载人航天器密封舱泄漏时舱压控制分析

针对载人航天器在密封舱体发生泄露时总压和氧分压的变化规律,建立了载人航天器舱压控制系统仿真模型,利用该模型分析了舱体容积、漏孔通径对总压和氧分压变化趋势的影响。结果表明,随着漏孔通径的增加或舱体容积的减小,总压和氧分压下降至指标下限所需的时间越来越短。随着漏孔通径的增加,舱体的初始漏气速率越高,但漏气速率下降得也越快。在分析的基础上提出了一种确定舱体应急补气速率取值范围的确定方法,综合考虑了舱体容积、漏孔通径、氧分压和总压下限要求、氧分压和总压维持时间需求,并通过两个算例验证了该方法的有效性。     

载人航天器地面通风设备参数研究

针对航天器总装过程对地面通风设备控制密封舱内的大气温湿度和通风、保证舱内环境要求并保障舱内操作工人的新鲜气体供应的需求,研究了航天器地面通风设备的主要技术参数的设计与确定方法。结合理论推导与工程实践,给出了如何从载人航天器自身主要技术参数出发,通过迭代计算得到能够满足要求的地面通风设备主要技术参数。某载人航天器地面通风设备设计过程对该结果的应用验证了其有效性,可为后续航天器地面设备研制提供参考。     

含裂纹载人密封舱体结构在轨失效分析方法

入轨后的载人密封舱体结构存在一定程度的初始裂纹,微流星与空间碎片的撞击会使密封舱体结构产生新的裂纹损伤,密封舱体为薄壁结构,长期在轨飞行期间,在各种载荷的作用下,裂纹损伤可能导致密封舱体失效。考虑到不同的裂纹损伤来源及其转化,提出了载人密封舱体结构总体失效分析方法。首先提出了载人密封舱体结构在轨期间由裂纹损伤导致失效的两类模式及判定依据,并说明了各裂纹损伤间的转化关系;然后,说明了基于Forman模型进行舱体裂纹扩展分析的原理;最后,对某在轨飞行15年的载人密封舱结构因舱压导致的结构失效进行了分析,确定了舱体结构上的断裂失效危险部位及危险裂纹形式,并得到穿透裂纹的临界长度。     

载人航天器热控制技术问题探讨

载人航天器所采用的热控制技术与一般卫星的有较大不同,尤其是主动流体回路热控,以及载人飞行必需的密封舱环境保障,使得载人航天器热控制技术的重点发生了变化,因此有针对性地进行研究和探讨,提出可行的解决方案是十分必要的。     

空间暴露实验——重要的空间科学实验方法

利用航天器进行的空间科学实验,基本上可分属加压(密封)舱内实验、非密封舱内实验和暴露(舱外)实验三大类。通常考虑到种种原因和要求,航天器中的大多数科学实验都属于前两类。随着空间科学研究的深入和载人航天、深空探测的需要,暴露实验引起了人们更多的关注和重视。介绍暴露实验的特点、主要研究内容和国外开展的有关情况。     

载人航天器模拟舱保温性能对环控生保温湿度控制系统性能试验的影响

环控生保系统温湿度控制子系统是载人航天器的关键子系统之一。其性能是否满足载人航天器座舱内温湿度控制要求,必须通过在具有保温绝热性能的模拟舱内进行检验之后做出合格的评价,才能交付使用。因此,分析和掌握在地面进行模拟试验时,模拟舱的保温绝热性能对舱内温湿度控制性能试验的影响和减弱这些影响的方法是十分必要的。     

载人航天器空气环境参数控制非定常仿真分析

为支持乘员在轨驻留,载人航天器需通过空气环境控制系统将众多设计参数和空气环境参数控制在指标范围内。文章建立了一种载人航天器空气环境非定常控制仿真分析模型,包括舱体模块、航天员模块、舱压控制模块、温湿度控制模块以及CO2净化模块。利用该模型分析了载人航天器空气环境参数随乘员代谢水平的非定常变化趋势,并评估了控制系统的工作性能。结果表明:乘员代谢水平变化对空气环境参数有显著影响,通过调节控制系统运行参数可将各空气参数控制在有效指标范围内。人区温度与O2分压、CO2分压和人区湿度有密切的影响关系,不可孤立地进行分析。为载人航天器空气环境参数控制系统的设计和流程改进提供了依据。     

载人航天器下行细菌对LY12铝合金腐蚀行为的影响

针对载人航天器舱中材料的微生物腐蚀问题,采用腐蚀失重法、溶解性元素浓度分析、形貌观察和电化学测试等,评估了载人航天器神舟九号和神舟十号舱内的三株下行细菌对LY12铝合金腐蚀行为的影响。与无菌对照比,LY12铝合金在接种菌H1、H3和菌S10-1体系中的腐蚀速率分别增加了9.09%、2.26%和22.71%,溶解性铝浓度分别增加了44.74%、31.58%和30.53%。扫描电镜显示LY12铝合金表面形成了一层生物膜和腐蚀产物,清洗后表面腐蚀程度更加明显。电化学分析表明:细菌能改变铝合金表面的电化学性质进而加速腐蚀过程。     

