حقق إطلاق مركبة الفضاء المأهولة "Shenzhen VII" عملية سير رواد الفضاء في الفضاء لأول مرة ، وهو حدث هام في صناعة الطيران في بلدي. يمكن اعتبار بدلات الفضاء التي يرتديها رواد الفضاء للمشي في الفضاء مركبة فضائية مصغرة وأيضًا نظام شامل لدعم الحياة. الفضاء في فراغ ، بدون حماية للغلاف الجوي ، وتتفاوت درجة الحرارة بشكل كبير. عندما لا يكون هناك ضوء الشمس ، يمكن أن تكون درجة الحرارة أقل من 200 درجة مئوية تحت الصفر ، وعندما تكون الشمس مشرقة ، يمكن أن تكون درجة الحرارة أعلى من 100 درجة مئوية. بالإضافة إلى توفير الضغط الجوي وتنفس الأكسجين لرواد الفضاء ، بدلة الفضاء خارج المركبة بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري أيضًا استخدام نظام الدوران الهيدروليكي لتسخين وتبريد البيئة المكروية الداخلية وفقًا للتغيرات في البيئة الخارجية ، وذلك للحفاظ على مجال درجة الحرارة المطلوب لبقاء الإنسان. ما إذا كانت البدلة الفضائية المطورة خارج المركبة تلبي احتياجات الفلكيةيجب اختبار السفن التي تسافر في الفضاء في بيئة أرضية محاكاة. من أجل ضمان سلامة رواد الفضاء ، من الممكن استخدام دمى الطقس الدافئ لمحاكاة تجارب الحياة الواقعية.
منذ أن تم تطوير أول قزم حراري 1 بواسطة الجيش الأمريكي في الأربعينيات من القرن الماضي لدراسة الراحة الحرارية للزي العسكري ، تم تطوير مجموعة متنوعة من الدمى الحرارية في العالم 2 ، ولكن بشكل أساسي للدمى الحرارية الجافة والدمى الحرارية المتعرقة. ومع ذلك ، فإن القزم الحراري هو جهاز محاكاة ميكانيكي. لا يزال لديها قيود مختلفة في محاكاة بعض وظائف جسم الإنسان ، وغالبًا ما لا يمكنها تلبية متطلبات المحاكاة المختلفة في نفس الوقت. يظهر تطور القزم الحراري اتجاه التخصص. دمى لاختبارات مقاومة الحريق ، دمى حرارية متعرقة لاختبارات نفاذية الرطوبة ، دمى حرارية لبيئات اختبار محددة مثل المركبات الفضائية. طورت بلدي أيضًا العديد من الدمى. في الفي أواخر تسعينيات القرن الماضي ، طورت جامعة دونغهوا دمية بدن دافئ قابل للتعديل من أجل أول رحلة فضاء مأهولة من "Shenzhen V" في بلدي 3. قام معهد أبحاث المعدات العسكرية بتطوير قزم إحماء للتعرق مع الإشارة إلى النماذج الأجنبية 4 لتقييم الراحة الحرارية للزي العسكري.
إن مانيكين الإحماء الذي تم تقديمه في هذا البحث لبدلة الفضاء خارج المركبة هو نوع من تمرين الإحماء يمكن أن يفي بمتطلبات الاختبار المحددة لبدلات الفضاء خارج المركبة. استنادًا إلى مفهوم التصميم ، تم تطوير نوع جديد من سلسلة الوصلات سهلة الفك ، والتي يمكن تجميعها وتفكيكها في الوقت الفعلي في مساحة صغيرة لبدلة الفضاء خارج المركبة ، مما يحل مشكلة قياس القزم الحراري في بدلة الفضاء خارج المركبة. في الوقت نفسه ، على أساس درجة الحرارة الثابتة العامة ووضع قياس القدرة الثابتة ، أدركت الدمية درجة الحرارة المتغيرة ووضع التحكم في الطاقة المتغير للـ fiالمرة الأولى التي تفي بمتطلبات اختبار بدلة الفضاء خارج المركبة.
