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载人飞行舱内压力服技术研究与实现
目的研究用于载人飞行舱内压力服的实现技术,研制舱内压力服系统.方法通过分析提出研制方案,针对载人航天器应急救生的技术性能要求,研究压力服的结构实现技术、压力控制技术、操作活动性能的保证技术、通风供氧技术、视觉保证和防雾技术的实现方法,通过研制和试验验证保证航天服的技术性能.结果在设计和工艺上实现了载人航天飞行所需压力防护和工效保障要求的舱内压力服系统,并通过了性能和接口匹配试验以及严酷的环境试验验证. 结论所研制的舱内压力服完全能够满足天地往返运输系统的压力应急工况使用要求.
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基于暖体假人代谢模拟的"飞天"舱外服热防护特性试验研究
目的 确定在轨空间环境下的舱外服整体系统的极限隔热能力(漏热率),验证系统被动热防护结构设计的正确性、合理性及特定防护结构的性能.方法 通过空间外热流仿真计算确定轨道出舱活动可能经历的极限热工况和极限外热流,采用红外笼和液氮模拟舱外服的空间热流和热沉:用暖体假人模拟舱外服内人体代谢和温度控制.结果 采用上述方法构建了人-舱外服-外热真空环境试验系统;通过对真空无热沉、冷黑背景和不同外热流施加的热状态比较、外部散热控制法和暖体假人热补偿法的比较,形成了验证和评估系统热防护性能的综合技术方法.对飞天舱外航天服在模拟内外部热环境下进行了极限热防护性能测试和评估.结论 对试验精度进行的分析表明试验结果具有很好的测试精度,能够对舱外服热防护性能进行验证和评估.
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便携式航天服通风热调节装置的研制
目的 在地面大气环境下,对穿着航天服作业和移动的航天员进行便携式通风,以达到降温和除湿的目的 .方法 根据航天员在地面着航天服进行便携式通风和散热的需求,提出了系统总体设计方案,阐述了无刷直流离心式风机、电源、风量调节、智能化系统参数监测和有机发光二极管显示、结构、软件等模块的设计方案.结果 研制的便携式航天服通风热调节装置功能完善,工作稳定,具有很高的可靠性和安全性,操作简单,有较好的人一机界面,重量轻,结构紧凑,便于携带.结论 便携式航天服通风热调节装置在国内首次实现了航天员着航天服时的便携式通风热调节,也满足了航天服使用后的通风干燥和日常维护等方面的要求.
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航天服关节阻尼力矩的机器人测试系统
目的对航天服关节阻尼力矩特性进行测试,评价航天服的力学性能. 方法提出了一种根据机器人运动学、静力学原理,采用随动式测量机器人来测量航天服关节阻尼力矩特性的方法.根据测量要求,给出了系统总体方案及测量机器人本体的设计,建立了数学模型,后分析了机器人的运动空间. 结果设计的测量机器人重量轻、结构紧凑、操作性能好、运动空间大,整体系统运行稳定,可靠性高. 结论采用随动式测量机器人来测量航天服关节阻尼力矩特性,能够满足航天服关节力矩特性的测量要求.
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载人航天器预冷温度的热生理学探讨
目的探讨载人舱室适宜的预冷温度,以预防或减缓发射、返回段航天器内高温对人体的不利影响. 方法 5名健康男性青年按着航天服时不通风和以通风流率100 L/min(STPD)通风等不同着装条件,在舱温15、l0、5℃环境中进行25人次实验.测量直肠温度(Tr)、平均皮温(Tsk)和平均体温(Tb)等热生理指标. 结果在舱温15℃航天服通风和不通风状态,实验2 h内人体直肠温度降低不显著(从初始值37.0±0.2℃降为36.7±0.3℃),平均体温、平均皮温显著降低(P＜0.05),受试者有局部的冷紧张;而在舱温和通风温度10℃时,受试者热生理指标随时间延长不断降低,直肠温度从37.0±0.3℃显著下降至36.3±0.3℃,Tsk、Tb显著低于初始值(P<0.05),受试者有全身性冷紧张. 结论按人体热舒适状态无显著改变的要求,航天器座舱预冷后维持15℃气温对人体较为适宜.
