载人航天器撞击穿孔泄漏特性及其易损性分析
发布时间：2022-10-08 15:11
当下航天技术飞速发展,大量航天器被发射至太空中,空间碎片的增多使太空环境日益严峻,严重影响了航天器在轨运行的安全性与可靠性。载人航天器由于暴露面积大、在轨飞行时间长等原因,空间碎片撞击的风险大大增加,即使在采取防护设计前提下,严重的撞击事件将导致航天器部组件损坏、甚至引起系统级的失效和航天员伤亡,进而影响在轨使命和任务。航天员需要长期在轨驻留载人空间站系统,开展微重力环境下空间探测等科学研究任务。航天员的功能状态直接影响作业绩效和飞行安全,我国对航天员的功能状态分析尚处于起步状态,在航天员易损性分析方面存在着大量空白。而载人航天器的密封舱泄漏所导致的航天员伤亡,是航天员失效的最主要原因之一。因此,开展密封舱内穿孔泄漏条件下航天员失压、缺氧失效模式的研究是十分必要的。针对上述问题,为精准分析航天员易损性,本文基于理论公式建立了舱内环境参数模型。密封舱气体泄漏由于外部环境特殊,舱体体积庞大等因素,地面实验困难。本文采用CFD技术,针对碎片云撞击密封舱可能形成的泄漏孔形状、泄漏孔分布,进行泄压后环境参数（泄漏速度、气体质量流量和舱内压力）变化规律的分析,并总结舱内不同位置处的舱内压力的变化规...
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.1.1 MM/OD环境概述
1.1.2 MM/OD环境危害
1.2 相关领域研究进展
1.2.1 航天器易损性研究进展
1.2.2 航天员易损性研究进展
1.2.3 研究进展简析
1.3 本文主要研究内容
第2章 密封舱穿孔泄漏数值模拟
2.1 引言
2.2 计算流体力学概述
2.2.1 CFD前处理
2.2.2 CFD求解器
2.2.3 CFD后处理
2.3 CFD计算模型
2.3.1 湍流模型概述及分类
2.3.2 Reynolds时均N-S方程模型
2.4 理论模型
2.5 密封舱穿孔气体泄漏数值模拟
2.5.1 密封舱几何模型
2.5.2 网格划分
2.5.3 CFD求解参数设置
2.5.4 有效性验证
2.6 本章小结
第3章 舱内环境参数模型
3.1 引言
3.2 流场分析结果
3.3 不同泄漏孔形状对舱内环境参数影响
3.4 不同泄漏孔分布对舱内环境参数影响
3.5 舱内不同位置压力分析
3.6 环境参数模型
3.7 本章小结
第4章 穿孔泄漏航天员易损性分析
4.1 引言
4.2 异常减压的危害性
4.3 航天员易损性分析
4.3.1 载人航天器供气调压分系统概述
4.3.2 应急供气设备不工作时航天员易损性分析
4.3.3 补气速率分析
4.4 本章小结
第5章 穿孔泄漏密封舱姿态分析
5.1 引言
5.2 密封舱姿态模型
5.2.1 密封舱本体坐标系
5.2.2 气动力及气动力矩模型
5.2.3 密封舱姿态动力学及运动学模型
5.3 数值模拟
5.4 姿态扰动规律分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模型的载人航天器研制方法研究与实践[J]. 张柏楠,戚发轫,邢涛,刘洋,王为. 航空学报. 2020(07)
[2]空间碎片移除能力发展,中国航天当前要务之一——空间环境治理刍议[J]. 徐纬地. 空间碎片研究. 2020(01)
[3]高空减压病在航空医学中的防治新进展[J]. 曹青林,谢满江. 心脏杂志. 2020(01)
[4]某型喷管真空羽流流场数值仿真计算研究[J]. 赵芃沛,朱镭. 兵器装备工程学报. 2019(11)
[5]一种基于易损性分析的空间碎片撞击风险评估方法[J]. 周智炫,柳森,任磊生,马兆侠. 空间碎片研究. 2018(03)
[6]空间碎片监测移除前沿技术与系统发展[J]. 李明,龚自正,刘国青. 科学通报. 2018(25)
[7]基于环控生保系统的气体排放控制装置模块化设计研究[J]. 李磊磊,刘建峰,杨东升,李鹏,李媛媛,姜坤. 液压与气动. 2018(07)
[8]MSCSurv评估系统介绍——M/OD环境下载人航天器及航天员生存力评估系统介绍及对我国的发展启示[J]. 武江凯,韩增尧,庞宝君,张永. 空间碎片研究. 2018(02)
[9]载人航天器密封舱泄漏时舱压控制分析[J]. 靳健. 载人航天. 2017(01)
[10]载人探月航天器大气压力制度选择[J]. 刘伟波,刘朝霞,陈金盾,彭远开. 载人航天. 2016(06)
博士论文
