空间站在轨舱内噪声地面模拟与测试技术

文章针对空间站在轨舱内噪声特性,给出舱内噪声地面模拟与测试方案,采用声功率等效的方法对单机噪声源进行模拟,以多输入多输出(MIMO)控制方法实现舱内多噪声源闭环控制模拟。声场模拟1/3倍频程误差在±3 dB以内,满足扰源模拟需求。并在真空罐内模拟出舱活动泄/复压环节的噪声,搭建噪声测试系统,对泄/复压工况噪声进行了测试,总声压级在100 dBA以下。测试数据可为后期空间站单机噪声条件制定提供依据。     

载人航天器乘员舱空气龄分布数值仿真及试验研究

引入空气龄指标作为载人航天器舱内空气质量新的评价标准。通过空气龄分布研究,能够找出舱内新鲜空气供给较差的位置。建立了载人航天器乘员舱仿真模型,利用FLUENT软件UDS方程求解了舱内空气龄分布。采用示踪气体下降法对仿真结果中空气龄数值较高的位置进行了空气龄试验,测试结果与仿真结果吻合良好。文章的研究结果有助于指导未来我国空间站乘员舱通风系统的设计。     

一种提高我国空间站中继测控覆盖率的方法

根据中继卫星的定点位置,对我国中继卫星-空间站的几何覆盖率进行了分析,并对提高空间站中继测控覆盖率的途径进行了研究,提出了一种采用不同舱段的2副中继天线融合使用,并通过调整天线安装布局提高中继测控覆盖率的方法。经理论分析和仿真验证,该方法能够有效地提高空间站中继测控覆盖率,可为我国空间站中继天线的安装布局设计提供参考。     

空间站舱内噪声评价与降噪技术现状及建议

空间站舱内噪声对航天员危害严重,必须对其进行严格控制。文章首先分析了适用于空间站噪声评价的指标以及主要噪声源特点;总结了空间站的噪声预测方法和不同方法适用的频率范围、局限性;介绍了国际空间站的降噪工作,总结了其中的经验和不足;最后结合我国空间站噪声控制的研究现状,对我国空间站降噪工作提出了建议：降噪工作必须贯穿空间站设计、制造和在轨工作的整个过程,才能对噪声进行有效控制。     

舱门送风/管道回风舱段间通风边界的模拟

为了验证舱门送风/管道回风舱段间通风边界模拟的可行性,研究出口边界、舱内通风和舱段间通风流量对舱内流场的影响,分析了舱门送风/管道回风舱段间通风的特点及相应的模拟边界形式,并采用数值模拟的办法比较了舱段间通风和采用模拟边界后两种状态下舱内热状态的差别.结果表明,当舱段间通风边界不在舱内通风换热主要发生区域时,舱内环境参数在舱段间通风及采用模拟边界两种状态下差别不大,同时当舱段间通风量小于7 m3/min时,改变舱段间通风流量对模拟边界准确性影响不大,这说明模拟舱门送风/管道回风舱段间通风边界可行.     

“和平”号及国际空间站维修情况分析

空间站建造规模庞大,结构极为复杂,因此在其建造和应用过程中难免出现设备故障、人为失误以及意外事故。作为世界上第一个多舱空间站,“和平”号空间站超期服役10年,期间出现故障千余次;国际空间站建站以来的十年间,也是故障频发,本文将从舱外作业和舱内作业两方面分别讨论这两个空间站的建造和维修情况。     

空间站集成全局热数学模型的建模和分析

为了分析某空间站的综合热性能,建立了该空间站的集成全局热数学模型（IOTMM）。文章介绍了该空间站的物理模型、工作模式、热节点网络模型和流体网络模型,其中流体网络模型主要由氨外回路、低温水回路、中温水回路、舱内通风回路和舱间通风回路组成,最后利用IOTMM分析了空间站在载人飞行模式下各种设备的温度变化情况。     

推力室逆置点火瞬时真空舱流场数值与试验研究

针对高空模拟舱内逆向布置的推力室点火瞬时过程中舱内压力的变化规律进行了理论和数值仿真分析,推力室高速气流的动能是推力室短程点火过程中舱内压力大幅上升的主要原因.为保证推力室点火时舱内的真空度,需要在推力室出口配置导流装置将燃气导出真空舱.对单台和4台并联推力室进行点火试验,试验表明：采用燃气导流能够较好保持舱内真空度,是整机多推力室高空模拟试验的新思路.     

