载人航天器密封舱内火灾流场特性数值研究

为获得微重力环境下载人航天器密封舱内火灾发生时的流场分布规律,建立简化的密封舱模型,利用FDS软件对不同火源位置、通风场景下的火灾进行了数值仿真,得到了烟气温度、浓度分布规律。仿真结果可为密封舱内火灾探测器的合理安装布局提供参考。     

载人航天器密封舱内双火源火灾 烟气蔓延数值分析

在微重力条件下,载人航天器密封舱内火灾烟气运动规律与常重力条件下不同,给及时发现并扑救火灾增加了难度。文章采用FDS软件模拟双火源位于载人航天器内底面、侧面和顶面时受舱室内通风气流影响下的火灾烟气蔓延情况。结果表明:双火源位置对舱室内烟气浓度分布影响明显,双火源位于舱室侧面时,烟气受回旋气流的影响在竖直方向的蔓延速度较快。建议在大热耗仪器及回风口附近适当高度安放火灾探测器。采用多项式函数对通风条件下双火源位于侧面与顶面时平均烟气浓度在典型时段内变化过程进行了拟合,得到其拟合计算公式。且能较精确的反应出烟气浓度的变化情况。     

载人航天器防火安全设计

防火安全是载人航天器总体设计所关注的重点项目之一。文章按照火灾发生三要素,结合以往密封舱防火安全设计经验,从密封舱内可燃物控制、舱内氧浓度控制、防止点火源形成、防止火灾传播、密封舱烟火监测和密封舱灭火6个方面对载人航天器防火安全设计方法进行了归纳总结。该研究可为我国后续载人航天器密封舱防火设计提供重要依据,确保载人航天器任务期间的安全可靠性。     

载人航天器独立飞行时密封舱内内流动换热及热湿分析研究

载人航天器密封舱以通风换热方式对舱内人员及其设备进行散热,控制舱内温度,利用冷凝干燥组件调节舱内湿度.针对某一处于独立飞行状态下、由返回舱和轨道舱组成的密封舱,采用数值模拟软件I-DEAS对其速度场、温度场以及湿度场进行了稳态数值分析,研究了密封舱内的温度分配和湿度分布,并对密封舱的温湿控制方案的合理性进行了评价.     

载人航天器密封舱CO2扩散规律仿真研究

文章以载人航天器密封舱为研究对象,采用k-ε湍流模型、组分输运模型及自定义函数边界对空间站密封舱内航天员代谢产物CO₂的分布规律进行了数值仿真,结果表明:45°角送风及舱间通风交换方案形成的流场可以保证舱内CO₂成分的有效传质,航天员两侧舱壁附近的CO₂浓度相对较高,异舱放置CO₂净化设备的方法可以满足CO₂控制需求。研究结果可以为载人航天器CO₂传感器以及净化装置的布置以及通风形式的优化提供参考。     

电子设备射流送风冷却特性试验研究

射流送风是载人航天器密封舱内电子设备冷却的一种有效方式,具有简单可靠、系统质量轻、换热系数大等优点.文章对中国载人航天器密封舱内2台大功耗电子设备射流送风冷却特性进行了试验研究,分析了射流风量、送风孔数、表面状态对设备平衡温度的影响.利用不超过0.4m3/min的风量,可将热流密度为315.8W/m2的设备温度控制在5...     

载人航天器密封舱内一氧化碳安全控制

载人航天器密封舱内由于火工品点火工作、非金属材料使用等原因将导致舱内一氧化碳的浓度升高,对航天员的生命安全带来较大威胁。文章分析了载人航天器密封舱内一氧化碳的产生来源,提出了非金属材料控制、火工品泄漏控制、净化通风等控制措施,并通过试验验证了措施的有效性,可供后续载人航天器舱内环境控制借鉴和参考。     

载人航天器密封舱内流动换热数值模拟研究

航天器密封舱主要以通风换热的方式排出舱内人员及设备的散热,从而控制舱内的温度水平。计算机数值模拟是研究舱内通风换热问题的有效方法。文章利用数值模拟软件I-DEAS,针对设定载人航天器,对其在轨状态下密封舱内复杂的流动换热进行稳态数值模拟,研究系统能量的流动和分配,评价通风设计方案的合理性。     

