载人航天器环热控一体化仿真分析
发布时间：2021-09-23 19:27
采用系统建模及仿真方法搭建了一种典型载人航天器环热控一体化系统模型,分析了系统的性能。针对3人7天载人飞行工况开展了仿真分析,结果表明,经过合理设计,该系统可将舱内温湿度、压力、氧分压等参数控制在航天医学指标要求范围内。环热控系统仿真结果较好地预测了系统工作过程,显示了主要参数的变化情况,结果合理,验证了仿真方法、系统仿真模型的正确性。通过控制流体回路外回路旁通阀门开度,可准确控制外回路控温点温度,保证舱内温湿度在合理范围之内。此外,外回路控温点的设定会对环热控系统状态带来影响,通过合理设计外回路控温点,可保证舱内温湿度满足航天医学指标要求。
【文章来源】：化工学报. 2020,71(S1)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
典型环热控系统组成
舱内大气压力随时间的变化如图3(b)所示。由图可知，5.01×105s之前，舱体泄漏导致舱内压力总体呈下降趋势。5.01×105s时，舱压下降至9×104Pa，供氮组件开始向舱内补充氮气，直至压力上升至1.0×105Pa，压力变化速度为0.36 Pa/s。压力上升至1.0×105Pa时停止供氮，由于此时氧分压偏低，舱内继续补充氧气，直至氧分压达到22 kPa。舱内二氧化碳分压随时间的变化如图3(c)所示。由图可知，舱内二氧化碳分压随舱内压力降低而升高，这是由于当舱内压力降低时，流经净化风机的空气质量流量降低，LiOH净化罐吸收的二氧化碳减小，导致系统内残余二氧化碳增加。飞行时间内，二氧化碳分压不超过700 Pa，满足航天医学指标要求[31]。
本文探讨了一种载人航天器环热控一体化系统方案，建立了系统主要部件的数学模型，利用AMESim系统仿真平台搭建了该环热控系统仿真模型，并对其工作过程开展了仿真研究，得到了环热控系统主要性能参数随时间的变化曲线，依据仿真结果，分析了环热控系统各参数之间的相互关系。通过分析可知，环热控系统仿真结果较好地预测了系统工作过程，显示了主要参数的变化情况，结果合理，验证了仿真方法、基本元件库的适用性以及系统仿真模型的正确性。通过合理设计环热控系统，可将舱内压力、氧分压、温度、湿度等关键参数控制在指定范围内，在载人飞行期间满足航天医学指标要求。环热控系统内各参数存在紧密的耦合关系。舱内温湿度随压力的变化而变化。同时，舱内压力的变化导致冷凝干燥器和中间换热器的换热量发生变化，通过控制流体回路外回路旁通阀门开度，可使外回路控温点温度在较小范围内波动，保证舱内温湿度在合理范围之内。外回路控温点的设定会对环热控系统状态带来影响，通过合理设计外回路控温点，可保证舱内温湿度满足航天医学指标要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]返回舱再入过程密封舱气体泄漏计算研究[J]. 黄震,赵建贺,李志杰. 航天器环境工程. 2017(04)
[2]基于Modelica的载人航天器环热控系统建模仿真[J]. 刘伟,丁建完,赵建军,陈立平. 航天器环境工程. 2017(02)
[3]多舱段载人航天器氧分压控制仿真分析[J]. 靳健,徐进,侯永青. 北京航空航天大学学报. 2015(08)
[4]多舱段载人航天器CO2去除系统性能仿真分析[J]. 靳健,侯永青. 北京航空航天大学学报. 2014(10)
[5]载人航天器密封系统漏率设计方法[J]. 李兴乾,张伟,郑昊,张雅彬,李学东. 航天器环境工程. 2013(06)
[6]载人航天器大气环境控制系统性能集成分析[J]. 靳健,侯永青,杨雷. 航天器环境工程. 2013(04)
[7]国际空间站舱内空气温湿度控制技术综述[J]. 卜珺珺,曹军,杨晓林. 航天器环境工程. 2013(01)
[8]空间站耦合式热管理系统性能分析[J]. 靳健,何振辉,吕树申,莫冬传,黄臻成,侯永青. 载人航天. 2012(01)
