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强制通风下的火灾温度场及流场特性仿真分析

文章建立微重力环境下载人航天器密封舱简化物理模型,利用FDS软件仿真分析火源在密封舱中心位置时不同送风角度(θ=0°、θ=45°、θ=60°)下舱内温度和烟气浓度的分布规律。分析结果显示:需要在大功率设备上方两侧布置火灾探测器;不同送风角度下的速度场不同,造成舱内温度分布规律也不同;当送风角度θ=45°、θ=60°时,密封舱内的烟气与θ=0°时相比更易排出。分析结果可为载人航天器密封舱内送风口及火灾探测器的设置提供参考。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

临近空间载人舱着陆动力学及影响因素分析

为满足临近空间载人舱着陆缓冲装置可重复使用以及多着陆工况下能提供较好缓冲性能的要求,提出一种以双腔油气缓冲器为主支柱,单腔油气缓冲器为辅助支柱的新型着陆缓冲系统。针对舱体着陆过程,建立了考虑地面弹塑性变形的联合仿真动力学模型;通过与单腿着陆冲击试验的对比分析验证了所建动力学模型的有效性。在此基础上,研究了水平着陆速度,着陆俯仰角以及地面摩擦系数三种初始着陆条件对临近空间载人舱着陆性能的影响。研究结果表明：降低水平着陆速度可有效减小舱体水平着陆过载及提高着陆稳定性能;水平或小俯仰角着陆可使主、辅支柱的受载分配更加合理;减小足垫与地面间摩擦力可降低舱体竖直过载并提高着陆稳定性能。     

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。     

留轨舱通风系统参数优化及回路设计

文章在介绍留轨舱通风系统原理的基础上,采用带风管道的通风回路方案进行设计。以人活动区为例对送风参数和送风量进行优化,结果显示,送风量受送风温差的影响较大,当温差从1℃开始增大时,送风量急剧减少,温差达到4～5℃后送风量变化趋缓,而送风量随舱内设计参数的影响较小。文章还对气流组织方式和风道系统进行设计,最终采用上底角集中双侧送风、下底角集中双侧回风的气流组织方式。     

气闸舱泄复压热力过程研究

为满足航天员出舱活动的需要,出舱活动飞船气闸舱在满足载人飞船密封舱一般要求外,还需经历泄压和复压两个热力过程。伴随气闸舱的泄复压过程,舱内空气因泄压而发生热力膨胀降温现象,因复压而出现热力压缩升温现象;复压用气瓶在气闸舱复压过程中压力急剧降低也出现降温现象,其降温程度将影响气闸舱复压后舱内温度水平。运用热力学方法对气闸舱泄复压热力过程进行分析,并通过地面和在轨飞行试验验证了分析的正确性,本文工作将为后续载人航天器气闸舱的热控设计提供参考。     

火箭发动机高空模拟用无二次流引射器的实验研究

为确定真空舱——扩压器装置内喷管出口位置对起动压力比和舱压比的影响,进行了无诱导流的引射器的特性试验。用锥型和特性两种喷管,将一个不变直径扩压器与几种第二喉道扩压器组合成型面不同的引射器,研究了这些组合下喷管出口面位于扩压器区域及位于真空舱区域内的两种情况。用 Korst 流动模型,作了简单的分析,近似地解释了所观察到的这种真空舱压变化与喷管出口位置之间的相互关系。结果表明;当锥型喷管和扩压器相对位置合适时,引射器起动压力此和分离压力比的实验值与用 German 等人的方法得到的计算值基本一致。     

“和平”号空间站航天员医学救助系统——舱载医学救助和预防药物

在长期载人航天飞行中，受各种不利飞行因素的影响，航天员身体主要系统的机能可能会出现变化，导致各种疾病和损伤。为有效地预防和处置这些变化和疾病，保证航天员健康、安全和高效，俄罗斯开发了长期航天飞行医学救助和预防系统（COMYI）。该系统的主要特点是，对航天飞行条件下可能出现的疾病及损伤进行了分析，有针对性地开发了舱载药箱和各类药物。在“和平”号空间站飞行的各个阶段，该系统运行高效，保障了航天员的健康和工作能力。本文重点介绍了该系统的特性、构成及改进。     

舱内失压下航天员热舒适度和散热量仿真

针对载人登月舱内失压应急返回过程中,不同条件下航天员穿着舱外航天服维持生存时的热舒适度问题,基于Matlab建立了人-航天服热模型。其中人体热模型基于Fiala模型建立,航天服热模型使用集总参数法建立。经过不同工况的对比,仿真结果与文献数据基本吻合,验证了模型的正确性。在此基础上,基于DTS热舒适度计算方法对不同失压紧急情况下的人体热舒适度进行了分析,得到了舱内不同环境下人体热舒适度、航天服所需散热量和通风气体湿度的变化规律,并提出了系统优化方案,为我国应急舱内压力防护系统的设计和生保方案制定提供了参考。     

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。     

载人航天器的可重构式控温回路系统设计

文章提出了载人航天器的可重构式控温回路系统,它由独立的中低温内外回路系统组成,可改善低温内回路由于控温点温度较低而对辐射器散热能力带来的影响,还可在某个外回路辐射器故障时进行系统重构,维持回路功能。建立了控温回路系统非稳态仿真分析模型,对正常工作模式下和某外回路故障工作模式下各舱回路控温点温度、设备温度、流量分配和载人航天器热负荷水平进行了分析。结果表明,双外回路系统比单外回路系统散热能力高27%。当双外回路中某回路故障时,通过系统重构,外回路系统可维持1850W散热能力,能保障载人航天器平台安全,表明可重构式控温回路系统能提高系统可靠性。     

自备动力逃逸载人飞船上升段气动特性研究

自备动力逃逸技术是载人飞船重要的发展方向之一,能提升载人飞船发射段的安全性。文章对自备动力逃逸载人飞船上升段的气动特性开展研究,利用气动数值模拟方法对上升段逃逸全过程进行仿真,完成自逃逸上升段静态气动特性分析、两舱分离气动特性研究和上升段气动加热分析。研究结果表明:返回舱与推进舱能否安全分离受分离时刻的气动干扰影响较大,配置稳定翼在低空情况下可显著改善载人飞船的静稳定性。上述研究结果可为我国新一代载人飞船逃逸系统的方案设计提供参考。     

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。     

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。