空间站舱内空气速度分布的CFD分析

为了设计一个合适的通风系统，建立了某型空间站座舱和送风设备的CFD模型。基于这些模型，采用k—ε湍流模型获得了舱内空气在不同流量，不同散流器送风方向和不同散流器布置方式等条件下的流速分布，简要分析了空间站向飞船提供热支持时，舱间通风对舱内空气速度分布的影响。分析结果表明：（1）散流器的送风方向对流速的分布影响很大，45度进风方式的流速分布明显优于30度的进风方式；（2）推荐的三种散流器布置方式均可以获得满意的流速分布，关键是能否根据不同的空气流量提供合适的散流器出口速度；（3）设计合理的舱间通风能够改善舱内空气流速的分布；（4）提供的数据可以直接用于该型空间站通风系统的设计。     

柔性舱O型密封圈密封性能分析

针对柔性舱为密封舱在太空环境中存在密封可靠性不足问题,文章提出了一种柔性舱O型密封结构,建立了柔性舱密封结构的非线性有限元仿真模型。通过柔性舱O型密封圈的Von Mises应力及最大接触应力来判定柔性舱密封可靠性,探讨柔性舱内气压、预压缩率、压条与舱门法兰间是否添加薄膜等因素对柔性舱密封性能的影响状况。ANSYS仿真分析结果表明:随着预压缩率及柔性舱内压增加,最大接触应力与Von Mises应力增大;当柔性舱密封结构添加薄膜时将增强密封性能,预压缩率为10%且舱内气压在0.1～0.6MPa范围内时可实现自密封,从而保证柔性舱密封性能。     

空间站吸声降噪设计的仿真评估与验证

文章针对空间站吸声降噪设计中存在的降噪效果评估问题,以空间站缩比结构为研究对象,利用声学有限元法进行吸声降噪设计仿真评估。首先建立适用于空间站的吸声降噪设计仿真评估模型,然后通过地面噪声试验验证仿真模型的准确性;最后对几种空间站可用的不同性质的吸声材料在缩比结构中的降噪效果进行了定量仿真评估。结果表明塑料泡沫的降噪效果最好,其次是浇注泡沫;浇注泡沫的质量相对较轻。本研究可为预先定量评估空间站吸声降噪设计提供参考。     

900m~3混响室及其声源的声学特性的工程研究

文章对900 m3混响室及其声源的声学特性进行了实验研究,并用工程方法测试计算了混响时间、声功率以及声源的频率特性,对一些实验结果进行了探讨。根据声压级的衰变量与时间的线性关系,利用突然断开声源的方法计算了混响时间,并由混响时间讨论了参考声源功率谱下混响室谱成形能力问题。分别以混响室法和近似行波场法测算了声功率,指出两种方法的区别与联系。利用近似行波场法,以白噪声信号驱动音头评估了其频率特性。通过实验数据分别探讨了混响室统计频率与号筒声损耗问题,提出“统计频率下限”与号筒声损耗的估算方法。该项工作还有待深入研究。     