载人月球探测任务大气环境压力制度设计与试验验证

针对载人月球探测任务连续出舱需求,综合人体生理学和工程技术要求,兼容国内外当前在用的舱外服压力体制,提出双服压、低服压压力制度建议,以实现连续每日出舱。对压力制度安全性进行试验验证,选取19名健康志愿者,分为4组,其中15名男性志愿者平均分为3组,4名女性志愿者分为1组;利用密闭实验舱模拟载人月球探测任务全包络压力环境,开展了7轮次、每轮次为期9 d、连续4 d、每日8 h全负荷模拟出舱活动的密封舱试验。试验结果表明：2种压力制度方案均无减压病发生,也未观测到回心血流气泡,能够有效防护减压病。     

高速列车转向架区域气动噪声风洞实验研究

转向架区域是高速列车最主要的气动噪声源.通过风洞试验的方法,测量了1:20转向架区域的舱内气动噪声和压力,分析了动车转向架、拖车转向架舱内气动噪声和脉动压力的速度标度律,及其随雷诺数的变化规律.结果表明:近场气动噪声标度律分析可以区分转向架舱内湍流脉动压力和声压,舱内湍流脉动压力能量随速度的3.2～3.9次方增加,声压级随速度的6～8次方增加,两者的分界线频率,转向架舱后壁高于舱顶部.气动噪声为具有多个峰值的宽频带噪声,频率不随雷诺数变化的峰值噪声由声共振导致,频率随雷诺数增加而增大的峰值噪声为气流冲击轮对下部导致.转向架区域的气动噪声的峰值频率与转向架舱、轮对尺寸有关,宽频带噪声受转向架形式影响.该研究结果可为理解转向架区域气动噪声源特性及降噪控制提供理论和数据支撑.     

差压式空间站在轨泄漏监测技术研究

研究空间站在轨泄漏监测技术是载人航天器在轨检测和安全防护技术的重要组成部分,对保证航天员的生命安全具有十分重要的意义。以差压传感器为核心,建立舱体内置式非对称基准物的原理样机,经过压力变化检漏及不确定度评定分析和模拟泄漏检测实验得出该方法的检漏灵敏度及其泄漏监测的可行性和有效性。研究结果表明,差压式空间站在轨泄漏监测技术精度高,其4 h检漏灵敏度约为2.5×10~(-3)Pa·m~3/s,可检约10~(-2)Pa·m~3/s以上的泄漏,方法可行,检测有效,可为后续工程研制提供参考。     

内埋武器舱关键气动及声学问题研究

以风洞试验为手段,在高速风洞中对内埋武器舱关键气动问题进行了深入研究。利用静态压力测量、脉动压力测量、网格测力等测试手段,获取了典型弹舱流场静压分布特性、气动声学特性以及武器分离特性。研究结果表明：舱内静压分布变化明显,可以此定义弹舱流场类型;开式弹舱流场气动声学环境恶劣,总声压级强度可达170dB 以上,且频谱曲线上存在多个明显的能量尖峰;武器从舱内分离过程中可能产生较大的抬头力矩,影响机/弹安全分离;在弹舱前缘施以流动控制能降低舱内静压梯度、抑制气动噪声,且有利于改善武器分离特性。     

空间航天器低吸收-低发射率热控涂层的设计与制备

针对密封舱类航天器在载人登月、天地往返以及绕月飞行的极端工况下保持舱内热平衡的问题,提出了适应于空间与地面环境特性的低吸收-低发射率热控涂层材料体系,采用铝粉与有机硅树脂为主要制备原材料,通过Bruggeman模型有效介质理论与Fresnel公式计算出体积分数与涂层反射率之间的变化规律,最后制备了不同配比的热控涂层,并进行了热辐射性能测试。结果表明:低吸收-低发射率型热控涂层太阳吸收比α_S=0.15、半球发射率ε_H=0.15;涂层的铝粉填料占比越高,热辐射性能越低,该规律符合体积分数与涂层反射率之间的模拟计算结论。     

亚声速武器舱空腔流动压力特性及其控制方法

在高速风洞中对某武器舱舱门打开状态下,舱内的静压分布和脉动压力特性进行了试验,并对空腔前缘多孔扰流板和前缘吹气两种流动控制方法分别进行了变参数研究。试验马赫数为0.75,武器舱长度为300 mm,长深比为3,宽深比为1。试验结果表明该武器舱基本构型顶部沿着流向的压力分布比较均匀,脉动压力监测点的频谱特性表现出明显的模态特征,为开式空腔流动类型,而且在所研究的范围内受飞机迎角变化的影响很小。在典型的飞机迎角下,前缘多孔扰流板流动控制方法可以很好地改善武器舱内部流场的稳态特性并降低舱内的脉动压力;多孔扰流板的安装高度、展向宽度为流动控制效果的主要影响参数;在所研究的参数范围内,综合考虑多孔扰流板对脉动压力宽频和单频特性的控制效果,高安装高度、短展向宽度的参数组合形式最优,并且在飞机常用的迎角范围内具有较好的流动控制效果。在典型的飞机迎角下,前缘吹气流动控制方法也可以很好地改善武器舱内部流场的稳态特性并降低舱内的脉动压力;吹气位置、吹气流量为流动控制效果的主要影响参数;在所研究的参数范围内,综合考虑前缘吹气对脉动压力宽频和单频特性的控制效果,大的吹气流量、短的展向宽度的参数组合形式最优,并且在飞机常用的迎角范围内具有较好的流动控制效果。     

