[發明專利]航天器帶壓艙體在軌泄壓過程艙內氣壓變化仿真分析方法

無效

• 申請號: 201210358491.8
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN103678849A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 孫威;朱華光
• 申請（專利權）人: 北京空間技術研制試驗中心
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于載人航天器姿態干擾計算領域，具體涉及一種航天器帶壓艙體在軌泄壓過程艙內氣壓變化仿真分析方法。

背景技術

在載人航天任務中，為了保證航天員在太空環境下生存，要求載人航天器中設計密閉空間并充填與地面大氣成分和壓力相同的氣體。在某些特殊的時刻，需要將載人航天器密閉空間中的氣體通過專門的排氣泄壓組件排放至真空中，稱為艙體泄壓。以我國載人航天任務為例：當航天員需要執行出艙任務時，需先進行軌道艙泄壓工作，待艙內壓力下降至一定數值下才能打開艙門執行任務；在載人飛船完成空間任務返回地面前，需要先進行軌道艙泄壓，將軌道艙壓力降至一定數值以下，為軌道艙返回艙的分離做準備；當載人飛船和目標飛行器所形成的組合體分離前，需要對組合體對接通道進行泄壓，為兩飛行器的分離做準備。航天器在軌泄壓過程中，因氣體反推力和羽流沖擊效應會為艙體帶來額外干擾力，影響航天器姿態。準確預測艙體泄壓過程所產生的干擾力及干擾力矩的大小對于航天器姿態控制方案設計有著重要意義。準確獲知艙體內部的壓力變化過程是準確預測干擾力變化情況的前提。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種航天器帶壓艙體在軌泄壓過程艙體內部壓力變化仿真分析方法。

為解決上述技術問題，本發明建立如圖1所示的帶壓艙體在軌泄壓的集中參數物理模型，進行仿真計算條件假設，進行仿真計算，具體步驟如下：

1.建立帶壓艙體在軌泄壓的集中參數物理模型，包括艙體1、泄壓通道2和外界真空環境3三個部分；

2.采用仿真計算的假設條件如下：

(1)艙體內部的氣體物性參數包括壓力P、溫度T和密度ρ一致；

(2)艙體在軌泄壓過程中，泄壓通道截流面積處的流動狀態為臨界流動狀態；

(3)泄壓通道截流面積處的氣體速度等于當地音速；

(4)經過截流面積的實際氣體流率與采用等熵流動模型計算得到的理論流率值之間相差一個損失系數，該損失系數僅與泄壓通道的結構形式有關，通過地面試驗測試得到；

(5)在軌泄壓過程為絕熱過程。

3.按照步驟1建立的集中參數物理模型和步驟2的假設條件，航天器帶壓艙體在軌泄壓過程中艙體內部壓力變化仿真計算方法如下：

(1)初始狀態下艙內氣體物性參數已知，泄壓通道截流面積處氣體流動狀態為臨界流動狀態，計算得到截流面積處的氣體流動速度和密度；

(2)泄壓通道截流面積及流率損失系數已知，計算得到該時刻氣體排放質量流率；

(3)在獲得氣體排放質量流率的基礎上，選取一個足夠小的時間跨度dt，0＜dt＜0.1s，計算得到此時間跨度后艙內剩余氣體質量和密度；

(4)利用氣體絕熱變化過程中密度與溫度關系式及理想狀態氣體方程關系式求得dt時間以后艙內剩余氣體溫度和壓力；

(5)將dt時間以后艙內氣體物性參數作為輸入進行迭代計算，最終得到航天器帶壓艙體在軌泄壓艙內氣體壓力、密度、溫度隨時間變化曲線。

本發明提出的仿真計算方法可有效應用于載人航天器軌道艙在軌泄壓過程或載人飛船與目標飛行器組合體對接通道等密封艙體在軌泄壓過程艙內壓力變化情況預測，為泄壓過程干擾力分析創造條件，從而減小在軌泄壓過程所帶來的風險。

附圖說明

圖1帶壓艙體在軌泄壓示意圖。

具體實施方式

對于帶壓艙體在軌泄壓過程艙內氣體物性參數的仿真計算的具體實施可分為如下五個步驟：

步驟1，泄壓通道截流面積處的氣體流動速度和密度計算：

ρ*=ρt(2k+1)1k-1]]>