SMOG-1 TDK-k

A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen 2014. november 11-én megrendezett Tudományos Diákköri Konferencián (TDK) 3 előadás szolt a SMOG-1-ről. Ezen cikkben e három dolgozat összefoglalóját lehet elolvasni és az absztraktok végén linkek mutatnak a dolgozatok teljes anyagaira.

1. TDK dolgozat
PocketQube műhold numerikus hőtani szimulációja (Thermal numerical analysis of a PocketQube satellite)

Szerzők:
Török Péter BSc IV. évf.
Jáger Dávid IV. évf

Díjazás: II.helyezés

Konzulens:
Józsa Viktor, doktorandusz, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Absztrakt:

A TDK témánk egy nano-műhold hőtechnikai elemzése. Az alap probléma a kis méretből adódó alacsony hőkapacitás miatti gyors kihűlés. A műhold keringése során nem elhanyagolható időt tölt a Föld árnyékában. Az itt uralkodó körülmények miatt csupán a napos oldalról felvett hőteljesítményre hagyatkozhatunk. Kritikus hőmérsékleti érték alatt az elektronikai rendszer bizonyos részei súlyosan meghibásodhatnak. A hőtechnikai modellt az alapvető hőtani jelenségekre bontottuk, majd az egyszerű modellektől jutottunk el egy lehetséges konstrukció teljes szimulációjához. Elsőként a hősugárzással foglalkoztunk. Itt szimuláltuk a világűrben uralkodó szélsőséges körülményeket a Nemzetközi Űrállomás átlagos pályamagasságát alapul véve. A kezdeti modell során egyetlen egy oldalt vizsgáltunk, amely a műhold külső borításához tartozik, ami a napelemeket és a hozzájuk tartozó elektronikát hordozza. Ez azért is szükséges volt, mert a ciklusonkénti napelemes energiatermelés egyik bemenő paramétere a műhold külső hőmérséklete. A következő lépés során egy tömör, homogén kockát szimuláltunk több földkörüli cikluson keresztül. Ez után a modellt folyamatosan finomítottuk, hogy minél jobban közelítse a valóságot. Finomítási lépésekbe beletartozott egy homogén kockahéj vizsgálata, amelynek közepén az akkumulátor helyezkedett el. Ezt először csupán sugárzásos hőátadással vizsgáltuk, később egy szilárd rúddal kapcsoltuk a héjhoz. Utóbbi esetben már a hővezetéssel is számolnunk kellett az akkumulátor felé. Ezen alapesetek után rátértünk a hőtechnikai tervezésre különböző szigetelőanyagok alkalmazásával. Az alapötlet a hősugárzásból adódó hőmérséklet veszteség minimalizálása egy hővisszaverő ernyő alkalmazásával. Ehhez különböző, alacsony emissziós tényezőjű anyagokkal szimuláltuk az űrobjektum viselkedését. Ezen túl a hőellenállás növelésére alacsony sűrűségű, de jó hőkapacitású ballasztanyaggal egészítettük ki a fennmaradó teret. Az előbbiekben ismertetett lépéseket alkalmaztuk a lehetséges konstrukció esetében is egy jóval bonyolultabb geometrián.

A teljes dolgozat:
PocketQube műhold numerikus hőtani szimulációja (Thermal numerical analysis of a PocketQube satellite) TDK dolgozat

2.TDK dolgozat
PocketQube műhold vázszerkezetének fejlesztése és hőtechnikai elemzése (Developement of frame and heat transfer analysis of a PocketQube satellite)

Szerzők:
Katona Krisztina Gép. BSc 5. szem.
Ötvös Vivien, Gép. BSc 5. szem.
Sipos Anna Ilona, Enrg. BSc 5. szem.
Tomasics Sára, Enrg. BSc 5. szem.

