神舟十二號載人飛船于6月17日從酒泉衛星發射中心發射升空,隨后與天和核心艙對接形成組合體,3名航天員進駐核心艙,進行了為期3個月的駐留,開展了一系列空間科學實驗和技術試驗。神舟十二號載人飛行任務的圓滿成功,為后續空間站建造運營奠定了更加堅實的基礎。
三名航天員在為期3個月的駐留過程中,天津大學劉俊杰教授帶領建造環境團隊設計的環控生保系統通風子系統,為航天員提供健康、舒適的工作和生活環境,是航天員在軌駐留的重要保障。
建造環境團隊自2014年承接研制任務后,在多輪迭代仿真的基礎上,研究確定了天和艙的流場布局方式,并對多種工況進行了計算,包括溫度場和濃度場。同時確定了睡眠區和衛生區的流場,并且對風口進行了結構設計,確定了地面調平試驗風管布局,在中國航天員科研訓練中心搭建了通風子系統第一個試驗現場并開展試驗研究。隨后在航天五院結構熱控艙內進行空氣流場測試,并根據測試結果對最終形式的天和艙進行流場仿真結果進行修正,有力的支撐了通風子系統的研制工作。
通風試驗系統圖
空間站艙內空間狹小,儀器設備等障礙物繁多,給風管布置和調節預留的空間有限。因此,需要設計便于航天員根據舒適性和安全的需要,可靈活調節的送風口;同時,又能滿足正常工況和事故工況下的通風問題。對管道的流動阻力、管道和風口的二次噪聲都提出了很高的要求。為了提高航天員在三艙二區(天和艙、問天艙、巡天艙、睡眠區和衛生區)內的舒適性和安全性,本團隊通過CFD輔助設計開發了一種三維可調送風口,該送風口具有低阻力、低噪聲并可手動調節送風方向,改變送風量的大小,從而滿足艙天員的熱舒適需求和對通風的要求。
風口試驗測試圖
為驗證環控生保系統制冷設備和通風系統的性能,需要進行長期的地面試驗。為了降低航天員的工作強度,團隊設計開發了人體產熱產濕模擬裝置,用于地面試驗時模擬航天員在睡眠、靜息、輕度和中度活動等不同狀態下的產熱、產濕情況,極大地降低了航天員的工作強度,順利完成了各項測試任務。
人體產熱產濕模擬裝置圖
建于2009年的天津大學建造環境研究室隸屬于環境科學與工程學院建筑設備與工程系、天津市室內空氣環境質量控制重點實驗室。建造環境團隊包括:教授4人;副教授3人、另有客座和兼職教授5人, 30余名研究生助理。
該研究室科研方向涉及人機與環境工程、建筑環境控制、設計與優化、室內空氣凈化技術、綠色建筑與智慧能源利用技術等方面, 是一支朝氣蓬勃、團結向上的科研團隊,旨在為人們提供健康、安全、舒適、節能的建造環境。