一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法及系统技术方案

本发明专利技术的一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法及系统，涉及一种风险评估方法和系统，目的是为了克服现有工程任务中对载人航天器失效的评估方法不够精准以及效率低的问题，方法具体包括步骤如下：步骤一、预测并计算孔径D

【技术实现步骤摘要】
一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种风险评估方法和系统，具体涉及一种在MMOD环境下，载人航天器受到撞击失效的评估方法和系统。

技术介绍

[0002]密封舱环境是载人航天活动中，为航天员提供必要的压力、温湿度以及宇宙射线防护等保障条件，是航天员工作和生活的重要场所。微流星体和空间碎片(Micro
‑
Meteoroid&Orbit debris，MMOD)超高速撞击是大型载人航天器在轨长期飞行过程中面临的主要威胁，甚至可能导致载人航天器系统失效或航天员伤亡的灾难性失效。
[0003]舱内气体泄漏，造成航天员缺氧、失压，是密封舱穿孔后载人航天器失效、航天员伤亡的最主要的失效模式。当前工程任务中以“压力舱击穿”准则进行系统失效风险评估，即认为密封舱结构一旦被MMOD击穿载人航天器即失效，评估方法太过保守，评估结果也不够精准。另外，由于MMOD数量巨大，针对每一个MMOD撞击粒子分别开展穿孔孔径及T
CE
后总压、氧分压计算量大，评估效率低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有工程任务中对载人航天器失效的评估方法不够精准以及效率低的问题，提供了一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法及系统。
[0005]本专利技术提供一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法，具体包括步骤如下：
[0006]步骤一、预测并计算载人航天器的密封舱上空间碎片和微流星体MMOD穿孔的孔径D
>h
；
[0007]步骤二、计算不同MMOD穿孔的孔径D
h
下，密封舱内氧分压和总压的变化规律；并根据临界逃生时间T
CE
以及保证航天员安全的总压P
TE
、氧分压要求，计算密封舱临界穿孔孔径D
hE
；
[0008]步骤三、针对每个撞击碎片进行孔径D
h
的计算，并判断孔径D
h
是否大于等于密封舱临界穿孔孔径D
hE
；
[0009]是则判断在MMOD穿孔的孔径D
h
下，密封舱发生气体泄漏失效；且将失效次数N
F
累加1；N
F
是初始值为0的自然数；
[0010]步骤四、检测是否有N
i
个MMOD穿孔完成步骤一～步骤三的计算；N
i
为与密封舱撞击的MMOD数量；
[0011]是则执行步骤五；否则返回步骤一，更换MMOD进行穿孔计算；
[0012]步骤五、计算载人航天器密封舱气体泄漏失效概率P
F
＝N
F
/N
S
，用以对载人航天器密封舱气体泄漏失效进行评估；
[0013]其中，N
S
为MMOD总数，且N
S
≥N
i
。
[0014]本专利技术还提供一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估系统，包括：
[0015]MMOD穿孔计算模块，用于预测并计算载人航天器的密封舱上空间碎片和微流星体
MMOD穿孔的孔径D
h
，并发送至临界孔径计算模块和失效判断模块；
[0016]临界孔径计算模块，用于计算不同MMOD穿孔的孔径D
h
下，密封舱内氧分压和总压的变化规律；并根据临界逃生时间T
CE
以及保证航天员安全的总压P
TE
、氧分压要求，计算密封舱临界穿孔孔径D
hE
，并发送至失效判断模块；
[0017]失效判断模块，用于判断D
h
是否大于等于D
hE
；
[0018]是则判断在MMOD穿孔的孔径D
h
下，密封舱发生气体泄漏失效；且将失效次数N
F
累加1，并发送至评估概率计算模块；N
F
是初始值为0的自然数；并在判断结束后发送当前MMOD穿孔计算完成指令至循环检测模块；
[0019]循环检测模块，用于检测是否有N
i
个MMOD穿孔完成步骤一～步骤三的计算；N
i
为与密封舱撞击的MMOD数量；
[0020]是则将最终的失效次数N
F
发送至评估概率计算模块；否则更换MMOD穿孔，并发送至MMOD穿孔计算模块；
[0021]评估概率计算模块，用于计算载人航天器密封舱气体泄漏失效概率P
F
＝N
F
/N
S
，用以对载人航天器密封舱气体泄漏失效进行评估；
[0022]其中，N
S
为MMOD总数，且N
S
≥N
i
。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]本文提出一种MMOD环境下大型载人航天器密封舱气体泄漏失效高效评估方法。
[0025]本专利技术的目的在于提供一种MMOD环境下大型载人航天器密封舱穿孔气体泄漏失效风险评估方法，实现对MMOD环境下密封舱穿孔失效风险进行有效、定量评估。通过求解满足航天员应急逃生的临界穿孔直径，将航天员缺氧失效判据从到达临界逃生时间时刻的总压、氧分压是否满足预设条件要求转化为MMOD撞击下穿孔孔径是否小于临界穿孔孔径，实现了在给定密封舱防护结构、舱内体积、初始总压和氧分压、初始温度、补气速率等密封舱参数下航天员缺氧和失压等2类失效的快速评估，解决大型载人航天器长期在轨飞行期间MMOD撞击下密封舱结构穿孔失效风险评估难题，为载人航天器防护结构设计、任务期间风险评估提供支撑。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的MMOD穿孔的孔径的原理示意图；