1. الوظائف والمكونات الرئيسية للقميص الحراري
إن المانيكين الحراري المستخدم في اختبار بدلة الفضاء خارج المركبة هو معدات الاختبار لقياس الأداء الحراري الكلي لبدلات الفضاء خارج المركبة التي يمكن أن تحاكي الظروف القاسية لبشرة الإنسان درجة الحرارة وتبديد الحرارة غير التبخيري على تقلبات درجة حرارة جسم رواد الفضاء وتقلبات إنتاج الحرارة الأيضية أثناء الأنشطة خارج المركبة ، والتي يمكن أن تتجنب الاختبارات المتكررة وطويلة الأجل لأفراد الاختبار. يؤدي التعرض في الوقت المناسب لمختلف البيئات المحاكاة القاسية إلى اختبار المعلمات الحرارية لبدلة الفضاء ككل أو في منطقة محلية ، ويوفر أساسًا تجريبيًا لتصميم بدلة الفضاء. تحقق معدات الاختبار بشكل أساسي الأغراض التالية:
1) يتم استخدامه لتحقيق محاكاة إنتاج حرارة التمثيل الغذائي البشري ، ولأداء simuإنتاج الحرارة الأيضية للإنسان ومراقبة حالة التحكم الحراري في اختبار التحكم الحراري لنظام بدلة الفضاء خارج المركبة ؛
p>
2) كمصدر حرارة معقول في اختبار أداء تبديد الحرارة بدلة التبريد السائل في نظام بدلة الفضاء خارج المركبة ، اختبر خصائص التبادل الحراري لبدلة التبريد السائل في نظام بدلة الفضاء خارج المركبة.
1.1 تصميم نظام جسم القزم الحراري
راجع المعيار العسكري الوطني "القياسات البشرية للطيارين الصينيين" ، وفقًا للطول احسب بيانات أجزاء مختلفة من جسم الإنسان عند 168 سم كمرجع لتصميم جسم القزم الحراري ، بحيث يكون للقزم الحراري شكل هندسي وخصائص نشاط بدني مشابهة للأشخاص الحقيقيين ، وله حالة ارتداء جيدة في المساحة المحددة لبدلة الفضاء خارج المركبة ، وفي نفس الوقت تتمتع بمنطقة تلامس جيدة مع بدلة التبريد السائل. الرسم التخطيطي لـ tيظهر هيكل جسم القزم الحراري في الشكل 1. ينقسم الشكل الطبيعي للقزم الحراري إلى 11 قسمًا مستقلًا للتدفئة: الرأس والرقبة والصدر والظهر والبطن والأرداف والذراع الأيسر والذراع الأيمن والفخذ الأيسر والأيمن الفخذ والساق اليسرى والربلة اليمنى والقدم اليسرى والقدم اليمنى.
تم تصميم جزء الجسم من المانيكين الحراري في هذه المقالة كهيكل بدون إطار ، كما تعمل الأصداف النحاسية في كل قسم كتركيبات حاملة. يعتمد القسم المستقل على الهيكل المشترك للأجزاء الرئيسية والأجزاء المساعدة. الجزء الرئيسي متصل بالمفاصل المقابلة بواسطة البراغي وهو الجزء الرئيسي الحامل. الجزء الإضافي مكافئ لدور "غطاء الإغلاق" ويتم دمجه مع الجزء الرئيسي من خلال التوصيلات. يمكن للهيكل الرئيسي والمساعد تسهيل تركيب وصيانة واستبدال عناصر التسخين الداخلية.
