基于Modelica的載人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)建模仿真

劉偉，丁建完，趙建軍，陳立平

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基于Modelica的載人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)建模仿真

劉偉，丁建完，趙建軍，陳立平

（華中科技大學(xué)機(jī)械與工程學(xué)院，武漢 430074）

為了給載人航天器乘員營(yíng)造一個(gè)良好的生活工作環(huán)境，需要將眾多空氣環(huán)境參數(shù)控制在指標(biāo)范圍內(nèi)。文章結(jié)合載人航天器專業(yè)知識(shí)，基于Modelica統(tǒng)一建模語(yǔ)言建立了一種載人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)仿真分析模型；利用該模型仿真分析了溫濕度控制風(fēng)機(jī)取不同轉(zhuǎn)速時(shí)，載人航天器空氣環(huán)境參數(shù)隨乘員代謝水平的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明：在其他參數(shù)不變的情況下，溫濕度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越大，空氣溫度越低，相對(duì)濕度越高；乘員代謝水平變化對(duì)空氣環(huán)境參數(shù)有顯著影響，通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)可將各空氣參數(shù)有效控制在指標(biāo)范圍內(nèi)。艙體溫度與氧分壓、二氧化碳分壓、艙體相對(duì)濕度有密切關(guān)系且相互影響，不可單獨(dú)分析。

載人航天器; Modelica語(yǔ)言; 環(huán)熱控系統(tǒng); 建模仿真

0 引言

載人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)是載人航天器極其重要的組成部分[1-3]。目前針對(duì)載人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)的仿真主要存在以下問(wèn)題[4]：

1）一些仿真軟件采用信號(hào)框圖進(jìn)行圖形建模，不能體現(xiàn)實(shí)際組件的連接關(guān)系；

2）設(shè)計(jì)初期關(guān)心的是系統(tǒng)層面指標(biāo)，而傳統(tǒng)的CFD軟件擅長(zhǎng)從流場(chǎng)進(jìn)行分析，不便于從系統(tǒng)層面進(jìn)行仿真分析驗(yàn)證；

3）多是針對(duì)環(huán)熱控系統(tǒng)的一部分進(jìn)行建模仿真，尚未見(jiàn)到針對(duì)完整環(huán)熱控系統(tǒng)建模仿真的公開(kāi)報(bào)道。

Modelica語(yǔ)言是一種面向?qū)ο蟮姆且蚬P(guān)系的仿真建模語(yǔ)言，其數(shù)據(jù)流的傳遞方向是雙向的；添加了模塊的重用功能，模塊的通用性更強(qiáng)；是基于方程的建模語(yǔ)言，采用自底向上的建模方式，先建立組件模型，再建立系統(tǒng)模型，適合進(jìn)行多領(lǐng)域系統(tǒng)統(tǒng)一建模[5-6]。

本文采用Modelica語(yǔ)言對(duì)載人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模分析。首先建立載人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)的組件模型；然后利用組件模型按照物理拓?fù)浯罱送暾妮d人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)仿真分析模型；對(duì)某型號(hào)載人航天器溫濕度控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與空氣環(huán)境參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行仿真分析，獲取了風(fēng)機(jī)的合理轉(zhuǎn)速范圍，并分析了載人航天器空氣環(huán)境參數(shù)隨乘員代謝水平的變化趨勢(shì)以及關(guān)鍵環(huán)境指標(biāo)之間的關(guān)系。

1 環(huán)熱控系統(tǒng)

1.1 環(huán)熱控系統(tǒng)的組成

環(huán)熱控系統(tǒng)主要由供氣調(diào)壓子系統(tǒng)、空氣成分控制子系統(tǒng)、溫濕度控制子系統(tǒng)、低溫內(nèi)回路控制子系統(tǒng)、中溫內(nèi)回路控制子系統(tǒng)以及外回路控制子系統(tǒng)組成，如圖1所示。

