一种载人航天器气压控制系统仿真模型

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1、第24卷第3期航天器工程v01．24No．32015年6月SPACEcRAFTENGINEERING51一种载人航天器气压控制系统仿真模型靳健杨晨侯永青(中国空间技术研究院载人航天总体部，北京100094)摘要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

2、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。关键词载人航天器；密封舱；氧分压；总压中图分类号：V476文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．03．009SimulationModelforAirPressureControlSystemofMannedSpacecraftJINJianYANGChenHOUYongqing(InstituteofMannedSpaceSystemEngineering，ChinaAcademyofSpaceTechnology

3、，Beijing100094，China)Abstract：Inordertosupportcrewresides，oxygenpartialpressureandtotalpressureofpressur—izedcabininmannedspacecraftshouldbecontrolledwithinaspecificrangebyusingairpressurecontrolsystem．Inordertoanalyzetheworkingperformanceofairpressurecontrolsystem，asimulationmodelisproposed．T

4、heairpressurecontrolsystemaredefinedbytheequationsdes—cribingkeyparametersandcharacteristics，andamathematicmodelisdeveloped，includingpres—surizedcabin，crew，oxygenmakeupassemble，nitrogenmakeupassemble，leakingthroatoncab—inwallandinterfacerelationbetweenmodules．Bycomparingcalculatingresultsofnor

5、malmodeandleakingmodewithgroundexperimentresultsofmannedspacecraft，theveracityofthemodelisproved．Byusingthismodel，theeffectsofthepressurizedcabinvolumeanddiameteroftheleakingorificeonvaryingtrendofoxygenpartialpressureandtotalpressureareanalyzed．Keywords：mannedspacecraft；pressurizedcabin；oxyge

6、npartialpressure；totalpressure1引言气压控制系统是载人航天器的重要组成部分，其作用是在密封舱内制造出与地面大气类似的人工气压环境，主要包括氧分压和总压的控制，以及在密封舱体因空间碎片击穿等突发事件发生气体泄漏时，在规定时间内维持舱内氧分压和总压水平高于收稿日期：2014—06—26；修回13期：2014—09—08基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：靳健，男，博士，工程师，从事空间站热管理系统设计工作。Email：ji@an0331@126．com。航天器工程24卷某下限值，以支持航天员进行舱体补漏或进行紧急撤离前的各种操作。国外载人航天器均配备了

7、消耗性高压空气瓶／氧气瓶或者氮气瓶／氧气瓶作为气源，通过压力传感器实时监测舱内氧分压和总压‘1。9。，当氧分压或总压水平达到下限时，启动补气组件，气体由高压气瓶经减压阀和供气管路以设定的速率流人密封舱内，直到氧分压或总压达到上限结束。在载人航天器密封舱气压控制方面，文献[103中利用集总参数模型和理想气体模型分析了密封舱内氧分压和总压的控制情况，结果表明密封舱内氧分压和总压处于波动状态，且受航天员代谢水平影响，但是文中并没有分析舱体泄漏应急情况下密封舱内气压的变化情况