出舱活动对气闸舱内设备温度控制的影响研究

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1、V01．18NO．4载人航天第18卷第4期14MannedSpaceflight2012年7月出舱活动对气闸舱内设备温度控制的影响研究范宇峰，卢威，黄家荣，满广龙(中国空间技术研究院总体部，北京100094)摘要为满足航天员出舱活动的需要，载人飞船气闸舱热控设计除采取载人飞船密封舱一般热控措施外，还需考虑出舱活动期间真空条件下舱内设备的温度控制要求。在出舱活动期间，气闸舱内设备的热量排散途径将发生变化，只有辐射和传导两种传热形式，同时出舱舱门打开会导致气闸舱漏热增加，由此引起舱内设备温度控制变化。通过热分析建模和地面试验，出舱活动期

2、间气闸舱内设备温度的地面热试验数据在空间飞行任务中得到验证。关键词气闸舱；热控设计；出舱活动；热分析分类号：V423．41文献标识码：A文章编号：1674—5825(2012)04—0014—05温度降低；复压过程，相当于密封舱内气体压缩，伴1引言随有气体温度升高；出舱活动期间舱内真空热环境，根据出舱活动需要，将载人飞船轨道舱(如图1舱内风机(或风扇)不工作，舱内无强迫对流换热，设所示)改作气闸舱_1]，在满足密封舱要求的基础上，还备只有辐射和传导两种换热方式进行散热。需经历航天员出舱活动前的泄压过程、出舱活动期特别是航天员出舱活动

3、，出舱舱门处于打开状间真空状态和出舱活动后的复压过程三种工作状态，舱体漏热增加。该舱门设计最大开度为100。，并态。与之相对应，气闸舱除承受正常飞行时密封舱热可在最大开度处一定程度地锁定。气闸舱内一部分环境外，还需经历以上三种不同状态的热环境。气闸仪器设备透过舱门口面对宇宙空间，或将向外空问舱泄压过程，相当于密封舱内气体膨胀，伴随有气体辐射热量Q，或将空间的外热流Qi(主要是地球红图1气闸舱外形图来稿13期：2011-08—30；修回13期：2012—02一O1。作者简介：范宇峰(1978一)，男，博士。高级工程师，主要从事载人航天

4、器热控技术研究及应用工作。E-mail：yffan2002@163．(3011"1第4期范字峰等：出舱活动对气闸舱内设备温度控制的影响研究15外辐射和地球反照)直接引入舱内，而影响舱内仪气闸舱内设置冷凝干燥器，以满足出舱活动前器设备的温度。透过舱门的热量交换示意图如图2后航天员工作和生活温湿度控制要求；设置服装换所示。热器，以满足航天员着航天服后没有出舱期间的热Ⅲ量排散要求；设置冷板，以满足舱内热耗较大(约120W)设备1(如图3)的散热要求。冷凝干燥器、服装换热器和冷板收集的热量均经气闸舱流体回路，通过热控辐射器排散。气闸舱内设置

5、主动电加热器，加快出舱活动后气闸舱内温度恢复，以满足航天员温度控制要求。Ⅳ(2)舱外载荷设备热控措施气闸舱复压气瓶为舱外设备，采取主、被动热控措施。为减少其对气闸舱本体的热影响，采取与舱体隔热安装，并对其表面全部包覆多层隔热材料，使用电加热器对其进行主动控温。与气瓶热控类似，舱外其余设备也分别采取主、被动热控措施。2．2热分析模型根据气闸舱及舱内设备布局，建立气闸舱简化有限元热物理模型，如图3所示，模型简化如下：图2气闸舱出舱舱门热交换示意图(1)气闸舱简化为一个封闭体，出舱舱门简化气闸舱热控设计在我国尚属首次，可借鉴的经为与实际舱

6、门等辐射面积、等质量的圆盘，设备在舱验较少。由气闸舱泄复压热力过程所带来自身热环内的布局兼顾代表性和极端情况。舱内建立两个设境的变化和舱门打开引起密封舱热传输途径的变备模型：设备1正对舱门，面临的空间环境最恶劣；化，给气闸舱热控设计带来较大的难度。同时，在地设备2靠近Ⅱ象限舱壁内侧，处于实际气闸舱内大面进行舱门打开条件下的热试验验证，一方面试验部分设备所处的位置。其余舱内设备热耗按恒定热难度很大，另一方面试验周期长、成本高。为此，采用流平均加在舱体上。舱外设备按绝热处理，假设对舱热分析建模方法对其在轨温度进行预示是必不可缺体没有热影

7、响。少的技术途径之一。本文通过对出舱活动期间气闸(2)气闸舱本体质量热容大，且内外表面采取舱内设备温度建模分析与计算，并对比飞行试验数了泡沫和多层的隔热设计，泄压过程对其温度影响据，验证了热分析的正确性。小；同时，气闸舱泄压地面试验表明气闸舱壁温度降2热分析计算2．1气闸舱热控设计设备1针对气闸舱热特点，气闸舱热控设计分为舱本出舱舱门体热控措施和舱外载荷设备热控措施两个方面l2．1：设备2(1)舱本体热控措施舱门口气闸舱本体外表面包扎多层隔热材料，舱本体内表面粘贴泡沫塑料，减少舱体漏热；舱内仪器安装板的正反两面非仪器安装处喷涂高发射

8、率的黑漆，其发射率达到0．85以上；舱内电子仪器设备表面进行黑色阳极氧化处理，以有利于舱内仪器设备温度水平的平衡。图3气闸舱简化热物理模型16载人航天第18卷低在0．5℃以内。因此，气闸舱内壁设定为定温边界设备功耗都不大。考虑到极端隋