Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Development of a three-dimensionalthermal analysis tool for sounding rockets
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Utveckling av ett tredimensionellt termiskberäkningsverktyg för sondraketer (Swedish)
Abstract [en]

This thesis has been performed in collaboration with the Swedish Space Corporation at the

department Science Services. SSC provides services in the areas of spacecraft subsystems,

ground stations and sounding rockets to enable governments, companies and research institutes

to benefit from space. Science Services are responsible for sounding rocket flight missions

allowing customers to perform research in a microgravity environment. Currently, they have

good knowledge how to design the sounding rockets experiment modules to minimize thermal

effects within the system. However, no computational models are available to evaluate and

verify the thermal heat transfer inside of the modules and as such the systems are designed

primarily based on previous experience.

The main purpose of this thesis was to develop a thermal computational model, which would

work as a basis for designing experiment modules. The model would be used in an early stage of

the design process before CAD parts have been designed. This required a flexible model

allowing the user to evaluate different types of components and configurations.

A finite element method (FEM) was used to perform heat transfer calculations in MATLAB. The

development process was divided into three stages, which reduced the complexity of the problem

formulation. The first version was made to approximate heat transfer solution in three

dimensions

using the Galerkin’s weighed residuals method. The second version was made to

implement the dynamic environment occurring during flight missions. Based on the external

environment, the dynamic process was divided into phases with different boundary conditions.

In the final version internal convection, conductivity between air elements and a GUI was

developed. The versions were verified with COMSOL (2013) and previous measured flight data.

The results from the simulations showed that the internal convection coefficient and the

element’s conductivity have a great impact on how the heat is distributed inside th

e modules. A

low convection will lead to internal temperature peaks, which can cause damage to sensitive

experiment equipment. Also, the results indicated that the external environment does not have a

significant impact on the internal temperatures. The assumptions made and recommendations are

also covered in this thesis.

Keywords: Three-dimensional heat transfer, Finite element method, Sounding rocket,

Computational simulation

Abstract [sv]

Detta examensarbete har utförts i samarbete med Swedish Space Corporation på avdelningen

Science Services. SSC är ett svenskt företag verksam inom rymdtekniksektorn som erbjuder

myndigheter, företag och forskarlag runt om i världen möjlighet att dra nytta av rymden.

Avdelningen Science Service är ansvariga för utvecklig samt uppskjutning av sondraketer. I

dagsläget finns en god kunskap hur sondraketens experimentmoduler ska konstrueras för att

minimera den termiska påverkan i systemen. Dock existerar ingen beräkningsmodell för att

undersöka värmeutvecklingen och temperaturer i dessa experimentmoduler, all kunskap inom

detta område är baserad på tidigare erfarenheter. Syftet med detta examensarbete var att utveckla

en termisk beräkningsmodell som kan användas som underlag när nya experimentmoduler

konstrueras på SSC. Användningsområdet för modellen var avsett i ett tidigt skede i

produktutvecklingsprocessen, innan CAD-modeller eller dylikt har framställts. Därav

efterfrågades en flexibel modell där användaren kan undersöka olika typer av kompententer och

konfigurationer.

Den Finita elementmetoden (FEM) har används för att skapa en termisk beräkningsmodell i

MATLAB. Utvecklingen delades upp i tre steg, eller tre programversioner, vilket bidrog till att

frågeställningens komplexitet reducerades. Första programversion genomfördes för att

approximera värmeflöden och temperaturer i tre dimensioner med hjälp av Galerkins viktade

residualmetod. I den andra programversionen implementerades den dynamiska omgivningen

som uppstår under flygning. Baserat på den yttre påverkan från det dynamiska förloppet delades

flygningen in i olika faser, alla med skilda randvillkor. I den slutliga programversionen

implementerades intern konvektion, strålning och ett grafiskt användargränssnitt. Samtliga

versioner verifierades numerisk med hjälp av COMSOL (2013) .

Resultatet från beräkningsmodellen påvisade att den interna konvektionskoefficient samt

konduktiviteten hos element har stor inverkan på hur temperaturen fördelas inuti modulen.

Resultaten indikerade även att den yttre miljön inte har en signifikant betydelse för dessa

temperaturer. De antaganden som utförts samt förbättringsförslag avhandlades även i detta

arbete.

Nyckelord: Värmeledning, tredimensionellt, Finita elementmetoden, Sondraket, Simulering

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 81 p.
Series
MMK 2014:24 MKN 114
Keyword [en]
Three-dimensional heat transfer, Finite element method, Sounding rocket
Keyword [sv]
Värmeledning, tredimensionellt, Finita elementmetoden, Sondraket, Simulering
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-157158OAI: oai:DiVA.org:kth-157158DiVA: diva2:769439
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-12-08 Created: 2014-12-08

Open Access in DiVA

Development of a three-dimensional thermal analysis tool for sounding rockets(3825 kB)330 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3825 kBChecksum SHA-512
3b3cd364b3f6c59158da5cf9b157f73f2b417ee41759f3d6c6ae64ddcc526579817759c957ca8b2454ce124d1389c0264d9b30d63a97dc96f99e37b43d59037c
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 330 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 240 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf