水下训练服中性浮力姿态的一种量化测试方法

出舱活动模拟失重试验和训练中,复杂作业时需要水下训练服的姿态在直立位、水平位之间调整,由于缺乏对服装中性浮力姿态的定量描述,通常情况下配平难以达到模拟在轨失重状态时姿态大范围变化要求。分析了水下训练服的姿态及其受力关系,总结了水下训练服中性浮力姿态描述的定量指标,提出了一种姿态测试方法,设计并研制了一套姿态测试系统,并对水下训练服进行实际测试。结果表明:该指标可有效描述水下训练服的中性浮力配平姿态,提高配平效果。该指标也适用于其他水下中性浮力设备。

基于ADAMS的水下人体模型仿真

将着服装人体简化为11刚体模型,参考Morison公式引入水动阻力,基于多体动力学软件ADAMS建立了航天员水下动力学模型。进行了试验并根据试验记录对模型进行了修正。通过模型仿真与试验录像处理得到的运动学数据进行比较来验证模型的有效性。在水下环境和空间环境的的仿真数据基础上,讨论了配重,水动阻力和浮漂反馈对肩关节和膝关节力矩的影响。

中性浮力和失重环境人体运动仿真比较研究

为了模拟失重状态,航天技术发达的国家都建立了用于航天员出舱活动训练的中性浮力水槽。但与太空失重环境相比,水中存在的水动阻力会导致两种环境下人体运动反馈的差异性。基于ADAMS多体动力学仿真软件,按照"飞天"舱外航天服的质量分布,建立了着舱外服人体动力学模型。利用此模型仿真比较了水下和失重环境中肘关节屈伸、肩内收外展、肩矢状面内运动时人体躯干的动力学反馈,发现水下环境中模型躯干的转动速度峰值和平均值均较大。研究结果已应用于神舟七号载人飞行任务出舱活动航天员训练,建立的航天员人体动力学模型可应用于我国未来空间站任务出舱活动仿真分析。

气动壳体结构中性浮力模拟失重动力学分析研究

目的为中性浮力模拟失重试验提供理论支持。方法将气动壳体结构看作质量恒定、体积可变的刚体结构,研究建立了气动球壳的刚体动力学数学模型和气动力学数学模型,在此基础上,通过计算机仿真研究了气动球壳结构在定质量流量供气条件下的运动规律和余压变化规律等。结果定质量流量供气的气动壳体结构的中性浮力平衡是不稳定的。结论气动壳体结构的中性浮力平衡控制是实现稳定可靠的中性浮力平衡的核心问题。

通道倾斜角度对开口中性面位置影响

为了了解通道在倾斜状态下开口中性面随倾斜角度的变化,该研究采用实验和数值计算方法对倾斜角度为0°、10°、20°和30°的通道两端开口处的流场进行了测量和模拟.基于大涡模拟湍流模型求解浮力驱动N-S方程的数值模拟方法求得的模拟结果和实验值吻合较好,通过对通道两端开口处中性面位置比较发现,随着通道倾斜角度的增大,低端开口的中性面高度逐渐上升,高端开口的中性面高度逐渐下降;倾斜角度为0°时,通道两端开口流场呈对称分布,中性面下部流进通道气体流速较小;倾斜角度超过20°时,低端开口中性面已升到开口的最上端,高端开口处的气流以流出通道为主,中性面高度已降至开口下边缘.该研究为改进通道内排烟、通风效率和空气质量提供了参考和帮助.

