航天器氦質(zhì)譜真空容器總漏率檢測的靈敏度及可信度探討

2011-12-05 閆榮鑫 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所

  依據(jù)航天器氦質(zhì)譜真空容器總漏率檢測原理,討論了檢漏儀和真空容器直接相連、同真空容器主真空泵并聯(lián)、在前級泵和主真空泵間等連接方式,逐項研究了總漏率測試的最小可檢漏率、反應(yīng)時間,分析各種連接方式的應(yīng)用特點,認為對大型航天器氦質(zhì)譜真空容器檢漏系統(tǒng),檢漏儀連接在前級泵和主泵之間可得到較好的靈敏度和反應(yīng)時間。通過測量不確定度的分析與評定,確定一般航天器氦質(zhì)譜真空容器總漏率檢測的相對標準不確定度小于10%。

  泄漏是航天器的大敵,微小的漏孔也能造成巨大損失。據(jù)1957 年~1994 年的不完全統(tǒng)計,國外因泄漏造成發(fā)射失敗的次數(shù)占總失敗次數(shù)的10%以上。正因為密封失效對航天器是成敗和生死攸關(guān)的重大問題,各航天國家都十分重視檢漏技術(shù),力圖通過靈敏、可靠的檢漏技術(shù),在航天器研制的各階段發(fā)現(xiàn)航天器的泄漏隱患,以提前采取故障排除措施。檢漏的任務(wù)就是用適當?shù)姆椒ㄑ杆倥袛嗪教炱餍孤┦欠袷侵饕;測定總漏率是否在允許的范圍之內(nèi);選擇合適的方法找出漏孔的確切位置,配合排除故障。

  目前航天器單個系統(tǒng)的總漏率測試有壓力變化、氦質(zhì)譜大氣積累及氦質(zhì)譜真空容器等技術(shù)[1~7],在這些技術(shù)和方法中,真空容器檢漏技術(shù)具有很高的靈敏度,能夠?qū)苄÷┞实漠a(chǎn)品進行泄漏檢測,普遍應(yīng)用在國內(nèi)外航天器檢漏中。目前真空容器法檢漏大多研究靈敏度,而對檢漏儀的連接方式[8] 、測試可信度分析較少,本文將在這兩方面進行初步嘗試。

1、檢測原理

  一般真空容器法檢漏系統(tǒng)由產(chǎn)品充氣回收設(shè)備、真空容器、漏率標定設(shè)備、真空獲得設(shè)備、氦質(zhì)譜檢漏儀等設(shè)備構(gòu)成,如圖1 所示。傳統(tǒng)的真空檢漏方法是先將航天器安裝在真空容器中,將充氣管路和航天器被檢管路系統(tǒng)連接好,保證連接處的漏率小于被檢系統(tǒng)漏率的百分之一,密封好真空容器,通過真空機組將真空容器抽至氦質(zhì)譜檢漏儀的工作真空度(一般優(yōu)于10-2 Pa),用氦質(zhì)譜檢漏儀測量真空容器的氦本底漏率顯示值I01。打開標準漏孔,測量真空容器中的氦穩(wěn)定漏率顯示值I1。關(guān)閉標準漏孔,用真空機組將真空容器抽至穩(wěn)定的氦本底漏率顯示值I02。通過充氣加壓設(shè)備將被檢航天器充氦至規(guī)定的工作壓力后,測量此時航天器的對應(yīng)示漏氣體穩(wěn)定漏率顯示值I2,然后打開真空容器,對航天器中的氦氣進行回收或泄放,航天器的總漏率由下式?jīng)Q定:

航天器氦質(zhì)譜真空容器檢漏系統(tǒng)原理圖

圖1 航天器氦質(zhì)譜真空容器檢漏系統(tǒng)原理圖

2、最小可檢漏率、反應(yīng)時間和測量不確定度

2.1、最小可檢漏率、反應(yīng)時間

  真空容器法具有較高的靈敏度,測試時間較短,檢漏的可靠性較高。在真空容器法總漏率檢測中,檢漏儀的連接方式有下列四種方式,即:直接和真空容器相連,與主真空泵并行和真空容器相連,連接在前級泵和主真空泵之間,通過吸槍或其它取樣裝置從前級泵排氣口取樣連接。其中第四種方法因排氣對測試環(huán)境有污染,在航天器總漏率測試中應(yīng)用較困難,僅討論前三種情況。原理示意圖如圖2 所示。

氦質(zhì)譜真空容器檢漏儀連接示意圖

圖2 氦質(zhì)譜真空容器檢漏儀連接示意圖

5、結(jié)論

  通過本文的初步探討,對于一般航天器應(yīng)用大型真空容器進行總漏率檢測,檢漏儀連接在前級泵和主真空泵之間能夠獲得較好的最小可檢漏率、較短的反應(yīng)時間,該測試方法的標準合成不確定度小于10%。本文的分析僅是初步的結(jié)果,航天器真空容器總漏率檢測仍然有許多問題需要深入研究,如測試流程、本底影響、真空系統(tǒng)等因素,隨著研究的深入, 這種檢漏方法的靈敏度和可靠性將更進一步提高。

參考文獻

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