密封舱流动换热的地面降压模拟研究

地面降压模拟技术是研究裁人航天器舱内流动换热的有效手段,该技术的关键在于选取一个合适的舱内压力,使得地面条件下自然对流的影响得以消除。对应着某一个舱内压力,自然对流对流动换热的影响刚好得以消除,该舱内压力可定义为临界压力。文章利用数值模拟软件I—DEAS,针对处在独立飞行状态下的某一载人航天器,选取不同的舱内压力,分别对空间条件和地面条件下密封舱内的流动换热进行稳态数值模拟,得到了舱内温度分布和对流换热系数。在不同舱内压力下,通过比较空间条件和地面条件的计算结果,分析地面条件下自然对流对流动换热的影响是否得以消除。根据分析结果,给出了该载人航天器在使用地面降压模拟技术中的临界压力。     

基于FDS的微重力条件下密闭舱细水雾灭火过程仿真分析

文章应用火灾动力学软件(FDS)对微重力条件下载人航天器密闭舱细水雾灭火过程进行仿真分析,得到了电缆火灾扑灭过程中舱内温度和CO的分布规律。结果表明,一定倾斜角度喷射细水雾不但会促进烟雾的扩散,还会为燃烧增加新鲜空气,使扑灭过程趋于困难。分析认为,微重力环境中的细水雾灭火器喷雾粒径应控制在100~150μm,且使用时应使喷雾方向与火灾面尽量趋于垂直。     

载人航天器密封舱噪声控制与试验

载人航天器密封舱为航天员工作和生活的场所,需对航天员工作区和睡眠区进行噪声控制。文章以某中期驻留载人航天器为例,对其密封舱内的主要噪声源进行识别,并从吸声、隔声、消声、减振4个方面针对主要噪声源进行噪声控制。根据航天器实际噪声源和控制措施,构建了噪声计算模型,通过仿真分析获取了舱体内声压级水平分布,并对舱内噪声分布进行实际测试。仿真结果和测试结果表明噪声控制方案满足指标要求,噪声源识别准确,控制措施有效。     

空间站梦天舱通风流场试验及仿真分析

空间站密封舱内的气流分布对航天员长期在轨的安全性和舒适性有着十分重要的影响，为保证密封舱内空气扰动充分，通常都采用顶部送风，底部回风的方式。针对梦天舱航天员活动区通风流场问题，通过流场试验与仿真相结合的方法对区域内气流组织进行分析，采用舒适速度比例、吹风感作为指标进行评价。结果表明:试验数据与仿真数据偏差在±15%以内，整个舱内空间风速统计学偏差在±5%以内，模型有效。梦天舱航天员活动区舒适速度比例高达92.15%，吹风感指数均小于40，满足人员安全性和舒适性的要求，可作为后续载人航天器通风设计、试验、仿真的借鉴。     

供氧模式对载人航天器气压控制的影响分析

载人航天器气压控制系统主要负责控制密封舱内氧分压和总压满足指标要求,承担长期载人任务的载人航天器通常配备电解制氧系统用于维持密封舱内氧分压水平。文章建立了一种载人航天器密封舱气压控制系统仿真分析模型,利用该模型分析对比了氧气瓶供氧和电解制氧供氧2种模式对应的密封舱氧分压和总压变化规律。结果表明,驻留24 h内,氧气瓶供氧模式对应的氧分压单调下降;电解制氧供氧模式对应的氧分压并非单调下降,而是取决于供氧速率与乘员代谢耗氧间的关系,且氧分压变化范围要远小于氧气瓶供氧模式。驻留60 d内,电解制氧供氧模式对应的氧分压在上下限间的变化周期以及总压的变化周期要明显长于氧气瓶供氧模式。为避免空气温度的影响,氧分压和总压的控制范围应比允许范围窄。     

重力对载人航天器密封舱内空气对流换热影响的数值分析

地面重力环境中进行航天器密封舱内空气通风换热试验时,由于自然对流的存在导致换热量和温度分布与空间微重力环境中的情况存在偏差。文章针对航天器密封舱,建立了舱内空气对流换热的数值模型,利用数值模拟软件对有无重力时典型工况下的对流换热进行了数值模拟及模拟结果的对比分析。分析表明重力对壁面换热量的影响较大,而对空气温度及分布的影响较小;且重力的影响随空气与壁面温差的增大而增大,随通风流量的增大而减小,舱间通风也会减小重力的影响。因此在重力环境中进行试验时需要对壁面换热量进行修正。     