[1]超高速撞击板波特性与声发射空间碎片在轨感知技术[D]. 唐颀.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]基于射线法的空间碎片撞击航天器生存力评估[D]. 宋张弛.哈尔滨工业大学 2018
[2]国际空间站环控生保系统建模与仿真[D]. 王永皎.北方工业大学 2015
[3]空间碎片环境中的航天器易损性分析[D]. 王彬.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3687939
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.1.1 MM/OD环境概述
1.1.2 MM/OD环境危害
1.2 相关领域研究进展
1.2.1 航天器易损性研究进展
1.2.2 航天员易损性研究进展
1.2.3 研究进展简析
1.3 本文主要研究内容
第2章 密封舱穿孔泄漏数值模拟
2.1 引言
2.2 计算流体力学概述
2.2.1 CFD前处理
2.2.2 CFD求解器
2.2.3 CFD后处理
2.3 CFD计算模型
2.3.1 湍流模型概述及分类
2.3.2 Reynolds时均N-S方程模型
2.4 理论模型
2.5 密封舱穿孔气体泄漏数值模拟
2.5.1 密封舱几何模型
2.5.2 网格划分
2.5.3 CFD求解参数设置
2.5.4 有效性验证
2.6 本章小结
第3章 舱内环境参数模型
3.1 引言
3.2 流场分析结果
3.3 不同泄漏孔形状对舱内环境参数影响
3.4 不同泄漏孔分布对舱内环境参数影响
3.5 舱内不同位置压力分析
3.6 环境参数模型
3.7 本章小结
第4章 穿孔泄漏航天员易损性分析
4.1 引言
4.2 异常减压的危害性
4.3 航天员易损性分析
4.3.1 载人航天器供气调压分系统概述
4.3.2 应急供气设备不工作时航天员易损性分析
4.3.3 补气速率分析
4.4 本章小结
第5章 穿孔泄漏密封舱姿态分析
5.1 引言
5.2 密封舱姿态模型
5.2.1 密封舱本体坐标系
5.2.2 气动力及气动力矩模型
5.2.3 密封舱姿态动力学及运动学模型
5.3 数值模拟
5.4 姿态扰动规律分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模型的载人航天器研制方法研究与实践[J]. 张柏楠,戚发轫,邢涛,刘洋,王为. 航空学报. 2020(07)
[2]空间碎片移除能力发展,中国航天当前要务之一——空间环境治理刍议[J]. 徐纬地. 空间碎片研究. 2020(01)
[3]高空减压病在航空医学中的防治新进展[J]. 曹青林,谢满江. 心脏杂志. 2020(01)
[4]某型喷管真空羽流流场数值仿真计算研究[J]. 赵芃沛,朱镭. 兵器装备工程学报. 2019(11)
[5]一种基于易损性分析的空间碎片撞击风险评估方法[J]. 周智炫,柳森,任磊生,马兆侠. 空间碎片研究. 2018(03)
[6]空间碎片监测移除前沿技术与系统发展[J]. 李明,龚自正,刘国青. 科学通报. 2018(25)
[7]基于环控生保系统的气体排放控制装置模块化设计研究[J]. 李磊磊,刘建峰,杨东升,李鹏,李媛媛,姜坤. 液压与气动. 2018(07)
[8]MSCSurv评估系统介绍——M/OD环境下载人航天器及航天员生存力评估系统介绍及对我国的发展启示[J]. 武江凯,韩增尧,庞宝君,张永. 空间碎片研究. 2018(02)
[9]载人航天器密封舱泄漏时舱压控制分析[J]. 靳健. 载人航天. 2017(01)
[10]载人探月航天器大气压力制度选择[J]. 刘伟波,刘朝霞,陈金盾,彭远开. 载人航天. 2016(06)
博士论文
[1]超高速撞击板波特性与声发射空间碎片在轨感知技术[D]. 唐颀.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]基于射线法的空间碎片撞击航天器生存力评估[D]. 宋张弛.哈尔滨工业大学 2018
[2]国际空间站环控生保系统建模与仿真[D]. 王永皎.北方工业大学 2015
[3]空间碎片环境中的航天器易损性分析[D]. 王彬.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3687939
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