Thermal modeling and energy analysis of small satellites at low earth orbits
Alçak dünya yörüngeleri̇ndeki̇ küçük uydularin termal modellemesi̇ ve enerji̇ anali̇zi̇
- Tez No: 846811
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN AKTAŞ, PROF. DR. NEDİM SÖZBİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Enerji, Mechanical Engineering, Aeronautical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Bilgisayar destekli termal analiz, Güneş enerjisi, Radyatif ısı geçişi, Computer aided thermal analysis, Solar energy, Radiative heat transfer
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İletişimden bilimsel araştırmalara kadar pek çok görevde hayati rol oynayan küçük uydulara olan ilgi giderek artmaktadır. Küçük uyduların tasarlanması ve geliştirilmesi süreci, güvenli ve güvenilir uzay görevlerini sağlamak için detaylı mühendislik yaklaşımlarını gerektirmektedir. Bu çalışma, uzaydaki termal ortamı, yörünge özelliklerini ve uydu tasarım parametrelerini termal davranış açısından dikkate alarak çeşitli alçak Dünya yörüngelerinde hizmet eden küçük uyduların, özellikle de küp uyduların, termal modellemesi ve enerji analizine odaklanmaktadır. Bu çalışmanın amaçları arasında; uyduların termal performansını etkileyen değişkenler arasındaki ilişkilerin ortaya çıkarılması, konuşlandırılabilir güneş panellerinin etkilerinin araştırılması, uydu termal modellemesi için değerli bilgiler sağlanması ve erken tasarım aşamasındaki termal testler için hızlı ve doğru bir termal analiz aracı geliştirilmesi yer almaktadır. Öncelikle, 1U'dan 12U'ya kadar boyutlara sahip küp uydular için dış ısı yükleri ve sıcaklık dağılımları, 400 km'den 2000 km'ye kadar olan yörünge yükseklikleri, 0'dan 75 dereceye kadar olan beta açıları ve farklı kaplama türleri için incelenmiştir. Daha sonra, güneş paneli konuşlandırma açılarıyla ilişkili termal etkiler, konuşlandırma açıları -75'ten +75 dereceye değiştirilerek ayrıntılı olarak değerlendirildi. Son olarak, sayısal yöntemler kullanılarak ön tasarım aşamaları için uydunun sıcaklık dağılımını kabul edilebilir bir doğrulukla tahmin etmek ve elde etmek için bir elektronik tablo termal simülasyon aracı geliştirilmiştir. Sonuçlar, yörünge yüksekliği, beta açısı, uydu boyutu ve yüzey özelliklerinin, uydu panelleri tarafından emilen ısıyı ve uydu boyunca sıcaklık dağılımını büyük ölçüde etkilediğini ortaya koydu. Uydu ısı bütçesinin, konuşlandırma açılarından etkilendiği de gösterilmiştir. Ayrıca, geliştirilen aracın, gerçek termal test verileriyle karşılaştırıldığında uygun maliyetli bir çözüm olduğu doğrulandı. Sonuç olarak, bu çalışmanın bulguları, özellikle ön tasarım aşamasında küçük uyduların geliştirilmesinde ve optimal yörünge konfigürasyonlarının belirlenmesinde faydalı olabilir.
Özet (Çeviri)
The interest in small satellites, playing crucial role in various tasks from communication to scientific research, have been strongly increasing. The process of designing and developing small satellites requires detailed engineering approaches to ensure safe and reliable space missions. This research concentrates on thermal modeling and energy analysis of small satellites, specifically CubeSats, operating at various low Earth orbits by considering the thermal environment in space, orbital characteristics, and satellite design parameters, with respect to thermal behavior. The aims of this study include revealing relationships among the variables effecting thermal performance of satellites, investigating the effects of deployable solar panels, providing valuable insight for satellite thermal modeling, and developing a fast and accurate thermal analyzer tool for thermal testing in the early design stage. First, external heat loads and temperature distributions for CubeSats sizing from 1U to 12U were examined for orbital altitudes from 400 km to 2000 km, beta angles from 0 to 75 degrees, and different coating types. Then, the thermal effects associated with solar panel deployment angles were assessed in detail by changing deployment angles from -75 to +75 degrees. Finally, a spreadsheet thermal simulation tool for predicting and obtaining the temperature distribution of the satellite with an acceptable accuracy for preliminary design phases was developed by utilizing numerical methods. The results presented that orbital altitude, beta angle, satellite size and surface properties greatly influence the absorbed heat by satellite panels and temperature distribution across the satellite. It was also shown that the satellite heat budget is affected by deployment angles. Furthermore, the developed tool was found to be a cost-effective solution when compared to the real thermal test data. In conclusion, the findings of this study can be beneficial, particularly in developing small satellites and determining optimal orbital configurations, in the preliminary design phase.
Benzer Tezler
- Düşey levhalarda ısı iletkenliği düşük yatay kanatların doğal ısı taşınımına etkisi
Influence of horizontal fins with low thermal conductivity on natural convective heat transfer from vertical surfaces
NEDİM TÜRKMEN
Doktora
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN F. GENCELİ
- Küre masif zengin bakır cevherinin basınç altında çözündürülmesi
Pressure leaching of Küre massive rich copper ore
KUDRET TAHSİN PEREK
Doktora
Türkçe
2003
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiCevher-Kömür Hazırlama ve Değerlendirme Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA ARSLAN
- Nükleer rezonasta moleküler yapıların incelenmesi (yapısal faz geçiş kuramları üzerine bir inceleme)
Başlık çevirisi yok
ABDURRAHMAN ANDİÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Fizik ve Fizik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYTAÇ YALÇINER
- Çeltik kabuklarının yalıtım malzemesi olarak kullanılması
Başlık çevirisi yok
B.CİHAN ÇELEBİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET KIRBIYIK
- Nar konsantresinin dondurularak ve kimyasal yöntemlerle saklanması sırasında meydana gelen değişmeler üzerine bir araştırma
Başlık çevirisi yok
İLHAN BODUR
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiTarım Ürünleri Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YURDAGEL ÜNAL