航天器对流换热地面降压模拟的临界压力准则

航天器密封舱在地面模拟试验中常通过降压法抑制自然对流的影响,但降压比的选择 往往缺乏定量准则,这使得自然对流的抑制效果得不到保证。使用数值模拟方法确定临 界压力比,以几种典型航天器密封舱内的流动换热情况为例,分析了不同Gr／Re 2 数和压力比下密封舱内的流动换热情况。得到了舱内气体温度分布和对流换热系数。通 过比较空间情况和地面情况的计算结果,分析了自然对流给流动换热带来的影响,给出了判 断临界压力的准则式,并给出了临界Gr／Re 2数。结果表明：临界压力 的准则关系和密封舱的形状和内部结构无关。
     

载人航天器密封舱流动和传热数值模型及其地面验证

为求解载人航天器密封舱内复杂的空气对流、导热和辐射三者耦合的传热问题,本文建立了载人航天器密封舱的流动与传热数值模型,对地面试验状态下密封舱内的空气流动与传热进行了仿真分析,并利用试验结果对数值模型进行了验证.结果表明,建立的数值模型可靠且具有较高精度,仿真结果与地面试验数据吻合性较好,可进一步用于热控系统性能评估、在轨支持和故障处理.     

"天宫二号"空间实验室密封舱热舒适性评价

基于在轨飞行数据,采用PMV(predicted mean vote)方法对"天宫二号"空间实验室密封舱热舒适性进行评价,获得了密封舱热舒适性值;并将其与"神舟十一号"载人飞船和"天宫一号"目标飞行器密封舱热舒适性进行比较,分析热舒适性差异存在的原因,以及密封舱空气温度、相对湿度和舱壁温度对热舒适性的影响,结果表明空气温度对热舒适性影响最为明显。本研究可为后续载人航天器密封舱热设计提供参考。     

载人航天器密封舱内细水雾灭火数值研究

为了研究微重力环境下细水雾灭火机理,利用FDS 软件对细水雾雾化特征进行了仿真分析,结果表明:微重力环境有利于细水雾的形成和雾场的扩大,但由于没有重力场的作用而使得雾动量下降,导致雾滴穿透火焰的能力下降。通过对载人航天器密封舱内细水雾灭火的仿真计算,获得了火灾场特征位置处的温度及氧浓度（指体积分数）随时间变化规律,分析表明细水雾灭火不仅可以降低火焰的温度,而且还可通过稀释火灾场的氧浓度对火灾起到很好地抑制作用。     

载人航天器组合体氧分压控制仿真分析

载人航天器组合体通常由多个具备不同功能的密封舱通过在轨组装形成,并由其中的单个密封舱利用舱间换气对组合体空气环境进行集中控制。文章建立了一种载人航天器组合体氧分压控制仿真分析模型,对五舱载人航天器组合体组装建造过程中各密封舱氧分压和空气总压变化趋势进行了分析。结果表明,受舱间换气量、密封舱数量、航天员驻留位置变化等因素的影响,组合体氧分压和空气总压变化趋势与单个密封舱情况存在显著差异。随着密封舱数量的增加,离氧分压主控舱输运距离越远的密封舱,氧分压的波动范围越窄,且所能达到的氧分压上限也越低;同时,组合体空气总压的波动范围也越窄。随着舱间换气量的增大,各密封舱氧分压的差异逐渐缩小,组合体的空气总压波动范围增大。五舱组合体的氧分压和空气总压变化范围及波动周期,明显小于与它总容积相同的单个密封舱,这种差异随着舱间换气量的增大而减小。文章的研究结果有助于载人航天器组合体环境控制系统的设计和优化。     

航天器太阳翼在轨光照角度建模及仿真分析

航天器太阳翼的输出功率受到光照条件的影响,与太阳光入射角θ（指太阳光与太阳翼法线的夹角,以下简称θ）密切相关（θ角取值0°～60°范围之间,输出功率与θ的余弦成正比）。为此建立了高精度的轨道数值计算模型、太阳位置计算模型、光照地影模型和不同姿态模式（航天器的飞行模式和太阳翼定向模式的多种组合模式）下的太阳光入射角计算模型。根据轨道和姿态条件,推算航天器在轨运行过程中太阳翼的太阳光入射角,分析太阳光入射角随时间的变化。仿真结果可用于计算太阳翼的发电功率,并为航天器和太阳翼的姿态控制提供参考。