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天津大学建造环境团队助力空间站环控生保系统通风子系统研制
2021-09-23 16:08
天津大学
作者:

  神舟十二号载人飞船于6月17日从酒泉卫星发射中心发射升空,随后与天和核心舱对接形成组合体,3名航天员进驻核心舱,进行了为期3个月的驻留,开展了一系列空间科学实验和技术试验。神舟十二号载人飞行任务的圆满成功,为后续空间站建造运营奠定了更加坚实的基础。

  三名航天员在为期3个月的驻留过程中,天津大学刘俊杰教授带领建造环境团队设计的环控生保系统通风子系统,为航天员提供健康、舒适的工作和生活环境,是航天员在轨驻留的重要保障。

  建造环境团队自2014年承接研制任务后,在多轮迭代仿真的基础上,研究确定了天和舱的流场布局方式,并对多种工况进行了计算,包括温度场和浓度场。同时确定了睡眠区和卫生区的流场,并且对风口进行了结构设计,确定了地面调平试验风管布局,在中国航天员科研训练中心搭建了通风子系统第一个试验现场并开展试验研究。随后在航天五院结构热控舱内进行空气流场测试,并根据测试结果对最终形式的天和舱进行流场仿真结果进行修正,有力的支撑了通风子系统的研制工作。

通风试验系统图

  空间站舱内空间狭小,仪器设备等障碍物繁多,给风管布置和调节预留的空间有限。因此,需要设计便于航天员根据舒适性和安全的需要,可灵活调节的送风口;同时,又能满足正常工况和事故工况下的通风问题。对管道的流动阻力、管道和风口的二次噪声都提出了很高的要求。为了提高航天员在三舱二区(天和舱、问天舱、巡天舱、睡眠区和卫生区)内的舒适性和安全性,本团队通过CFD辅助设计开发了一种三维可调送风口,该送风口具有低阻力、低噪声并可手动调节送风方向,改变送风量的大小,从而满足舱天员的热舒适需求和对通风的要求。

风口试验测试图

  为验证环控生保系统制冷设备和通风系统的性能,需要进行长期的地面试验。为了降低航天员的工作强度,团队设计开发了人体产热产湿模拟装置,用于地面试验时模拟航天员在睡眠、静息、轻度和中度活动等不同状态下的产热、产湿情况,极大地降低了航天员的工作强度,顺利完成了各项测试任务。

人体产热产湿模拟装置图

  建于2009年的天津大学建造环境研究室隶属于环境科学与工程学院建筑设备与工程系、天津市室内空气环境质量控制重点实验室。建造环境团队包括:教授4人;副教授3人、另有客座和兼职教授5人, 30余名研究生助理。

  该研究室科研方向涉及人机与环境工程、建筑环境控制、设计与优化、室内空气净化技术、绿色建筑与智慧能源利用技术等方面, 是一支朝气蓬勃、团结向上的科研团队,旨在为人们提供健康、安全、舒适、节能的建造环境。

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