[0027]图2为本专利技术的MMOD穿孔后密封舱内总压变化曲线图；
[0028]图3为本专利技术的MMOD穿孔后密封舱内氧分压变化曲线图；
[0029]图4为本专利技术的一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法的流程图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0033]具体实施方式一，本实施方式的一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法，具体包括步骤如下：
[0034]步骤一、预测并计算载人航天器的密封舱上空间碎片和微流星体MMOD穿孔的孔径D
h
；
[0035]步骤二、计算不同MM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法，其特征在于，具体包括步骤如下：步骤一、预测并计算载人航天器的密封舱上空间碎片和微流星体MMOD穿孔的孔径D
h
；步骤二、计算不同MMOD穿孔的孔径D
h
下，密封舱内氧分压和总压的变化规律；并根据临界逃生时间T
CE
以及保证航天员安全的总压P
TE
、氧分压要求，计算密封舱临界穿孔孔径D
hE
；步骤三、针对每个撞击碎片进行孔径D
h
的计算，并判断孔径D
h
是否大于等于密封舱临界穿孔孔径D
hE
；是则判断在所述MMOD穿孔的孔径D
h
下，密封舱发生气体泄漏失效；且将失效次数N
F
累加1；N
F
是初始值为0的自然数；步骤四、检测是否有N
i
个MMOD穿孔完成步骤一～步骤三的计算；N
i
为与密封舱撞击的MMOD数量；是则执行步骤五；否则返回步骤一，更换MMOD进行穿孔计算；步骤五、计算载人航天器密封舱气体泄漏失效概率P
F
＝N
F
/N
S
，用以对载人航天器密封舱气体泄漏失效进行评估；其中，N
S
为MMOD总数，且N
S
≥N
i
。2.根据权利要求1所述的一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法，其特征在于，步骤二的具体步骤如下：步骤二一、计算得到密封舱的MMOD穿孔处喷气速度v
l
和泄漏气体质量流量和泄漏气体质量流量和泄漏气体质量流量其中，v
l
、P
l
、ρ
l
分别表示MMOD穿孔处气体流动速度、压力和密度，表示MMOD穿孔处气体质量流量，γ表示绝热膨胀系数；步骤二二、计算得到MMOD穿孔处气体压力P
l
和密度ρ
l
：：步骤二三、将公式(3)和公式(4)代入到公式(2)得到MMOD穿孔处气体质量流量为：其中，P
i
和ρ
i
分别表示密封舱泄漏过程中第i时刻密封舱内气体压力和密度；则经过第i时刻到第i+1时刻的时间Δt，密封舱内气体总质量为第i时刻舱内气体密度其中，V
cabin
为密封舱体积；并且根据绝热等熵膨胀假设得到；
其中，P
i0
和ρ
i0
表示密封舱内气体初始压力和密度；并且P
i0
、ρ
i0
和P
i
、ρ
i
都满足理想气体的热状态方程；步骤二四、根据公式(1)～(6)和热状态方程，得到密封舱D
h
穿孔直径下，舱内氧分压和总压随时间变化规律，以及给定临界逃生时间T
CE
条件下密封舱临界穿孔直径D
hE
。3.根据权利要求2所述的一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法，其特征在于，步骤一的具体方法如下：步骤一一、选取MMOD环境模型，针对载人航天器运行轨道、飞行姿态和飞行时间，获取各个撞击方向的MMOD通量数据，得到MMOD总数N
s
；步骤一二、针对每个MMOD与载人航天器的密封舱结构面元进行相交计算，记录撞击到密封舱的MMOD数量N
i
；步骤一三、针对撞击到密封舱的MMOD，计算MMOD穿孔的孔径D
h
。4.根据权利要求3所述的一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法，其特征在于，步骤二中还包括：判断是密封舱内的氧分压情况是否为氧分压紧急情况，是则通过氧气瓶以设定的氧气补气速率对密封舱进行氧气补充，并根据氧气补气速率计算考虑补充氧气情况下，密封舱内氧分压的变化规律；所述氧分压紧急情况为当氧分压下降到设定氧分压阈值以下的情况。5.根据权利要求4所述的一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估方法，其特征在于，步骤二中还包括：判断是密封舱内的总压情况是否为总压紧急情况，是则通过氮气瓶以设定的氮气补气速率对密封舱进行氮气补充，并根据氮气补气速率算考虑补充氮气情况下，密封舱内总压的变化规律；所述总压紧急情况为当总压下降到设定总压阈值以下的情况。6.一种载人航天器密封舱气体泄漏失效评估系统，其特征在于，包括：MMOD穿孔计算模块，用于预测并计算载人航天器的密封舱上空间碎片和微流星体MMOD穿孔的孔径D
h
，并发送至临界孔径计算模块和失效判断模块；临界孔径计算模块，用于计算不同MMOD穿孔的孔径D
h
下，密封舱内氧分压和总压的变化规...

【专利技术属性】
技术研发人员：武江凯，迟润强，韩增尧，庞宝君，胡迪奇，刘瑜妍，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：