يمكن أن يفي القزم الحراري بمتطلبات وضع وخلع الامتدادبذلة الفضاء ravehicular ، المفتاح يكمن في تصميم المفاصل. كل جزء من القزم الحراري في هذا الورق متصل بمفصل مطور حديثًا سهل الفصل ، والذي يمكن تجميعه وتفكيكه في مساحة معينة من البدلة الفضائية خارج المركبة ، والتي يمكن أن تضمن قدرة جيدة على التآكل وحالة التآكل. تنقسم المفاصل الوهمية الحرارية إلى مفاصل الرأس والرقبة ومفاصل الكتف ومفاصل الخصر ومفاصل الورك ومفاصل الركبة ومفاصل الكاحل. يتميز تصميم المفصل بالخصائص التالية:
1) التفكيك والتجميع السريع ، ويمكن أن يكمل تجميع وتفكيك المانيكين الحراري في مساحة محدودة وضيقة.
2) يمكن لخط الإشارة وخط الطاقة المرور عبر الوصلات المتصلة بسهولة ويمكن توصيلهما من خلال قابس التوصيل ؛ لن يكون لدوران المفصل أي تأثير أو ضرر على الخط.
3) يحتوي على جهاز عزل حراري لعزل حرارة الهواء الداخلي لكل قسم.
4) لها ماء معينوظيفة الإثبات ، ولن تتسبب في تسرب المياه إلى الداخل وتتسبب في حدوث عطل في حالة رطبة خارجية قصيرة المدى.
5) معالجة غسيل رقمية من الفولاذ المقاوم للصدأ ، دقة عالية ، متينة.
1.2 تصميم نظام القياس والتحكم الحراري للقزم
يعد نظام القياس والتحكم هو الجزء الأكثر أهمية باستثناء الجزء الحراري نظرًا للطبيعة المتقدمة والموثوقية والقياس ودقة التحكم في النظام ، تم اعتماد نظام تطوير الأدوات الافتراضية LabVIEW من شركة American NI. في ظل هذه الظروف ، تم الانتهاء من تطوير النظام بسرعة نسبية. يشتمل النظام على 12 قناة إدخال لقياس درجة الحرارة الداخلية الوهمية ، و 12 قناة قياس درجة حرارة خارجية (معايرة) ، و 12 قناة إخراج للطاقة ، و 4 درجات حرارة محيطة وقناتين لرصد الرطوبة النسبية المحيطة. الاستخدام الداخلي لخوارزمية ضبابية متقدمة وخوارزمية PID (نسبة تفاضلية متكاملة) لضمان دقة التحكم ، مع ثباتدرجة حرارة جلد النمل ، ودرجة حرارة الجلد المتغيرة ، والطاقة الثابتة ، والطاقة المتغيرة 4 أوضاع عمل ووظيفة التبديل بين الأوضاع ، والتي يمكن أن تدرك دون مراقبة لفترة طويلة اختبار درجة حرارة ثابتة وتسجيل جميع البيانات. في الوقت نفسه ، يحتوي الجهاز على تدابير حماية السلامة لمنع تلف الأفراد أو المعدات الإلكترونية في بدلة الفضاء بسبب التسرب وقصر الدائرة والأعطال الأخرى. يظهر التركيب الأساسي لنظام القزم الحراري في الشكل 2.
2 تحليل عملية الاستجابة الديناميكية للقزم الحراري
عند الحصول على توازن حرارة جديد في حالة مستقرة ، يجب أن يمر بعملية استجابة ديناميكية. تعكس خصائص هذه العملية الخصائص الهيكلية وجودة التحكم في النظام نفسه إلى حد معين. لذلك ، يمكن استخدام تحليل وتقييم عملية الاستجابة كأساس لتقييم أداء النظام. وسيلة مهمة. درجة الحرارة هي مقياس للطاقة sممزق في كائن ، ويمكن استخدامه كمتغير لتوصيف الحالة الحرارية للنظام ، أي ، يمكن وصف عملية استجابة النظام بقياس قانون تغيير درجة حرارة الأسطح الداخلية والخارجية القزم الحراري. يتم إجراء الاختبار في غرفة درجة حرارة ورطوبة ثابتة. باستثناء الظروف المتغيرة للمتطلبات الخاصة ، يتم ضبط بيئة الاختبار على درجة حرارة 21 درجة مئوية ، ورطوبة نسبية 60٪ ، وسرعة رياح 0.2m / s.