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航天服上躯干结构工效架的研制与应用研究
目的 研制一种航天服上躯干结构的模拟工效架,并验证其应用效果.方法 根据航天服上躯干结构的组成,设计研制上躯干结构工效架,用以模拟上躯干结构构型.应用工效架开展对俄罗斯Orlan航天服以及美国EMU的肩法兰布局方案的对比实验研究.结果 上躯干结构工效架成功模拟Orlan与EMU的肩法兰布局;美国EMU肩法兰布局对于上肢操作空间的影响总体上小于Orlan航天服;两种肩法兰布局方案对操作空间的影响与志愿者身高存在一定相互关系.结论 研制的航天服上躯干结构工效架可实现对于一定范围内上躯干结构构型的模拟,可作为上躯干结构构型设计理论研究以及产品研制方案的评价实验平台.
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舱内航天服对人体热生理指标的影响分析
目的探讨与分析航天员常压下着舱内航天服时的热生理指标变化规律.方法 6名健康男性青年按二次复合设计分组共进行24人次试验,对结果进行统计分析.结果经分析计算获得了人体主要热生理指标随通风气源参数(风温、风量、风湿)及人体活动水平的数学模型,对模型的应用及可能影响试验结果的代谢产热等因素进行了定量分析讨论.结论模型反映了人着航天服时的热生理变化规律.
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航天服关节力学测试系统的测量原理与实验分析
目的测试航天服手臂关节的力学特性.方法介绍基于随动式测量机器人的航天服关节力学测试系统的测量原理,根据舱内航天服手臂软关节的转动特性建立3自由度手臂的数学模型,并针对这一模型提出航天服运动学逆运算的基于6维空间距离的佳近似解法,在实际的实验系统平台上针对舱内航天服进行手臂关节力学特性测试实验,并探讨系统的扩展应用价值.结果通过测试实验和实时3维仿真有效地验证了航天服手臂建模与系统运动学正逆运算的正确性.结论系统的测量原理和方法正确可行,测量结果真实可靠.
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气密轴承接触活动性能的有限元建模
目的 分析航天服气密轴承活动特性的影响因素,改进航天服轴承的几何结构.方法 用有限元方法分析影响气密轴承活动特性的影响因素,分析了接触圆角、轴承密合度、装配预紧力、压力载荷等因素对接触密封应力情况的影响,通过样件轴承的活动性试验对有限元模型进行验证.结果 仿真分析得出了轴承整体应力的分布情况,得出了满足密封要求下小活动力矩的几何参数.有限元模型计算的气密轴承活动力矩随压力载荷的趋势与试验测量结果基本一致.结论 所建立的气密轴承有限元模型方法正确,适用性强,可以应用于其他轴承结构的理论分析.
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水下训练航天服固定配重设计仿真
目的通过仿真给出水下训练航天服的固定配重设计.方法基于水下训练航天服3D模型数据,参考人体国标参数,对照俄罗斯水下训练服,利用组合物体的力学性质,考虑水下训练航天服的实际应用,仿真分析固定配重对水下训练航天服姿态的影响.结果经过多参数计算仿真,终确定水下训练航天服的固定配重参数.结论水下训练航天服设计仿真解决了固定配重的设计难题,对水下训练航天服的实际应用有一定的指导作用.
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舱外航天服温控系统的研究现状与展望
随着出舱活动时间的增长,对舱外航天服的温控提出了更高的要求.本文综述了舱外航天服温控系统的研究进展,对辐射器、冰盒、金属氢化物热泵、相变储热/辐射器式热沉和升华器等几种热沉方案进行了比较分析.论述了自动温控应满足的要求,并分析了已有的航天服自动温控方案.后展望了航天服温控系统的发展趋势.
