki pracy podczas startu nośnika rakietowego lub w przestrzeni kosmicznej charakteryzują się bardzo wysokimi gradientami temperatur. Gradienty te wynikają z charakteru wymiany ciepła w przestrzeni kosmicznej (głównie przez promieniowanie) oraz ze stosowania kriogenicznych paliw i utleniaczy (np. turbosprężarki silnika rakietowego). Oszacowanie parametrów pracy takich urządzeń oraz ich wytrzymałości jest niemożliwe bez uwzględniania wymiany ciepła.

Najczęściej konieczne jest wykonanie zmiennych w czasie symulacji termicznych a następnie w określonych momentach czasu symulacji wytrzymałościowych uwzględniających powstałe naprężenia termiczne.

 

SYMULACJE PRZEPŁYWOWE (CFD)

W wielu komponentach nośników rakietowych oraz satelitów występują przepływy płynów. Ich symulacja pozwala na przewidywanie efektywności pracy urządzeń oraz weryfikację ich parametrów pracy. Przykładem takich symulacji jest turbopompa ciekłego tlenu, gdzie symulowane są przepływy ciekłego tlenu oraz gazowego metanu służącego do napędu pompy.

SYMULACJE ZANIECZYSZCZENIA CZĄSTKAMI

Zanieczyszczenia cząstkami jest jedną z przyczyn obniżenia niezawodności urządzeń. W przemyśle kosmicznym podlega ono precyzyjnej kontroli. Utrzymanie określonych poziomów czystości wiąże się z określonymi nakładami finansowymi. Urządzenia znajdujące się na orbicie nie mogą być już wyczyszczone – cząstki, które na nich osiądą i nie zostaną usunięte do momentu startu rakiety już tam pozostaną i mogą obniżać efektywność elementów optycznych oraz baterii słonecznych.

Przewidywanie zanieczyszczeń cząstkami możliwe jest poprzez wykonanie symulacji odwzorowujących warunki panujące w trakcie procesu produkcyjnego satelitów, po umieszczeniu ich w przestrzeni ładunkowej nośnika oraz w trakcie lotu na orbitę.

 

REAKCJE CHEMICZNE

Programy do symulacji przepływów umożliwiają również rozwiązywanie reakcji chemicznych (np. spalania), które mogą wpływać na gęstość płynu, pobierać lub oddawać energię. Za pomocą tak wyrafinowanych funkcji oprogramowania CFD można zasymulować bardzo złożone procesy występujące znaleźć odpowiednie rozwiązanie konstrukcyjne.

SYMULACJE ZMIENO-FAZOWE

Wiele urządzeń w przestrzeni kosmicznej pracuje w oparciu o przemiany fazowe płynów (np. wymienniki ciepła). Modelowanie przepływowe CFD umożliwia symulacje zmian fazy oraz uwzględnienia wpływu przemian fazowych na przepływy ciepła.