تم إجراء اختبار الاستجابة الديناميكية للقزم الحراري في وقت واحد في 11 قسمًا من الجسم بالكامل ، وتم تسجيل البيانات بشكل منفصل. نظرًا لأن الصدر والظهر من القزم الحراري هما أهم جزء من جذع الإنسان ، مع أكبر مساحة وأكبر سعة حرارية ، فإنه يتمتع بتفاعل أكبر مع الأقسام الأخرى ، وتمثل خصائص الاستجابة الديناميكية بشكل أساسي خصائص الاستجابة الديناميكية لـ القزم الحراري بأكمله. في أودرلتبسيط الوصف ، تتم مناقشة خصائص الاستجابة الديناميكية للقزم الحراري في ظل ظروف مختلفة من خلال أخذ الصدر والظهر كقسم نموذجي.
2.1 عملية استجابة القزم الحراري تحت درجة حرارة محيطة ثابتة ودرجة حرارة ثابتة للجلد
يتم تنفيذ القزم الحراري في "درجة حرارة ثابتة للجلد" الوضع بالنسبة للتجربة ، اضبط "التحكم في درجة الحرارة الوهمي" على 33 درجة مئوية. يبدأ القزم الحراري في التسخين من درجة حرارة محيطة تبلغ 21 درجة مئوية حتى يصل إلى حالة الاستقرار. يظهر منحنى الاستجابة الديناميكية في الشكل 3 ، حيث تكون قيمة درجة الحرارة المحيطة ودرجة حرارة السطح الداخلي للقشرة النحاسية للقمع الحراري هي نتائج المراقبة لمستشعر النظام. درجة حرارة السطح الخارجي للدمية هي قيمة درجة حرارة السطح الخارجي للقشرة النحاسية للدمية الحرارية التي تُقاس بمسدس درجة الحرارة كل 30 ثانية.
يتضح من الشكل 3 أنه عندمادرجة الحرارة المحيطة مستقرة نسبيًا (ثابتة بشكل أساسي في نطاق (21 ± 0.5) درجة مئوية) ، بعد تسخين القزم الحراري لمدة 200 ثانية ، درجة حرارة الأسطح الداخلية والخارجية من 21 درجة مئوية إلى 33 درجة مئوية ، و مستقر أساسًا في نطاق (33 ± 0.2) درجة مئوية ، النظام دائمًا في حالة توازن حراري.
2.2 التغيرات في درجات الحرارة البيئية ، وعملية استجابة القزم الحراري تحت درجة حرارة ثابتة للجلد.
في وضع "درجة حرارة الجلد الثابتة" ، يحمل القزم الحراري خارج الاختبار وضبط "التحكم في درجة الحرارة الوهمية" على 33 درجة مئوية. تمت زيادة درجة الحرارة المحيطة من 15 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية ، ثم إلى 25 درجة مئوية ، واستقرت عند كل حالة درجة حرارة لفترة من الزمن. يبدأ القزم الحراري في التسخين من درجة الحرارة المحيطة الأولية ، أي 15 درجة مئوية ، ويظهر منحنى الاستجابة الديناميكية في الشكل 4.
