為實現迅速抽真空，提出負壓儲備艙技術。結合流導方程和氣體熱力學理論，推導出艙體間氣流平衡的數學方程式，揭示了氣流平衡過程中，艙體間瞬時壓差與起始狀態壓差、艙體容積成正比，與持續時間存在指數關系，與連接管路流導存有反比關系。基于流體微分方程和湍流模型建立非定常流場模型，對壓力平衡過程進行動態仿真，從流場角度揭示了瞬時壓力與時間的關系。為使負壓儲備艙實現技術要求，從氣壓和時間角度進行影響因素分析，研究表明，負壓儲備艙容積至少為70倍試驗艙容積，且連通口面積須有可調性。通過模型結果與試驗結果對比，驗證了所建兩種模型的正確性，也驗證了試驗裝置的可行性。

　　為研究迅速減壓沖擊物理過程對生理的影響，以及檢驗高空防護系統對迅速減壓沖擊的響應和防護性能，必須在地面進行該沖擊物理過程的模擬試驗，完成這種瞬態模擬試驗所需的設備即為高空迅速減壓沖擊模擬設備。為實現試驗研究，所設計的試驗艙須滿足技術指標:在0.5s內使艙壓從低氣壓30kPa到中真空低氣壓2.5kPa。而該項技術指標使用真空泵直接抽低氣壓是無法實現的。為實現迅速抽低氣壓，實現技術指標要求，提出一種負壓儲備艙技術。試驗艙體內充滿氣體，由于艙體物理參數的不同，如體積、壓強等等，最終試驗所能實現的技術指標也就不同。因此，需要分析這些參數帶來的影響，進而設計這些參數。論文基于氣體流導方程和氣體狀態方程，建立起試驗艙體壓力均衡過程的關系式，并對艙體間的壓力差值與平衡時間以及與各艙體初始狀態的關系進行了研究。基于流體微分方程和湍流模型建立起非定常流場模型，對兩艙體壓力平衡過程進行動態仿真，對兩艙瞬時壓差與平衡時間的關系進行了研究。為使負壓儲備艙能夠實現技術指標要求，基于所建模型，從氣壓和平衡時間等角度進行參數影響分析，進而完成試驗裝置設計。最后對所得模型結果與試驗結果進行對比分析。

1、艙壓平衡關系式研究

　　1.1、簡化模型的建立

　　試驗艙體之間通過設計管道和閥門開關連通，試驗進行時，開啟連通管路的閥門開關，實現氣流沖擊。隨著時間的推移，氣體不斷從高壓強試驗艙流向低壓強負壓儲備艙，而且兩艙體之間的壓強差不斷變小，最終達到兩艙壓平衡。

　　當試驗艙和負壓儲備艙內的氣體初始物理參數確定時，需對兩艙平衡過程所需平衡時間進行準確預測，這樣才能預測該試驗是否能實現技術指標要求。為此，應建立艙壓平衡關系式來預測平衡時間。以下基于氣體流導方程和氣體狀態方程，對艙體壓力均衡過程的關系式進行推導。

　　兩艙體通過管道連通，連通示意圖如圖1所示，艙A和艙B的容積參數確定，兩艙內部氣體初始狀態確定。假設兩艙體溫度值相等，且pA>pB。

圖1 兩艙體連通示意圖

5、結論

　　為實現迅速抽真空，提出負壓儲備艙技術。基于氣流流導方程和氣體狀態方程，推導了艙體間壓力平衡的關系式，推導出兩艙體瞬態壓強差與平衡持續時間存在指數關系，與艙體間連接管道流導存在反比關系，與艙體容積、艙內氣體起始狀態壓強差存在正比關系。利用該公式可以計算出試驗裝置試驗過程中壓力平衡所持續的時間。基于流體微分方程和湍流模型建立非定常流場模型，對壓力平衡過程進行動態仿真。通過非定常流場云圖形象地顯示了艙內壓力流場分布，得出了艙壓隨時間變化的規律曲線。有限元結果可以看出負壓儲備艙對試驗艙指標要求的實現程度。

　　為使負壓儲備艙實現技術要求，從氣壓和時間角度進行影響因素分析，研究表明，負壓儲備艙容積至少為70倍試驗艙容積，且連通口面積須有可調性。試驗結果顯示試驗艙氣流壓力和平衡持續時間存在反比關系，隨著氣流平衡的進行，試驗艙艙壓由大變小，最終達到平衡穩定，驗證了試驗裝置的可行性。

　　所建模型結果與試驗結果相比，試驗結果出現了滯后現象，這是由設備原因造成的。因此，模型結果同試驗結果基本吻合，說明建立的裝置模型的正確性。利用數學關系式可以快速估算艙體間氣流壓力平衡所持續的時間，而有限元結果可以形象地反映平衡過程流場分布，兩者結合可以為抽真空等相關裝置的設計提供參考。