Omicron space habitat—research stage II

The design presented in this paper is in response to the revolution in private space activities, the increasing public interest in commercial flights to space and the utilization of structures such as space hotels or private orbital habitats. The baseline for the Omicron design concept is the Russian Salyut derived space station module. Salyut was the first space station to orbit the Earth. Its unique design and technical features were what made the development of space stations Salyut 1–7, MIR and the International Space Station (ISS) Zwezda service module possible. Due to its versatility and the reliable operating launch vehicle Proton, this space module series has the potential to be adapted for space hotel development. This paper proposes a conceptual design of the space habitat called Omicron, with particular focus on interior design for the microgravity environment. The Omicron concepts address the needs of space tourism with a strong emphasis on the safety and comfort of the spaceflight participants. The Omicron habitat supports three inhabitants in nominal conditions (e.g., two passengers and one astronaut). The habitat provides a flexible interior, facilities and spaces dynamically transforming in order to accommodate various types of activities, which will be performed in an organically formed interior supporting spatial orientation and movement in microgravity. The future development potential of Omicron is also considered. The baseline version is composed solely of one rigid module with an inverted cupola for observations. An alternative version offers more space using an inflatable structure. Finally, a combination of multiple Omicron modules enables the creation of a larger orbital habitat. The Omicron's subsystems support a few days visit by trained passengers. The transport to the habitat would be provided e.g., by the Soyuz TMA spacecraft carried by the Soyuz launch vehicle in the early stage of Omicron's development, before a fully reusable spacecraft would be available.     

高声强声场模拟装置设计与声试验1/3倍频程控制技术研究

为了提高混响室声场模拟能力,北京卫星环境工程研究所自研一套高声强声场模拟试验设备。文章介绍了该设备的行波管发声系统设计和消声降噪处理过程——行波终端设计以及声试验控制仪器的原理。经过调试试验验证,测量结果满足声压级165 d B行波声场的要求,行波管试验段性能良好,达到167.9 d B,消声道出口噪声能够满足环境模拟需求。     

基于最小二乘均衡反馈法的舱室声场复现

在航天器飞行状态下进行声学环境研究的成本较高,因此基于声场复现的方法在地面搭建模拟舱室并复现声学环境,对于后续降噪及声品质研究具有重要意义。文章基于最小二乘均衡反馈法编写了声场复现系统程序,在舱室内进行声场复现实验,以8个扬声器实现了对10个目标点的随机噪声的复现,最大误差总值不超过1 dB,1/3倍频程各频带幅值的误差不超过3 dB。     

固体发动机静止试验噪声分析的新途径

喷流噪声和气动噪声引起的声振是固体发动机静止试验时最严重的振环境。噪声分析通常是用精密声级计和滤波器，倍频程谱分析需用１１个档位的滤波器，１／３倍频程则需用３４个档位的滤波器。     

空间站有效载荷真空支持系统方案评述

有效载荷真空支持系统是空间有效载荷支持系统的重要组成部分,为空间有效载荷实验的顺利进行提供真空环境支持和保证。文章详细分析了国际空间站包括美国“命运号”实验舱（USL）、欧空局哥伦布轨道舱（APM）及日本实验舱（JEM）内的有效载荷真空支持系统方案及使用情况;对美国实验舱内的一号微重力材料科学机柜及微重力燃烧科学机柜内部专用的真空支持系统作了主要介绍;最后提出了我国空间站有效载荷真空支持系统的初步方案设想,即合理安排有效载荷实验进行次序,将废气排放子系统及真空资源子系统合二为一,以节约资源,提高可靠性。     

随机振动试验和噪声试验的有效性分析

文章首先从频率范围、输入能量、振动模态和传递路径等四个方面对随机振动试验和噪声试验的差异进行了详细分析;之后从内声场和结构传递振动两方面对组件级试验的有效性进行初步评估,着重讨论组件级振动试验项目的优化选择方法;通过综合考虑,对航天器系统级振动试验项目的选择提出了合理建议。     

轨道误差对空间站高精度时间比对的影响分析及修正方法

针对空间站飞行轨道的特点，从理论上分析了空间站轨道误差对单向和共视时间比对的影响，并通过仿真试验对理论分析结果进行校验，研究结果表明轨道误差对空间站时间比对的影响在几百皮秒量级，是影响空间站时间比对精度的主要误差源。提出一种适用于两个地面站间进行高精度时间比对的空间站轨道误差修正方法，通过仿真试验校验了该方法的有效性。试验结果表明，该方法能有效修正空间站轨道误差，实现精度在几十皮秒量级的两地面站间的超高精度时间比对，比对基线可达上千千米。