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舱外航天服热控系统研究进展
综述了国外舱外航天服热控系统研究的新进展,着重分析了利用质量传递、相变储热及辐射等机理设计热控系统的特点,探讨了值得注意的研究动向和存在问题.
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舱外航天液冷服传热分析
简单介绍了舱外航天液冷服的结构、功能,分析了通风气体与液冷服基础服装间的对流换热、液冷服的传热传质过程,给出了液冷服传热传质数学模型.通过舱外航天服液冷通风系统与人体的联合热生理实验,该模型得到了验证,并为舱外航天服液冷通风系统的设计提供了依据.
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人体力学的生理基础及其在压力防护服设计中的应用
目的阐明在压力防护服设计时采用人体力学及其生理基础的必要性.方法对比在两种航空航天压力服设计中,采用或不运用人体力学与其生理基础进行设计的活动效能.结果显示采用了这些要求的航天服活动效能良好,而未采用这些要求的密闭服不能完成规定的动作.结论应用人体力学与其生理基础研究压力防护服设计是必要的,且其逼真性和科学性优于运用生物力学或机器人.
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航天服压力防护技术发展与构想
在载人航天任务中,航天服压力防护功能是为人体建立起赖以生存的压力环境,压力服作为实现压力防护和工效保障能力的基本载体,是航天服设计改进的核心部分.本文通过回顾压力服在早期技术验证、随登月任务和载人空间实验室、航天飞机任务和空间站建设运营各不同阶段任务需求的发展历程,总结了航天服压力服防护技术的演变特征.针对未来空间探索目标的环境特点以及多目的地的任务规划,开展了后续航天服压力防护技术需求分析.在此基础上,结合压力制度选择、结构实现形式以及材料工艺能力等方面分析,提出了短期可能实现的变压力制度软式压力服和作为长期目标的局部机械反压式压力服的方案构想和关键技术,为未来先进航天服的发展和研制提供参考.
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航天服工效学问题
阐明了工效学概念,将其运用于航天服设计.通过人体测量学的运用,建立航天服尺寸设计体系,明确了解决服装舒适性、适体性和空间性的设计要求(含对失重).通过人体力学的运用,制定了规范,明确了解决服装活动性与姿态的设计要求(含对失重).简述了航天服工效学现状.
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俄美航天服回顾与展望
本文系统回顾了前苏联/俄罗斯和美国航天服的研制历史.俄美航天服的研发都基于高空压力服的技术,经历了从舱内航天服到舱内航天服与舱外航天服结合型航天服,再到舱内航天服与舱外航天服分开研制的发展路线.随着国际交流与合作的增加,俄罗斯与美国航天服的技术差异逐渐模糊,多功能和零吸氧排氮航天服是未来的重点发展方向.
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航天服低压试验人体回心血流气泡信号监测
减压气泡是减压病发生的始动因素,实时监测减压气泡有利于预测减压病的发生,对减压病的预防和治疗有着积极的作用.常用的气泡检测方法主要通过人的听觉去辨别气泡检测仪检测到的减压气泡音,并对气泡进行分级,这种检测方法有一定主观性.本试验监测了人体穿着航天服在低压暴露期间的人体回心血流减压气泡信号,并通过气泡识别系统以图形方式记录了气泡信号波型,增加了气泡信号检测的客观性,有利于气泡检测的分级判断.下面介绍本试验的气泡检测方法及主要检测结果.
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航天员舱外活动的工效学问题
目的明确航天员舱外活动工效学的基本内容. 资料与综合在运用航天员太空活动和地面训练的生理学和工效学资料的基础上,对舱外活动工效学进行了较系统的阐述. 基本内容舱外活动动作种类、影响因素(太空失重和航天服等)、训练与实践等. 结论舱外活动工效学属多学科交叉的新领域,为高效地满足太空作业的需求,尚需提高舱外活动影响因素和地面训练研究的质量.