يمكن رؤيته من الشكل 4 أنه بغض النظر عما إذا كانت درجة الحرارة المحيطة في حالة مستقرة أو في حالة تغيرالحالة ، يمكن تثبيت درجة حرارة السطح الداخلي للقشرة النحاسية للقزم الحراري عند القيمة المحددة ، أي 33 ℃ ، والتغيير في نطاق (33 ± 0.2) ℃ ؛ تختلف درجة حرارة السطح الخارجي للقالب الحراري ، عندما تكون درجة الحرارة المحيطة مستقرة ، يمكن أن تكون درجة حرارة السطح الخارجي للقزم الحراري ثابتة بشكل أساسي عند (33 ± 0.2) ℃ ضمن نطاق معين ، عندما تكون درجة الحرارة المحيطة التغييرات ، بسبب تأثير الحمل الحراري للهواء المحيط ، تختلف درجة حرارة السطح الخارجي للقالب الحراري باختلاف درجة الحرارة المحيطة ضمن نطاق معين ، ولكن نطاق التباين يكون دائمًا في حدود ± 0.4 درجة مئوية ، مما يوضح بشكل أكبر أن النظام لديه استقرار جيد.
2.3 عملية استجابة القزم الحراري تحت درجة حرارة محيطة ثابتة ودرجة حرارة متغيرة للجلد
عملية استجابة القزم الحراري تحت "درجة حرارة الجلد المتغيرة "الوضع ينقسم الاختبار إلى نوعين: المتغيرعملية درجة الحرارة في ظل إعدادات درجة حرارة مختلفة وعملية درجة الحرارة المتغيرة في ظل إعدادات معدل التسخين المختلفة.
(1) عملية تغيير درجة الحرارة تحت إعدادات درجات الحرارة المختلفة. يتم رفع عملية تغيير ضبط "درجة حرارة التحكم في القزم" من 33 درجة مئوية إلى 36 درجة مئوية ، ثم رفعها إلى 39 درجة مئوية ، ثم تنخفض أخيرًا إلى 33 درجة مئوية ، وتستمر لمدة 1000 ثانية في كل حالة درجة حرارة محددة ، وديناميكيتها منحنى الاستجابة كما هو مبين في الشكل 5. يمكن أن نرى من الشكل 5 أن درجة حرارة السطح الداخلي للقشرة النحاسية للقالب الحراري تستغرق حوالي 200 ثانية لترتفع من مستوى درجة حرارة إلى آخر (مثل من 33 درجة مئوية) إلى 36 درجة مئوية) وإدخال حالة مستقرة. يكون ارتفاع درجة حرارة السطح الخارجي أبطأ قليلاً ، وبسبب تأثير الحمل الحراري الطبيعي للبيئة ، هناك تباطؤ معين. عملية تبريد القزم الحراري بطيئة بسبب التبريد الطبيعي ، وتستغرق حوالي 650 ثانية للانخفاض من 39 درجة مئوية إلى 33 درجة مئوية.
(2)عملية تغيير درجة الحرارة في ظل إعدادات معدل التسخين المختلفة. اضبط "درجة حرارة التحكم الوهمي" لترتفع من 30 درجة مئوية إلى 39 درجة مئوية بمعدل 0.5 و 1.0 و 2.0 درجة مئوية / دقيقة ، على التوالي ، وتستمر لمدة 1000 ثانية في كل حالة درجة حرارة ثابتة. يظهر منحنى الاستجابة الديناميكية في الشكل 6. ويمكن ملاحظة من الشكل 6 أنه يمكن رفع درجة حرارة السطح الداخلي للقشرة النحاسية للقزم الحراري ودرجة حرارة السطح الخارجي للدمية وفقًا للمجموعة يتطابق معدل التسخين ، ومنحنى التسخين الفعلي بشكل أساسي مع منحنى المجموعة ، مما يوضح أنه في ظل معدل التسخين أعلاه ، تكون عملية الاستجابة الديناميكية جيدة. لا تتغير عملية التبريد بسبب الظروف البيئية الثابتة ، فمعدل التبريد لدرجة الحرارة من 39 درجة مئوية إلى 30 درجة مئوية تحت نفس ظروف الإعداد هو نفسه بشكل أساسي ، ويستغرق حوالي 750 ثانية.
