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航天器氦質譜檢漏儀中真空容器總漏率檢測的靈敏度及可信度探討
2020.07.08

依據航天器氦質譜檢漏儀系統中的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、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較小可檢漏率、反應時間,分析各種連接方式的應用特點,認為對大型航天器氦質譜真空容器檢漏系統,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1957 年~1994 年的不完全統計,國外因泄漏造成發射失敗的次數占總失敗次數的10%以上。正因為密封失效對航天器是成敗和生死攸關的重大問題,各航天都十分重視檢漏技術,力圖通過靈敏、可靠的檢漏技術,在航天器研制的各階段發現航天器的泄漏隱患,以提前采取故障排除措施。檢漏的任務就是用適當的方法迅速判斷航天器泄漏是否是主要矛盾;測定總漏率是否在允許的范圍之內;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的總漏率測試有壓力變化、氦質譜大氣積累及氦質譜真空容器等技術,在這些技術和方法中,真空容器檢漏技術具有很高的靈敏度,能夠對很小漏率的產品進行泄漏檢測,普遍應用在國內外航天器檢漏中。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 、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由產品充氣回收設備、真空容器、漏率標定設備、真空獲得設備、氦質譜檢漏儀等設備構成,如圖1 所示。傳統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連接好,保證連接處的漏率小于被檢系統漏率的百分之一,密封好真空容器,通過真空機組將真空容器抽至氦質譜檢漏儀的工作真空度(一般優于10-2 Pa),用氦質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定漏率顯示值I1。關閉標準漏孔,用真空機組將真空容器抽至穩定的氦本底漏率顯示值I02。通過充氣加壓設備將被檢航天器充氦至規定的工作壓力后,測量此時航天器的對應示漏氣體穩定漏率顯示值I2,然后打開真空容器,對航天器中的氦氣進行回收或泄放。


2、較小可檢漏率、反應時間和測量不確定度

2.1、較小可檢漏率、反應時間

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境有污染,在航天器總漏率測試中應用較困難,僅討論前三種情況。

3、結論

通過本文的初步探討,對于一般航天器應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較小可檢漏率、較短的反應時間,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。

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