载人航天器单相流体回路分析

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1、第21卷第1期航天器工程Vo1．21NO．12012年2月SPACECRAFTENGINEERING77载人航天器单相流体回路分析陈江平黄家荣范含林丰茂龙(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要对载人航天器热控分系统单相流体回路进行了简化，建立了氨工质单相流体回路的软件仿真模型，对仿真模型添加瞬态外热流，施加比例、积分和微分(PID)控制器。仿真结果给出了单相流体回路在典型工况下控温点温度波动、辐射器出口温度波动、温控阀主旁路流量分配的响应情况。据此分析了单相流体回路在典型工况下的动态响应性能、控温性能及低温防冻性能。总结评价了氨

2、工质单相流体回路的低温防冻能力，确定了影响单相流体回路控温性能的因素，可用于指导我国单相流体回路进行优化设计及防冻设计。关键词载人航天器；流体回路；工质冻结；控制器；仿真分析中图分类号：V476．2文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2012．01．014AnalysisofSingle—phaseFluidLoopUsedforMannedSpacecraftCHENJiangpingHUANGJiarongFANHanlinFENGMaolong(BeijingInstituteofSpacecraf

3、tSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Thispaperdevelopesasimplifiedsimulationmodelrepresentingthesingle—phaseamino—niafluidloopusedforthermalcontrolsubsystemofmannedspacecraft，addstransientorbitheatfluxandPIDcontrollertothesimulationmode1．Theperformancesofsetpoin

4、ttemperaturefluc—tuation，radiatoroutlettemperaturefluctuationandflowdistributionareobtained．Thenthere—sultsareusedtoanalyzethefluidloopdynamicperformance，temperaturecontrolperformanceandtheperformanceofanti——freezeofsingle—phaseammoniafluidloopusedformannedspacecraftinpred

5、efinedcases．Finally，thepapersummarizesandevaluatestheperformanceofanti—freezeofsingle—phaseammoniafluidloop，andanalyzesthefactorsthathaveimpactonfluidlooptempera—turecontrolperformance，whichcanguideresearchersandengineerstoconductsystemoptimiza—tionandsystemanti—freezedesi

6、gn．Keywords：mannedspacecraft；fluidloop；workfluidfreezed；controller；simulationandanalysis相流体回路提出了新的要求，即需要系统能够适应1引言内外热载荷的大幅度变化l_2]。而目前针对单相流体回路的分析较少，仅有少量的仿真分析如文献[3]建单相流体回路是载人航天器热控分系统的重要立了真实的流体回路辐射器模型，其他如文献[4]关组成部分，具有稳定性好，控温精度高，适应能力强，于单相流体回路的仿真分析没有建立完整的流体回技术成熟，已广泛应用于载人飞船、航天飞机及

7、“国路辐射器模型，更缺乏研究带有反馈的单相流体回际空间站”[1_。随着载人航天工程的深入开展，对单路系统的动态响应、控温性能。这导致在面对新的收稿日期：2011-0211；修回日期：201i-12—12基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：陈江平(1985一)，男，硕士研究生，研究方向为航天器热控制。Email：chennjp@163．corn。78航天器工程航天任务出现的外热流和内功耗大幅度变化的情况，会带来在方案设计阶段缺乏分析验证单相流体2系统简介回路动态响应和控温效果的手段，对工质的选取也缺乏验证其综合性能的手段，同时也会带来实验

8、过多等目前“神舟”飞船单相流体回路系统中的外回路问题。本文对单相流体回路进行了简化建模，并采用使用的工质全氧三乙胺存在质量偏重和流动阻力偏ThermalDesktop软件建立了仿