美俄出舱活动水下试验与训练设备研究现状及启示

在水下中性浮力状态环境中,利用航天器水下模型进行出舱活动试验和训练是地面最有效的失重模拟手段之一,水下设备研制相比飞行设备有其特殊性。本文介绍了美国和俄罗斯出舱活动相关水下试验与训练设备的发展和现状,通过其主要应用、逼真度分级、应用时机和材料选用等分析,给出了对我国有借鉴意义的研制水下试验与训练设备的启示。

失重模拟技术的发展及其比较研究

失重或称微重力环境是载人航天轨道飞行中的重要环境因素,地面上失重模拟实验是航天前的重要准备工作之一。失重模拟方法及其设备多种多样,要依其目的不同而进行选择。文章对上述问题进行了充分的比较研究,并在此基础上指出了中性浮力水槽和失重飞机是失重模拟设备中最常用和最有效的工具。建议从我国的实际情况出发,适时的加以建造。

美国的中性浮力模拟器及其应用

中性浮力地面模拟试验不仅可以用来训练航天员,对大型空间结构的设计及在轨组装与维修技术研究也具有重要的作用。文章对美国的三台大型中性浮力模拟器的性能、规模和配置及几次典型的大型空间结构的中性浮力模拟试验作了介绍。

基于Flow-3D的水下航天服多角度配平仿真

航天员着水下航天服进行水下出舱活动模拟训练时,需在水下实现多种角度姿态模拟。针对我国新研制的水下航天服,采用Flow-3D软件,研究建立水下航天服多角度姿态的仿真模型,以及水下航天服多角度配平仿真方法。同时使用水下试验数据验证仿真计算结果。研究结果表明,我国新研制的水下航天服可在水下实现多角度模拟。研究建立的仿真方法可用于水下航天服中性浮力多角度姿态配平,研究成果可应用于航天员出舱活动进行水下训练试验,可为航天员出舱活动及模拟训练提供技术支持及保障。

水动阻力随动补偿系统设计与仿真分析

针对中性浮力实验中水动阻力的补偿问题,提出了一种参数自整定模糊PI控制方法,即采用传统的PID控制与模糊控制相结合的新型控制方法。将方法应用于水动阻力补偿系统的控制闭环中,并利用MATLAB软件中的模糊控制工具箱进行了系统的辅助设计与仿真。仿真结果表明,参数自整定模糊Pl控制可改善水动阻力补偿系统的动态性能,该方法是水动阻力实时补偿的有效方法。

开展我国载人航天空间环境地面模拟试验的建议

文章通过分析比较美国和俄罗斯载人航天发展的经验与教训,提出如何开展我国载人航天空间环境地面模拟试验的建议,从而保证我国载人航天飞行的成功。

航天器中性浮力实验体外形设计与仿真

文章对中性浮力地面实验系统中实验体的外形进行了设计。首先利用Fluent软件求解计算出几种可供选择的实验体外形在各种工况下的水动力系数,同时通过力矩系数给出几种外形的静稳定性;然后在对水阻力系数和静稳定性进行分析和对比的基础上,选择了正方体作为实验体的外形;最后对正方体实验体进行动力学建模及仿真分析,结果表明此外形实验体的水阻力可以被克服。由此说明从阻力能够被克服和具有良好的静稳定性的角度考虑,此外形可以作为较好的实验体外形选择。研究结果可为相关方面的进一步研究和设计提供依据。

空间飞行器中性浮力实验体结构设计

中性浮力地面实验系统的实验体设计问题是有效实现空间飞行器研制阶段地面演示验证实验的关键技术之一。根据实验系统的任务需求,对实验体结构系统进行了设计。首先根据阿基米德原理对浮心和重心相对位置进行设计;然后通过对质量特性进行计算,给出了实验体结构的最终设计方案;并进行了物理仿真实验,实验结果证明了设计方案的合理性和可行性。

中性浮力微重力环境模拟技术

我国载人试验飞船发射成功后,对载人航天用的大型中性浮力模拟器的需求越来越迫切。文章通过对国外中性浮力模拟试验和设备情况的介绍,归纳出该类设备主要的5类应用,并提出对我国大型中性浮力模拟器设备的总体设想。

Plateau模拟在微重力科学中的应用

Ｐｌａｔｅａｕ模拟使用中性悬浮技术来模拟太空的微重力条件，在微重力科学中的应用包括：研究液桥的平衡和振荡、研究液体封套悬浮区熔晶体生长技术和研究声悬浮技术等三个方面．本文综述这三方面研究的进展，评述这个方法的意义和局限，讨论了进一步有待研究的问题．