1）供氣調(diào)壓子系統(tǒng)。密封艙通過(guò)氧氣/氮?dú)夤饨M件進(jìn)行補(bǔ)氣，當(dāng)氧分壓或總壓達(dá)到下限時(shí)，閥門開(kāi)啟，補(bǔ)氣過(guò)程啟動(dòng)；當(dāng)氧分壓或總壓達(dá)到上限時(shí)，閥門關(guān)閉，補(bǔ)氣過(guò)程終止。密封艙給乘員提供氧氣和工作生活的空間，乘員新陳代謝產(chǎn)生的二氧化碳和水返回到密封艙中，并且伴隨著熱量的交換[7]。

2）空氣成分控制子系統(tǒng)?？諝饨?jīng)過(guò)管道流入二氧化碳凈化風(fēng)機(jī)中，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣進(jìn)入二氧化碳凈化器，將二氧化碳分壓控制在指標(biāo)范圍內(nèi)，并將凈化后的空氣返回到密封艙中。凈化器替換裝置接收密封艙傳來(lái)的二氧化碳分壓測(cè)量信號(hào)，當(dāng)二氧化碳分壓達(dá)到指標(biāo)上限時(shí)發(fā)出信號(hào)，更換新的二氧化碳凈化器[8-9]。

3）溫濕度控制子系統(tǒng)。空氣通過(guò)溫濕度控制風(fēng)機(jī)進(jìn)入冷凝干燥器，經(jīng)過(guò)冷凝干燥器控溫的干空氣流回到密封艙，濕空氣進(jìn)入水氣分離裝置，經(jīng)過(guò)除濕的空氣返回到密封艙，分離出的水儲(chǔ)存到水箱中[10-11]。

4）低溫內(nèi)回路控制子系統(tǒng)。配備低溫內(nèi)回路泵、換熱器和溫控閥，通過(guò)在低溫中間換熱器外回路側(cè)設(shè)置旁路和溫控閥，調(diào)節(jié)低溫內(nèi)回路工質(zhì)流入換熱器和旁路的流量，實(shí)現(xiàn)低溫內(nèi)回路控溫點(diǎn)溫度水平的維持或調(diào)節(jié)。

5）中溫內(nèi)回路控制子系統(tǒng)。配備中溫內(nèi)回路泵、換熱器和溫控閥，通過(guò)在中溫中間換熱器外回路側(cè)設(shè)置旁路和溫控閥，調(diào)節(jié)流入換熱器的外回路工質(zhì)流量，實(shí)現(xiàn)中溫內(nèi)回路控溫點(diǎn)溫度水平的維持或調(diào)節(jié)。

6）外回路控制子系統(tǒng)。艙段中溫內(nèi)回路和低溫內(nèi)回路收集的熱量分別通過(guò)中溫中間換熱器和低溫中間換熱器傳遞給外回路。外回路收集艙內(nèi)熱負(fù)荷及艙外設(shè)備工作產(chǎn)熱后，通過(guò)輻射器受控向外空間排散。

1.2 環(huán)熱控系統(tǒng)指標(biāo)要求

依據(jù)環(huán)熱控系統(tǒng)的功能，選擇空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、氧分壓、二氧化碳分壓和內(nèi)回路控溫點(diǎn)溫度作為系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。表1為參考國(guó)際空間站環(huán)熱控系統(tǒng)指標(biāo)要求[12]，所列指標(biāo)均為艙內(nèi)平均值。本文將環(huán)熱控系統(tǒng)及設(shè)備按照集中參數(shù)考慮。

表1 環(huán)熱控系統(tǒng)指標(biāo)要求

1.3 溫濕度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與流量的關(guān)系

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到溫濕度控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與風(fēng)機(jī)入口質(zhì)量流量的關(guān)系如表2所示，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，流量也不斷增大。

表2 溫濕度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)機(jī)入口質(zhì)量流量的關(guān)系

1.4 乘員代謝水平

乘員在軌駐留期間，代謝水平會(huì)隨著不同的活動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，本文考慮了睡眠、靜息、輕度活動(dòng)和中度活動(dòng)4種情況下乘員的代謝水平。不同活動(dòng)狀態(tài)下單個(gè)乘員代謝情況如圖2所示。