Díjazás: Dícséret

Konzulens:
Józsa Viktor, doktorandusz, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Absztrakt:

A dolgozatunk témája a BME jelenleg is fejlesztés alatt álló második műholdjának vázszerkezetének fejlesztése, illetve hőtechnikai analízise. A BME-1 névre hallgató műholdja PocketQube-ok családjába tartozik, melynek alapvető követelményei:
- 5x5x5 cm befoglaló méret
- stabil szerkezet, mely egyben marad az indítás, a kibocsátás és működés közben, ezáltal nem keletkezhet űrszemét strukturális hibából kifolyólag
- indítás után a világűr viszonyai mellett (közel 0 K és 0 Pa) is működőképes legyen
- indítás előtt szabványos teszteken való megfelelés minden egyes alkatrész anyagának meg kell felelnie a kis gázkibocsátású anyagok szabványának, hogy a küldetést ne sodorhassa veszélybe
- Ezeket kiegészítettük a saját követelményeinkkel, mint a spektrum analizátoros mérőrendszer hordozása, illetve az adó- és vevőantenna kicsomagolódása és üzembe lépése.
Célunk a kritériumoknak megfelelő szerkezetek tervezése és fejlesztése. Az alkalmazhatóság körülményeinek vizsgálatához szükséges a szerkezet hőtechnikai elemzése. Ehhez hőáram-hálózatos modellt alkalmaztunk, mely a robosztussága és a könnyű programozhatósága miatt került kiválasztásra. Az egyszerű, tömör kocka modelljétől a valós geometriáig több konstrukciót vizsgáltunk meg. A hőátviteli folyamatok előzetes kvantitatív elemzése után az egységként értelmezett szerkezetet diszkrét részekre osztottuk, majd azokat koncentrált vezetési ellenállásokkal modelleztük. A szerkezet feldarabolásánál anyagi, szerkezeti és hőforrás szerinti elkülönülést vettünk figyelembe. A termikus funkciók modellezése hőáram-hálózati alapelemekkel történik. (hővezetési ellenállás, hőkapacitás, hőáram-forrás). A modell segítségével szimulálni tudtuk a szerkezet űrbeli körülményeken történő viselkedését. Az elért eredményeket numerikus hőtani szimulációval hasonlítjuk össze és ellenőrizzük. A kész modellt egy egyesített programkódba fogjuk implementálni a műhold teljes viselkedésének a szimulálhatósága érdekében. Ez a folyamat fontos szerepet kap a tervezés során, mivel több elektronikai alkatrész számára bizonyos minimális hőmérsékletet kell biztosítani a működőképességük megőrzése érdekében.

A teljes dolgozat:
PocketQube műhold vázszerkezetének fejlesztése és hőtechnikai elemzése (Developement of frame and heat transfer analysis of a PocketQube satellite) TDK dolgozat

3.TDK dolgozat
A BME-1 „pocketqube” műhold ciklusonkénti napelemes energiatermelésének meghatározása

Szerző:
Olaszi Bálint Dávid, MSc képzés, villamosmérnöki szak

Díjazás: III.helyezés

Konzulensek:
Józsa Viktor doktorandusz, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
Dr. Ladányi József Adjunktus, Villamos Energetika Tanszék

Absztrakt:

A BME-1 „pocketqube” műhold napelemes energia termelésének szimulációja során próbáltam a lehető legtöbb paramétert figyelembe venni, de a rendelkezésemre álló adatok mennyisége sajnos elég szerény volt. A specifikációk hiányát próbáltam szakirodalomból felvett adatokkal pótolni és mindig a biztonság irányába tévedni, így remélhetőleg sikerült túl becsültem a veszteségeket és enyhén alul becsülnöm a napelemes rendszer által ciklusonkénti termelt energia mennyiségét. A szimulációt folyamatosan követte a műhold fejlesztését és vele együtt fejlődött, míg elérte a szükséges készültségi szintet, amikor a becsült eredményt már a jövőbeli új paraméterek, illetve a modell komplexitásának növelése lényegesen már nem befolyásolja (+/-10%). Természetesen a fejlesztés folyamata még nem ért végett, hiszen a BME-1 végső terveinek megjelenésig folyamatosan változni fog a modell, így a szimuláció is, hogy kövesse az aktuális konstrukció tulajdonságait. Remélhetőleg már lényeges változások érik a modellt, így eredeti felépítését továbbra is megőrzi és a szimuláció finomra hangolása tovább folytatódik.

A teljes dolgozat:
A BME-1 „pocketqube” műhold ciklusonkénti napelemes energiatermelésének meghatározása TDK dolgozat


Budapest 2014. november 20.

Hödl Emil Viktor