[9]载人运输飞船流体回路试验研究[J]. 黄家荣,范宇峰,范含林. 中国空间科学技术. 2010(01)
[10]卫星流体回路技术的动态热模型与仿真[J]. 宁献文,张加迅,赵欣. 航天器工程. 2007(06)
本文编号：3406279
【文章来源】：化工学报. 2020,71(S1)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
典型环热控系统组成
舱内大气压力随时间的变化如图3(b)所示。由图可知，5.01×105s之前，舱体泄漏导致舱内压力总体呈下降趋势。5.01×105s时，舱压下降至9×104Pa，供氮组件开始向舱内补充氮气，直至压力上升至1.0×105Pa，压力变化速度为0.36 Pa/s。压力上升至1.0×105Pa时停止供氮，由于此时氧分压偏低，舱内继续补充氧气，直至氧分压达到22 kPa。舱内二氧化碳分压随时间的变化如图3(c)所示。由图可知，舱内二氧化碳分压随舱内压力降低而升高，这是由于当舱内压力降低时，流经净化风机的空气质量流量降低，LiOH净化罐吸收的二氧化碳减小，导致系统内残余二氧化碳增加。飞行时间内，二氧化碳分压不超过700 Pa，满足航天医学指标要求[31]。
本文探讨了一种载人航天器环热控一体化系统方案，建立了系统主要部件的数学模型，利用AMESim系统仿真平台搭建了该环热控系统仿真模型，并对其工作过程开展了仿真研究，得到了环热控系统主要性能参数随时间的变化曲线，依据仿真结果，分析了环热控系统各参数之间的相互关系。通过分析可知，环热控系统仿真结果较好地预测了系统工作过程，显示了主要参数的变化情况，结果合理，验证了仿真方法、基本元件库的适用性以及系统仿真模型的正确性。通过合理设计环热控系统，可将舱内压力、氧分压、温度、湿度等关键参数控制在指定范围内，在载人飞行期间满足航天医学指标要求。环热控系统内各参数存在紧密的耦合关系。舱内温湿度随压力的变化而变化。同时，舱内压力的变化导致冷凝干燥器和中间换热器的换热量发生变化，通过控制流体回路外回路旁通阀门开度，可使外回路控温点温度在较小范围内波动，保证舱内温湿度在合理范围之内。外回路控温点的设定会对环热控系统状态带来影响，通过合理设计外回路控温点，可保证舱内温湿度满足航天医学指标要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]返回舱再入过程密封舱气体泄漏计算研究[J]. 黄震,赵建贺,李志杰. 航天器环境工程. 2017(04)
[2]基于Modelica的载人航天器环热控系统建模仿真[J]. 刘伟,丁建完,赵建军,陈立平. 航天器环境工程. 2017(02)
[3]多舱段载人航天器氧分压控制仿真分析[J]. 靳健,徐进,侯永青. 北京航空航天大学学报. 2015(08)
[4]多舱段载人航天器CO2去除系统性能仿真分析[J]. 靳健,侯永青. 北京航空航天大学学报. 2014(10)
[5]载人航天器密封系统漏率设计方法[J]. 李兴乾,张伟,郑昊,张雅彬,李学东. 航天器环境工程. 2013(06)
[6]载人航天器大气环境控制系统性能集成分析[J]. 靳健,侯永青,杨雷. 航天器环境工程. 2013(04)
[7]国际空间站舱内空气温湿度控制技术综述[J]. 卜珺珺,曹军,杨晓林. 航天器环境工程. 2013(01)
[8]空间站耦合式热管理系统性能分析[J]. 靳健,何振辉,吕树申,莫冬传,黄臻成,侯永青. 载人航天. 2012(01)
[9]载人运输飞船流体回路试验研究[J]. 黄家荣,范宇峰,范含林. 中国空间科学技术. 2010(01)
[10]卫星流体回路技术的动态热模型与仿真[J]. 宁献文,张加迅,赵欣. 航天器工程. 2007(06)
本文编号：3406279
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