2.4 عملية الاستجابة للقزم الحراري تحت درجة حرارة محيطة ثابتة وطاقة متغيرة
في "اختبار متغير القزم الحراري في وضع" الطاقة "، اضبط القدرة على الزيادة من 150 واط إلى 300 واط بمعدل 2٪ / دقيقة و 8٪ / دقيقة على التوالي ، وتدوم لفترة من الوقت في كل حالة ثابتة للطاقة ، ومستمر لها. يعتمد طول الوقت على حالة درجة حرارة سطح القزم الحراري ، ويظهر منحنى الاستجابة الديناميكية في الشكل 7.
مقارنة الشكل 7 (أ) و 7 (ب) ، يمكن ملاحظة أنه عندما ترتفع الطاقة في خط مستقيم ، تكون درجة حرارة الأسطح الداخلية والخارجية للقالب الحراري أيضًا في خط مستقيم تقريبًا عند استقرار الطاقة عند قيمة معينة ، درجة حرارة الأسطح الداخلية والخارجية للقزم الحراري تميل تدريجياً إلى أن تكون مستقرة ، لكن عملية الاقتراب بطيئة نسبيًا ، وهي تختلف عن تلك الموجودة في القزم الحراري
3. دقة قياس القزم الحراري
تعد دقة القزم الحراري مؤشرًا تقنيًا مهمًا. أثناء عملية تصميم القزم الحراري ، من أجل تقليل تأثير الأخطاء وضمان دقة اختبار عالية ، تمت معايرة درجة حرارة التحكم وطاقة الإخراج الفعلية للقزم الحراري ، وكان الانحراف في درجة الحرارة أقل من ± 0.25 درجة مئوية ، و انحراف الطاقة أقل من 5٪ ، لتقليل خطأ النظام. من أجل تقييم الe تكرار القزم الحراري ، تم إجراء اختبار عارية للدمية في غرفة مناخ اصطناعية بدرجة حرارة 21 درجة مئوية ، ورطوبة نسبية 60٪ ، وسرعة رياح 0.2m / s. تم ضبط درجة حرارة الجلد الوهمي عند 30 ، 33 ، 36 ، 39 ، 42 درجة مئوية على التوالي ، وتم قياس قيمة CLO العارية للقزم الحراري 10 مرات. النتائج موضحة في الجدول 1. يمكن أن نرى من الجدول 1 أن القزم الحراري في هذا الورق يتمتع بدقة قياس عالية ، وأن الانحراف المعياري النسبي للقياس لا يزيد عن 2٪.
الشكل 8 هو القزم الحراري تحت حالة الاختبار العارية في غرفة المناخ الاصطناعية.
4. الخلاصة
تقدم هذه الورقة تطوير القزم الحراري لاختبار Tianfu. يتميز مانيكين الإحماء لبدلة الفضاء خارج المركبة بالخصائص الفيزيائية لرواد الفضاء الصينيين ، وقد حقق درجة حرارة ثابتة للجلد ، وقوة ثابتة ، وقوة متغيرة ، وتتابع درجة حرارة الجلد المتغيرة.rol لأول مرة ، ويمكنه تلبية متطلبات القياس لبدلة الفضاء خارج المركبة في ظل ظروف استخدام خاصة. تُظهر الاختبارات في أوضاع القياس المختلفة أن نظام القزم الحراري المصمم في هذه الورقة يتمتع بخصائص استجابة ديناميكية جيدة ودقة قياس ، مما يوفر أساسًا تجريبيًا لتطوير بدلات الفضاء خارج المركبة في بلدي في اختبار الفضاء لمحاكاة الأرض.
You can also send a message to us by this email info@qinsun-lab.com, we will reply tu you within 24 hours.Now tell us your need,there will be more favorable prices!
Home |
Product |
About |
Contact
Email: info@qinsun-lab.com
No.258 Ban Ting road, Song Jiang district, Shanghai
Leave Message
WhatsApp