载人航天器大气环境控制系统性能集成分析

考虑到载人航天器大气环境控制系统设计参数和控制参数众多,文章建立了一种载人航天器大气环境控制系统性能集成仿真分析模型,包括舱体模块、航天员模块、舱压控制模块、温湿度控制模块和二氧化碳净化模块。利用该模型对载人航天器常规工作模式下大气环境控制系统性能进行了计算分析,得到了在不同热负荷水平下载人航天器密封舱空气各个参数随在轨时间的变化趋势,结果表明:氧分压控制、二氧化碳净化和人区温湿度控制之间存在着密切的相互影响关系,不可孤立地进行分析。此外,文章还分析确定了非常规工作模式下热负荷水平允许上限,为载人航天器工作模式的确定提供了依据。研究结果有助于载人航天器大气环境控制系统的设计和流程改进。     

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。     

基于Modelica的载人航天器环热控系统建模仿真

为了给载人航天器乘员营造一个良好的生活工作环境,需要将众多空气环境参数控制在指标范围内。文章结合载人航天器专业知识,基于Modelica统一建模语言建立了一种载人航天器环热控系统仿真分析模型;利用该模型仿真分析了温湿度控制风机取不同转速时,载人航天器空气环境参数随乘员代谢水平的变化趋势。结果表明:在其他参数不变的情况下,温湿度控制风机转速越大,空气温度越低,相对湿度越高;乘员代谢水平变化对空气环境参数有显著影响,通过调节系统运行参数可将各空气参数有效控制在指标范围内。舱体温度与氧分压、二氧化碳分压、舱体相对湿度有密切关系且相互影响,不可单独分析。     

一种并网式载人航天器控温回路系统设计

提出了一种单舱辐射器并网和组合体舱间并网相结合的载人航天器控温回路系统,能够实现单舱层次功能备份和舱间层次功能备份。建立了单舱和组合体控温回路系统非稳态仿真分析模型,对正常工作模式和几种不同故障工作模式下各舱回路控温点温度、设备温度、流量分配和航天器热负荷水平进行了分析。结果表明,对于单舱辐射器并网回路,在单条辐射器支路故障情况下,系统总散热能力损失不超过28.5%,单舱外回路完全故障时启动舱间并网回路,故障舱段可维持的热负荷水平占标准工作模式热负荷水平的63.5%,表明双层次并网控温回路系统可将设备温度有效控制在指标要求范围内,并能显著提高载人航天器所能承受的热负荷水平,提高系统的可靠性。     

交会对接组合体热管理研究

组合体热管理是实现目标飞行器和载人飞船交会对接组合体载人热环境控制的重要手段。文章提出了以舱段间通风为技术途径的交会对接组合体热管理方案。在组合体热特性分析和热平衡试验基础上,获得了组合体热管理系统分析模型。分析结果表明,组合体密封舱空气温度在19～26℃范围内可调,验证了交会对接组合体热管理设计的正确性。最后,对空间...     

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。     

国际空间站舱内空气温湿度控制技术综述

与非载人航天器不同的是,载人航天器有环控生保系统,而舱内空气温湿度控制又是环控生保系统的一项重要内容。文章跟踪和介绍了国际空间站各舱内的温湿度控制方案,包括设计指标、硬件组成及所采用的技术;重点评述了国际空间站舱内温湿度控制系统的关键设备——冷凝干燥器组件及其降温除湿原理;最后结合NASA近年来研究的多孔渗水冷凝干燥器,指出未来冷凝干燥器的发展方向。     

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。     

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。     

载人航天器密封舱温湿度独立控制方法及实验研究

针对目前载人航天器密封舱温湿度控制存在的强耦合问题,提出了一种基于绝对含湿量控湿的温湿度独立控制方法,设置中温和低温两个热控回路,并通过中温温控阀和低温温控阀的独立调节,进行冷凝干燥器组件控湿和气液换热器控温的双目标控制,实现了密封舱空气温湿度解耦控制,以满足精细化控制的需求。文章给出了密封舱温湿度独立控制系统的典型系统配置及控制策略,并搭建地面实验验证系统开展了相关实验验证工作。实验结果表明采用温湿度独立控制方法可以达到温度±0.5℃、湿度±2%RH的良好控制效果。     

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。     

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。     

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.     

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.     

载人航天器密封舱内除湿研究

为保证航天员在轨生活健康,避免密封舱内结露,对载人航天器密封舱内空气除湿进行了理论研究:针对载人航天器地面封舱前干空气置换,建立了相对湿度估算模型;对航天器在轨采用冷凝干燥装置主动除湿进行了研究,建立了密封舱内空气湿度平衡方程,推导出冷凝干燥风机风量估算模型。相对湿度估算模型及风机风量估算模型可为实际工程设计提供参考。