神舟载人飞船流体回路动态仿真研究

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1、第２０卷第３期载人航天Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．３２０１４年５月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＭａｙ２０１４神舟载人飞船流体回路动态仿真研究付杨，范宇峰，于新刚，曹剑峰（北京空间飞行器总体设计部空间热控技术北京市重点实验室，北京１０００９４）摘要：以神舟载人飞船流体回路为物理模型，分析了各个部件的工作原理、流动和传热特性，建立起辐射器、泵、阀门、补偿器、冷板和换热器的部件模型。在此基础上建立了流体回路模型，并引入实际控制策略。模型的仿真数据与航天器热平衡试验数据进行对比，结果表明，模型对流体回路各点的温

2、度、压力、系统的流量分配和液体体积变化的补偿都能较好的进行动态模拟，并能够模拟系统控制策略的动态执行情况，可用于流体回路系统控制算法和策略的优化分析。关键词：航天器；流体回路；仿真；热控＋中图分类号：Ｖ４２３．４２；Ｖ４１６文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１４）０３-０２２８-０５StudyonDynamicSimulationofLiquidLoopinShenzhouMannedSpacecraftＦＵＹａｎｇ，ＦＡＮＹｕｆｅｎｇ，ＹＵＸｉｎｇａｎｇ，ＣＡＯＪｉａｎｆｅｎｇ（Ｂｅ

3、ｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｐａｃｅＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｌｉｑｕｉｄｌｏｏｐｉｎＳｈｅｎｚｈｏｕｍａｎｎｅｄｓｐａｃｅｃｒａｆｔ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏ-ｎｅｎｔｓｗｅｒｅｓｅｔｕｐｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｒａｄｉａｔｏｒ，ｔｈｅｐｕｍｐ，ｔｈｅｖａｌｖ

4、ｅ，ｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ，ｔｈｅｃｏｏｌｐｌａｔｅａｎｄｔｈｅｈｅａｔ-ｅｘｃｈａｎｇｅｒｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅｆｌｏｗａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｅａｃｈｃｏｍ-ｐｏｎｅｎｔｓ．Ｂａｓｅｏｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｗｏｒｋｓａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｌｏｏｐｗａｓｓｅｔｕｐ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ

5、ｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｃａｎｗｅｌｌｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃ-ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｆｌｏｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｖｏｌｕｍｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｓｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ．Keywords：ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ；ｌｉｑｕｉｄｌｏｏｐ；ｓｉｍｕｌａｔ

6、ｉｏｎ；ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｔｒｏｌ化影响系统运行状态等。这就需要流体回路系统１引言具有较好的控制稳定性，对系统的控制策略和算流体回路系统在现今的大型航天器上得到了法有较高的要求。［２］广泛的应用，例如国际空间站，我国的神舟飞船和国内，张立等对单相流体回路的热性能和［１］天宫一号飞行器。整个流体回路是一个复杂流动性能等进行了研究，并在ＳＩＮＤＡ／ＦＬＵＩＮＴ下［３］的系统，包括散热、流动、补偿等多种功能。在实建立了仿真模型。付仕明等使用ＳＩＮＤＡ／际飞行过程中，整个系统会受到多方面的影响，比ＦＬＵＩ

7、ＮＴ模型对大型航天器的回路系统进行建模。［４］如飞行姿态的变化造成外热流的变化，并对辐射徐向华等对流体回路进行了建模，并分析了系［５］器的散热能力造成影响；大功耗设备的开关会使统重量与设计流量的关系。赵亮等对航天器系统散热能力突然增加或减小；温度控制点的变的流体回路系统进行数学建模，并比较了多种控收稿日期：２０１４-０２-１８；修回日期：２０１４-０４-２１作者简介：付杨（１９８２-），男，硕士，工程师，研究方向为载人航天器热控制。Ｅ-ｍａｉｌ：ｆｙｓｋｙｃｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ第３期付杨，等．神舟载

8、人飞船流体回路动态仿真研究２２９制方法的控制性能。上述建模中主要对系统部件进行数学理论建模，并主要用于系统的稳态分析，由于数学模型与实际有差异，较难应用于动态分析，国内的动态建模仿真数据与实际数据的比较还未见报道。图2辐射器单元传热过程示意图对于实际控制算法和策略的优化，较为精Fig．2Theschematicdiagramoftheheat确、和实际部件吻合较好的仿真模型显得尤为transferintheradiatorunit重要。本文以我国神舟飞船流体回路系统为