1.5 乘員作息時(shí)間

設(shè)定載人航天器密封艙內(nèi)乘員人數(shù)為3人，且總是處于相同的代謝水平，每日作息依次為：睡眠7h，靜息4h，中度活動(dòng)2h，輕度活動(dòng)11h。

2 仿真模型

本文采用數(shù)學(xué)分析軟件MWorks作為載人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)建模仿真的基礎(chǔ)平臺(tái)，該平臺(tái)具有圖形化建模和仿真分析的功能[12-13]?；诙囝I(lǐng)域統(tǒng)一建模語(yǔ)言Modelica建立載人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)的關(guān)鍵組件模型。限于篇幅原因，組件未全部列出。

2.1 密封艙組件

密封艙體是乘員在軌駐留的場(chǎng)所，密封艙內(nèi)安裝有各個(gè)系統(tǒng)的平臺(tái)設(shè)備和載荷設(shè)備，艙內(nèi)要?jiǎng)?chuàng)造出與地面類似的人工大氣環(huán)境，包括艙壓、空氣成分、溫濕度水平等，同時(shí)也要通過(guò)主被動(dòng)方式收集、傳遞、排散密封艙內(nèi)設(shè)備的工作產(chǎn)熱，將設(shè)備的工作溫度維持在要求范圍內(nèi)。

1）質(zhì)量守恒方程為

dm/d=inin,j–outout,j+lf,j。 (1)

式中：m是密封艙空氣中第種成分的質(zhì)量；in和out分別是單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入和流出密封艙的空氣質(zhì)量；in,j和out,j分別是進(jìn)入和流出密封艙的空氣中第種成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；lf,j是乘員新陳代謝產(chǎn)生的第種空氣成分的質(zhì)量。

2）傳遞給艙壁的能量方程為

dwall/d=wall。 (2)

式中：wall是艙壁的內(nèi)能；wall是傳遞給艙壁的總熱量。

3）傳遞給艙內(nèi)空氣的能量方程為

dair/d=inin–outout+air。 (3)

式中：air是密封艙空氣的內(nèi)能；in和out分別是進(jìn)入和流出密封艙空氣的比焓；air是空氣增加的總熱量。

4）艙內(nèi)空氣傳遞給艙壁的熱流量為

air,wall=convwall(air–wall)。 (4)

式中：conv是艙內(nèi)空氣和艙壁的熱交換系數(shù)；wall是艙壁的面積；air是艙內(nèi)空氣的平均溫度；wall是艙壁的平均溫度。

2.2 乘員組件

乘員在軌駐留期間，會(huì)消耗氧氣，同時(shí)排出二氧化碳、水蒸氣及代謝產(chǎn)熱。這些物質(zhì)和熱量會(huì)排入密封艙內(nèi)的空氣中，并最終由密封艙內(nèi)的空氣成分控制子系統(tǒng)、溫濕度控制子系統(tǒng)進(jìn)行處理，將密封艙內(nèi)空氣成分和溫度水平維持在指標(biāo)范圍內(nèi)。

1）新陳代謝活動(dòng)方程為：

=(act–bas)； (5)

=act+shiv。 (6)

式中：是每個(gè)乘員的機(jī)械力；是機(jī)械效率；act是乘員新陳代謝活動(dòng)量；bas是乘員基礎(chǔ)代謝活動(dòng)量；是乘員總代謝活動(dòng)量；shiv是肌肉顫抖產(chǎn)生的熱量。

2）呼吸方程為：

O2=/[6000×247.35×(0.23RQ+0.77)]； (7)

CO2=RQ×O2×(MWCO2/MWO2)。 (8)

式中：O2和CO2分別是消耗的氧氣和產(chǎn)生的二氧化碳的質(zhì)量；RQ是呼吸系數(shù)；MWCO2和MWO2分別是二氧化碳和氧氣的摩爾質(zhì)量。

2.3 離心風(fēng)機(jī)組件

根據(jù)動(dòng)能變換為勢(shì)能的原理，氣體經(jīng)過(guò)離心風(fēng)機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪時(shí)，先加速再減速，最后改變流動(dòng)方向，將動(dòng)能變換為勢(shì)能。

能量方程為

dout/d=[in(in–out)+]/(dryC,dry)。 (9)