舱内气压的控制方法

本文通过可控性分析和可观察性分析指出,现有的舱压控制系统不是状态完全可控制的,因而不是好的方法。本文提出一种新的控制测量方案,它的控制系统是压力变化速率控制系统,它的测量系统是压力测量系统。这个新的方案是状态完全可控和状态完全可观察的,因而是一个好的方案。     

高温燃气流风洞试验舱压的影响因素研究

针对高温燃气流风洞实际试验过程中舱压变化的情况,选取了收集口位置、收集器豁口、主动控制和堵塞比四种不同的影响因素,使用试验和三维CFD (Computational Fluid Dynamics)方法对舱压试验匹配性的影响进行了相关的研究。数值研究与试验结果的趋势一致,舱压都随着影响因素数值的增加而升高。依据对舱压的影响程度的差异,这四种因素由大到小依次为堵塞比、主动控制、收集口位置和收集器豁口,计算范围内对舱压变化的最大影响程度分别为345%,271%,139%和18%。这些因素都破坏了溢流与主流引射之间的初始平衡,通过或相当于增加向试验舱内的溢流和减小主流的引射能力来提高舱压。     

叶尖单侧倒圆对扩压叶栅叶顶间隙流动的影响

提出了一种控制扩压叶栅叶顶间隙流动的方法,通过对叶尖压力面小尺度的倒圆修型,改善了扩压叶栅叶顶间隙流动状况。通过数值模拟方法研究叶尖倒圆结构对扩压叶栅性能的影响及作用机理,并探究3种不同倒圆半径(约为3%、4%、6%的叶片最大厚度)叶尖倒圆结构的流动控制效果。结果表明:叶尖倒圆能够削弱叶尖分离涡,进而影响叶尖流场不同涡系之间的相互作用,使得叶顶间隙通道附近的总压损失减少;但是叶尖倒圆半径越大,泄漏流流量越大,会加剧泄漏流与主流的掺混,使总压损失增加。因此合适的叶尖倒圆半径能够使叶栅性能得到最大程度的改善。此外,在倒圆半径为3%叶片最大厚度时,叶栅在较大的攻角范围内均获得了良好的改善损失的效果。     

航天器通气孔放气过程计算研究

针对航天器发射时火箭整流罩内压力快速变化在航天器结构上引起的内外压差,分析了一维等熵公式计算非定常放气过程的误差来源;然后以龙飞船构型为例,采用计算流体力学(CFD)方法仿真模拟了龙飞船的非定常放气泄压过程,并对不同大小通气孔的放气过程进行了对比计算,得到了放气过程中的流场流动状态和压力分布。计算结果表明通气孔越大,内外压差越小,放气速度越慢,一维等熵公式结果与CFD结果吻合越好。研究成果可为航天器通气孔的总体设计提供参考和依据。     

篦齿封严泄漏特性的实验

为了研究工程实际尺寸下篦齿封严泄漏特性,设计并搭建了篦齿封严实验台.在进出口压比为1.1~2.0的条件下,探究了节流间隙、齿数、齿腔深度和宽度等对篦齿封严泄漏量和密封腔内压力分布的影响.结果表明:泄漏系数随着压比和节流间隙的提高而增加,但压比达到1.6后,增加趋势逐渐变缓;增加齿数能显著提高篦齿的封严性能,但随着齿数变多,效果逐渐减弱;较浅和较宽的齿腔对于提高篦齿的封严性能更有利;进出口压比、节流间隙和齿腔深度对于篦齿腔内压力系数的分布几乎没有影响;篦齿腔内沿程压力不断降低,但在各齿腔内降低的程度逐渐减小;在篦齿封严中,越接近入口的齿腔对密封性能提高的贡献越大,对封严性能的优劣起着决定性作用.      

分开排气大涵道比涡扇发动机高空模拟试验排气布局评估

为评估分开排气大涵道比涡扇发动机高空模拟试验的排气特性,采用数值仿真方法,对分开排气发动机高空模拟试验时配备的排气扩压器的结构进行分析。主要从发动机尾锥与排气扩压器入口距离、排气扩压器结构尺寸、舱内压力模拟偏差及次流四方面影响进行排气特性计算,并以发动机设计推力进行检验。结果表明:该发动机进行高空模拟试验时,排气扩压器直径应不小于3.5 m,排气扩压器直段长度不小于9.0 m,发动机尾锥与排气扩压器入口距离以0.85倍扩压器直段直径为宜;发动机飞行包线的巡航点和左边界点的推力偏差,均随模拟舱压偏差绝对值的增大而增大,但巡航点推力变化斜率较大。