載人航天器密封艙內火災流場特性數值研究

趙建賀，王 冉，俞 進，石 泳，趙新攀

（中國空間技術研究院 載人航天總體部，北京 100094）

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載人航天器內存在大量的電氣設備和較多的非金屬材料，且擁有高濃度（高質量密度）的氧氣環境。電路過載、短路，設備過熱，氧氣泄漏等是載人航天器內火災事故的主要隱患。例如：1970年美國“阿波羅13號”飛船登月飛行時，服務艙因電路過載、短路引起局部爆炸，致使電力、氧氣、水供應不足，最終航天員通過登月艙艱難返回地球；1997年，“和平號”空間站氧氣發生器破裂引起火災（后被航天員撲滅）；美國航天飛機也多次發生火災事故[1-3]。

對于微重力燃燒，中國科學院國家微重力實驗室曾通過落塔火災試驗來模擬失重環境下的火災[4]；曹龍曾主要對微重力條件下火焰沿固體燃料、纖維素燃料表面傳播機理及蠟燭火焰特征進行了研究[5]。這些都是對微重力情況下單個火焰的燃燒情況進行的研究。對微重力環境下整個火災流場的特性研究，地面試驗根本無法實現，即使在軌也難以進行全尺寸火災流場試驗。但是利用數值模擬方法可以經濟、高效地完成載人航天器在微重力環境下的火災煙氣蔓延規律研究。胡海兵等曾對國際空間站艙室內微重力火災進行過數值模擬，主要對頂棚45°送風、地板自然回風狀況進行了仿真研究[6]。

本文選取載人航天器典型密封艙作為研究對象，采用FDS軟件對密封艙內火災流場進行了數值仿真。主要對頂面45°斜送風、前錐側面送風及后錐面回風的情況進行了研究，得到了不同場景下的煙氣溫度、濃度分布規律。……