式中：out是風(fēng)機(jī)輸出工質(zhì)的溫度；in和out分別是風(fēng)機(jī)入口和出口的工質(zhì)的焓值；是風(fēng)機(jī)傳遞給流體的功率；dry是風(fēng)機(jī)固體壁的質(zhì)量；Cdry是風(fēng)機(jī)固體壁的比熱容。

液壓效率方程為

=TDH·/。 (10)

式中：是風(fēng)機(jī)的液壓效率；是液體密度；是重力加速度；TDH是風(fēng)機(jī)的總動(dòng)壓頭；是工質(zhì)體積流量；是風(fēng)機(jī)的制動(dòng)功率。

2.4 換熱器組件

換熱器為緊湊型板翅式液/液換熱器，其基本單元是將波形翅片夾在兩層隔板之間，兩側(cè)用封條密封。換熱器由很多小的單元組合而成，相鄰的單元通過(guò)平板將熱量傳遞出去，用于將低溫內(nèi)回路收集的熱量傳遞給外回路，實(shí)現(xiàn)低溫內(nèi)回路熱量的排散和控溫點(diǎn)溫度的控制[15]。

1）能量方程為：

dhot,out/d=[hot,in(hot,in–hot,out)–ex]/

(hot,inhotC,hot+dry,hotC,dry)； (11)

dcold,out/d=[cold,in(cold,in–cold,out)+ex]/

(cold,incoldC,cold+dry,coldC,dry)。 (12)

式中：hot,out是換熱器熱端輸出工質(zhì)的溫度；hot,in是換熱器熱端輸入口工質(zhì)的質(zhì)量流量；hot,in和hot,out分別是換熱器熱端輸入口和輸出口的工質(zhì)的焓值；ex是冷/熱流體交換的熱流量；hot,in是熱端工質(zhì)密度；hot是熱端流體體積；C,hot是熱端流體的比熱容；dry,hot是換熱器固體壁的質(zhì)量；C,dry是換熱器固體壁的比熱容。冷端參數(shù)含義類似，下標(biāo)為“cold”。

2）換熱器的冷端熱容cold和熱端熱容hot分別為：

cold=hot,inC,cold； (13)

hot=hot,inC,hot。 (14)

2.5 輻射器組件

輻射器用于受控排散外回路傳遞的熱量，維持外回路控溫點(diǎn)溫度。輻射器為管肋式結(jié)構(gòu)，外回路工質(zhì)通過(guò)外回路溫控閥流入輻射器管路。工質(zhì)的熱量傳遞給管壁，再傳遞給輻射器面板，最終通過(guò)輻射器面板以輻射的形式向外空間排散[16]。

輻射器極限散熱量為

max=(4w,0–S4)。 (15)

式中：是輻射器發(fā)射率；是斯忒藩–玻耳茲曼常量；是輻射器翅片長(zhǎng)度；是輻射器翅片寬度；w,0是輻射器管路入口處的肋根溫度；S是等效熱沉溫度。

熱沉溫度的計(jì)算公式為

S4=S(1+2)+3。 (16)

式中：1是太陽(yáng)輻射熱流密度；2是地球反照太陽(yáng)輻射熱流密度；3是地球紅外輻射熱流密度。

2.6 系統(tǒng)模型

基于上述組件模型，按照環(huán)熱控系統(tǒng)物理拓?fù)洌捎猛戏攀浇?，在MWorks中搭建的環(huán)熱控系統(tǒng)模型如圖3所示。

3 仿真結(jié)果與分析

利用建立的載人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析，假定乘員按照1.5節(jié)的作息時(shí)間處于4種活動(dòng)狀態(tài)，密封艙內(nèi)設(shè)備產(chǎn)熱為1000W，低溫內(nèi)回路流量為0.16kg/s，中溫內(nèi)回路流量為0.2kg/s；外回路流量為0.18kg/s。環(huán)熱控系統(tǒng)模型各組件的參數(shù)設(shè)置如表3所示。

