载人航天器环热控一体化仿真分析

采用系统建模及仿真方法搭建了一种典型载人航天器环热控一体化系统模型,分析了系统的性能。针对3人7天载人飞行工况开展了仿真分析,结果表明,经过合理设计,该系统可将舱内温湿度、压力、氧分压等参数控制在航天医学指标要求范围内。环热控系统仿真结果较好地预测了系统工作过程,显示了主要参数的变化情况,结果合理,验证了仿真方法、系统仿真模型的正确性。通过控制流体回路外回路旁通阀门开度,可准确控制外回路控温点温度,保证舱内温湿度在合理范围之内。此外,外回路控温点的设定会对环热控系统状态带来影响,通过合理设计外回路控温点,可保证舱内温湿度满足航天医学指标要求。     

高速飞行器机载综合热管理系统设计与优化

先进的高速飞行器面临着气动加热与大功率电子设备发热的双重热负荷,使得机载热沉与能量需求呈指数上升趋势,进而导致发动机性能下降、耗油量增加,严重制约着飞行器的功能和性能提升。机载热管理系统的优化设计,旨在提升系统制冷和供电性能的同时减小发动机性能损失。以Mach数Ma=1~4.4的大热负载高速飞行器为背景,针对三种机载综合热管理系统,开展适应飞行任务的系统优化设计,实现燃油热沉、外涵道引气热沉、冲压空气引气、发动机引气与飞行任务的最优匹配。研究过程采用等效质量方法,将各系统质量、能耗、气源消耗等成本统一等效为燃油代偿损失,并作为目标函数,对多种工况进行优化设计。研究结果表明：在Ma≤2时,采用外涵道空气热沉模式更为合适,但随飞行速度的进一步提高,其制冷循环压比显著上升制冷效率降低,燃油代偿损失急剧上升;基于燃油热沉的综合热管理模式更适用于Ma=2~4.5的飞行任务,其制冷循环功耗和能耗在各飞行工况下性能表现较为稳定,燃油代偿损失仅因飞行速度增大而增大;与发动机引气相比,冲压空气引气更适合Mach数较高的飞行任务规划。因此,对于巡航Ma≤2的飞行器,搭载“外涵道引气热沉+发动机引气”的机载综合热管理系统,发动机性能损失更低;对于巡航Ma=2~4.5的飞行器,搭载“燃油热沉+可切换发动机引气/冲压空气引气”的机载综合热管理系统,发动机性能最优。