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。     

航天器密封舱流动和传热的数值研究

在有强迫流动的航天器密封舱内，与固壁存在热交换的三维气体流动使得舱内传热相当复杂。本文用数值分析模拟航天器在轨状态下的流动和传热。结果表明，辐射和流动在密封舱热分析中都不可忽略。对多种风速的计算结果表明，平均对流换热系数与风扇布局基本无关而仅与平均风速有关，最后由计算结果得出了平均对流换热系数和平均风速的经验关系式。     

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。     

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.     

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。     

载人航天器密封舱内结露的原因及对策

密封舱内结露威胁在轨航天员的安全和载人航天器的性能。文章探讨了载人航天器密封舱结露的产生原因,以及防止和减小结露的设计方法,可供类似的载人航天项目进行热控设计时参考。     

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。     

载人航天器生活舱内湿度场的稳态数值模拟

研究载人航天器生活舱内部的湿度情况具有重要意义。由于生活舱设备外形和结构相当复杂,难以建模,因此按照速度梯度、湿度梯度较大的优先原则,合理选择简化舱体结构及舱内设备。采用基于有限元网格的控制容积法对计算区域离散,对离散方程组求解得出水汽质量浓度分布后,结合舱内温度场通过一定的转换关系最终得到了生活舱内部的湿度分布。数值分析结果表明生活舱内处于相对湿度较高的状态下,提示还需进一步采取措施以改善舱内湿度水平。     

载人航天器舱内流场与温度场松耦合计算方法研究

快速有效的舱内热环境预测分析方法及工具在载人航天器的设计中具有重要的研究地位,而预测方法的合理性、准确性及其计算速度是此类问题研究中的重点和难点。文章围绕计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值计算方法阐述了载人航天器中导热与对流换热的耦合求解问题,分析了不同的求解原理和特点。为了缓解计算速度的问题,基于航天器舱内热环境CFD数值预测方法提出了一种全新的"流场/温度场松耦合"计算方法。对比分析了此方法中温度场在不同时间步长下的计算结果,对计算步长的选取给出了合理的判定准则,同时还分析了不同时刻下设备表面对流换热系数和温度场的计算结果,结果表明文章提出的"流场/温度场松耦合"计算方法在大幅提高计算速度的同时还能在一定范围内保证计算精度,具有一定的工程应用前景和价值。     

一种载人航天器气压控制系统仿真模型

为支持航天员在轨驻留,载人航天器须利用气压控制系统将密封舱内的氧分压和总压控制在指标范围内。为分析气压控制系统的工作性能,文章提出了一种气压控制系统仿真模型,利用关键参数和主要特性描述公式对气压控制系统的主要要素进行定义,形成了密封舱、航天员、供氧组件、供氮组件、舱体漏孔等的数学模型,并定义了要素之间的接口关系。将正常模式和舱体泄漏模式下的仿真模型计算结果与载人航天器相关地面试验数据进行对比,证明了仿真模型的正确性。最后,利用仿真模型分析了舱体容积和漏孔通径大小对密封舱氧分压和总压变化趋势的影响。     

载人航天器泄复压地面模拟试验方法

为获得泄复压时间曲线,验证载人航天器泄复压系统功能,须进行泄复压地面模拟试验。文章介绍了应用于载人航天器的泄复压试验方法,通过理论计算和试验结果对比,表明了试验方法的正确性和有效性,可为载人航天器后续型号整舱泄复压地面试验提供参考。     

载人航天器设计中的可维修性技术研究

可维修性技术是载人航天器的主要特点之一,载人航天器总体布局和安装设计的重要任务之一就是为航天员营造出优良的工作与生活环境,通过可维修性技术提高载人航天器的使用寿命、降低制造成本。在设计初期就需将可维修性技术考虑其中,制定、编写相关可维修性技术的标准、规范及专项要求文件,通过相关专项地面试验,研制载人机动装置及专用工具,设计符合航天员信息感知机能特性的操作界面,逐步实现我国未来载人航天器在轨可维修性技术的实际工程应用,并在后续不断累积的在轨实际飞行试验中通过航天员操作,进一步完善、改进可维修性技术内容,最终形成具有适应我国特色的可维修性技术的研究体系。     

载人航天器月地返回再入问题研究

结合国外探月返回再入飞行的工程实践情况,对国外载人航天器月地返回再入几何约束、再入走廊约束、航天员过载限制约束,以及再入轨道、再入航程、再入方式和气动外形的选择策略进行了研究和分析。文章的研究结果可为我国载人探月及载人深空探测航天器返回再入设计提供参考。     

载人航天器加压连接机构研究

载人航天器加压连接机构,按连接功能可分为对接机构、停靠机构与统一对接／停靠机构3类。目前空间应用的连接机构有俄罗斯杆锥对接机构,俄罗斯混合对接机构,导向瓣内翻式“雌雄同体（异体同构）周边装配系统”,以及美国的“通用停靠机构”。统一对接／停靠机构正在研制中,如欧洲的“国际停靠对接机构”与美国的“NASA对接系统”。文章全面、系统地分析了对接机构、停靠机构与统一对接／停靠机构的构型与特点,以及连接机构的统一性与标准化问题。