表3 模型參數(shù)設(shè)置

仿真分析了1天時(shí)間內(nèi)在溫濕度控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為10、32.5、55、77.5、100rad/s的情況下，密封艙內(nèi)空氣環(huán)境各個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的變化，結(jié)果如圖4～圖7所示。

由圖4可知，隨著乘員代謝水平的變化，空氣溫度也隨之發(fā)生變化。當(dāng)乘員睡眠和靜息時(shí)，在前4h左右，溫度上升較快；在第4h到第11h之間，空氣溫度上升緩慢，基本維持在23.3℃左右；第11h時(shí)，乘員轉(zhuǎn)為中度活動(dòng)，空氣溫度快速上升；第13h時(shí)，乘員轉(zhuǎn)到輕度活動(dòng)狀態(tài)，空氣溫度快速下降；第21.5h時(shí)，氧分壓達(dá)到下限，密封艙啟動(dòng)補(bǔ)氧，空氣溫度上升；第22h時(shí)，氧分壓達(dá)到上限，密封艙停止補(bǔ)氧，空氣溫度下降。

當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于55rad/s或者小于10rad/s時(shí)，空氣溫度有部分時(shí)間不在指標(biāo)范圍內(nèi)；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為32.5rad/s時(shí)，空氣溫度始終處在指標(biāo)要求范圍內(nèi)。因此，溫濕度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速至少要在10～55rad/s內(nèi)，最好在32.5rad/s附近取值。

由圖5可知，當(dāng)乘員在第11h由靜息轉(zhuǎn)為中度活動(dòng)時(shí)，雖然乘員新陳代謝產(chǎn)濕量增加，但由于空氣溫度上升比較明顯，使得空氣相對(duì)濕度反而下降；第13h時(shí)，當(dāng)乘員由中度活動(dòng)轉(zhuǎn)到輕度活動(dòng)狀態(tài)，由于空氣溫度顯著下降，雖然乘員代謝產(chǎn)濕量下降，但空氣相對(duì)濕度顯著上升；第21.5h時(shí)，氧分壓達(dá)到下限，密封艙啟動(dòng)補(bǔ)氧，空氣溫度又開(kāi)始上升，空氣相對(duì)濕度下降；第22h時(shí)，氧分壓達(dá)到上限，密封艙停止補(bǔ)氧，空氣溫度又開(kāi)始下降，空氣相對(duì)濕度上升。

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為10rad/s時(shí)，雖然乘員不斷產(chǎn)濕，但是溫度快速升高，導(dǎo)致空氣相對(duì)濕度下降；3h左右時(shí)，空氣溫度趨于穩(wěn)定，隨著乘員不斷產(chǎn)濕，空氣相對(duì)濕度上升，有部分時(shí)間不在指標(biāo)要求范圍內(nèi)；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在32.5～100rad/s范圍內(nèi)時(shí)，空氣相對(duì)濕度始終處在指標(biāo)要求范圍內(nèi)。

由圖6可知，對(duì)于溫濕度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為10rad/s的情況，由于空氣溫度顯著上升，氧分壓先上升；3h時(shí)，空氣溫度趨于穩(wěn)定，隨著乘員的不斷消耗，氧分壓慢慢下降；21.5h時(shí)，氧分壓達(dá)到下限，密封艙強(qiáng)制補(bǔ)氧，氧分壓快速上升；當(dāng)氧分壓達(dá)到上限停止補(bǔ)氧后，氧分壓緩慢下降。當(dāng)溫濕度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在32.5～100rad/s內(nèi)取值，乘員處于睡眠和靜息時(shí)，氧分壓一直在緩慢下降；當(dāng)氧分壓到達(dá)下限時(shí)，開(kāi)始補(bǔ)氧，氧分壓上升；當(dāng)氧分壓達(dá)到上限，停止補(bǔ)氧后，氧分壓緩慢下降；21.5h時(shí)，密封艙強(qiáng)制補(bǔ)氧，氧分壓快速上升，當(dāng)氧分壓達(dá)到上限，停止補(bǔ)氧后，氧分壓緩慢下降。

綜上所述，溫濕度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在10～100rad/s內(nèi)取值，氧分壓在整個(gè)駐留周期內(nèi)均在指標(biāo)范圍內(nèi)。

由圖7可知，隨著乘員代謝水平的變化，艙內(nèi)空氣的二氧化碳分壓也隨之發(fā)生變化，當(dāng)乘員處于睡眠和靜息時(shí)，二氧化碳分壓逐漸上升至80Pa；當(dāng)?shù)?1h乘員轉(zhuǎn)為中度活動(dòng)時(shí)，產(chǎn)出的二氧化碳增多，造成二氧化碳分壓上升速度變快；第13h時(shí)，乘員轉(zhuǎn)到輕度活動(dòng)狀態(tài)，代謝減弱，產(chǎn)出的二氧化碳變少，使得二氧化碳分壓上升速度變慢；在20h之后，二氧化碳凈化器慢慢失效，二氧化碳分壓達(dá)到上限，更換新的二氧化碳凈化器后，二氧化碳分壓快速下降。

綜上可知，溫濕度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在10～100rad/s內(nèi)取值，二氧化碳分壓在整個(gè)駐留周期內(nèi)均在指標(biāo)范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

本文基于Modelica語(yǔ)言，通過(guò)MWorks平臺(tái)針對(duì)某型號(hào)載人航天器建立了載人航天器環(huán)熱控系統(tǒng)模型，分析了溫濕度控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍和乘員在不同代謝水平下關(guān)鍵空氣環(huán)境參數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，得出以下結(jié)論：

1）在其他參數(shù)不變的情況下，溫濕度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越大，空氣溫度越低，相對(duì)濕度越高；

2）溫濕度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速要在10～55rad/s取值，最好在32.5rad/s附近取值，可保證關(guān)鍵空氣環(huán)境參數(shù)在整個(gè)駐留周期內(nèi)均在指標(biāo)范圍內(nèi)；

3）乘員代謝水平的變化對(duì)載人航天器空氣環(huán)境參數(shù)有顯著影響；

4）空氣溫度的變化會(huì)對(duì)相對(duì)濕度、二氧化碳分壓和氧分壓水平造成影響，因此，環(huán)熱控系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)的控制相互影響，不能獨(dú)立進(jìn)行分析。

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（編輯：張艷艷）

Modeling and simulation of environment and thermal control system of manned spacecraft based on Modelica

LIU Wei, DING Jianwan, ZHAO Jianjun, CHEN Liping

(School of Mechanical Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)

In order to support an adequate residence for the crew, the key air environment parameters of the manned spacecraft should be controlled within an index range with the environmental and thermal control system, which involves a number of design and operational parameters. With the professional knowledge and the modeling language of Modelica combined, a simulation model for the manned spacecraft environmental and thermal control system is developed. With this simulation model, the relation between the air environment parameters and the crew metabolic level is studied from the system level with different speed ranges of the temperature and humidity control fan. According to the results, it is shown that in the case of other parameters kept unchanged, the greater the temperature and humidity control fan’s speed is and the lower the air temperature is, the higher the relative humidity will be; the crew metabolic level could influence the air environment parameters dramatically. The air environment parameters could be maintained within the index range though regulating the control system operational parameters. Furthermore, the air environment parameters could not be analyzed separately due to the non-negligible effects of the air temperature on the oxygen partial pressure, the carbon dioxide partial pressure and the relative humidity.

manned spacecraft; Modelica language; environment and thermal control system; modeling and simulation

V423.7; V476.1

A

1673-1379(2017)02-0143-07

10.3969/j.issn.1673-1379.2017.02.006

2016-06-30；

2017-03-04

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目（編號(hào)：2013AA041301）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：61370182）

劉偉（1990—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)闊崃黧w系統(tǒng)多領(lǐng)域統(tǒng)一建模仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)；E-mail: liuw@tongyuan.cc。指導(dǎo)教師：丁建完（1975—），男，博士學(xué)位，副教授，研究方向?yàn)槎囝I(lǐng)域系統(tǒng)建模與仿真、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析和基于方程的陳述式建模與模型求解方法；E-mail: dingjw@hust.edu.cn。

http://www.bisee.ac.cn

E-mail: htqhjgc@126.com

Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544