本發(fā)明屬于航天器泄漏檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及航天器在總裝期間和發(fā)射場(chǎng)推進(jìn)燃料加注后推進(jìn)系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)以及航天器上對(duì)示漏氣體有特殊要求的密封系統(tǒng)的泄漏檢測(cè)，是一種新型的航天器泄漏檢測(cè)和測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

航天器所攜帶的氣體和液體大多具有高壓、易燃、易爆性質(zhì)且具有一定毒性，一旦泄漏在地面時(shí)會(huì)對(duì)人的生命安全構(gòu)成威脅，泄漏嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸，造成嚴(yán)重的質(zhì)量事故。航天器上天后的泄漏會(huì)使推進(jìn)劑量減少，縮短航天器使用壽命；同時(shí)泄漏引起的電暈放電、背景增加等，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)和通信設(shè)備造成嚴(yán)重的干擾；載人航天器如果發(fā)生泄漏會(huì)嚴(yán)重威脅航天員的生命安全，直接導(dǎo)致飛行任務(wù)無(wú)法完成，以失敗告終，甚至機(jī)毀人亡的慘幕。因此航天器在總裝研制階段和發(fā)射場(chǎng)階段需要多次檢測(cè)密封系統(tǒng)的泄漏指標(biāo)，以滿足要求。

目前，氦質(zhì)譜檢漏儀和對(duì)應(yīng)的氦質(zhì)譜檢漏方法是航天器檢漏工作中最常用的檢漏設(shè)備和檢漏方法，氦質(zhì)譜檢漏儀具有設(shè)備體積小、移動(dòng)靈活、檢測(cè)靈敏度高，測(cè)試時(shí)間快，定性定量容易等優(yōu)點(diǎn)，所以其被廣泛的應(yīng)用在檢漏的各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，但是其缺點(diǎn)是只能使用氦氣或氫氣作為示漏氣體，其它示漏氣體使用該設(shè)備無(wú)法進(jìn)行檢漏。隨著航天技術(shù)的發(fā)展和航天器總裝任務(wù)量增 加，要求檢漏工作時(shí)間短、檢測(cè)靈敏度高(DFH-5衛(wèi)星平臺(tái))，多個(gè)密封系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)(921平臺(tái)等)，檢測(cè)氙氣的泄漏(電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái))等，使得現(xiàn)有氦質(zhì)譜檢漏儀和氦質(zhì)譜檢漏方法無(wú)法滿足航天器泄漏檢測(cè)的新需求。為了滿足型號(hào)任務(wù)需求，因此有必要尋找一種能夠檢測(cè)多種示漏氣體的航天器泄漏檢測(cè)方法，滿足航天器任務(wù)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是解決航天器在總裝期間多個(gè)密封系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行并行泄漏檢測(cè)問(wèn)題和解決航天器推進(jìn)系統(tǒng)燃料和工質(zhì)泄漏的無(wú)法檢測(cè)問(wèn)題。

航天器在總裝期間密封系統(tǒng)的密封性能需要進(jìn)行多次測(cè)量，而且航天器的密封系統(tǒng)數(shù)量多，常規(guī)的氦質(zhì)譜非真空累積法一次只能對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，增加了航天器總裝時(shí)間，降低工作效率。同時(shí)隨著航天器發(fā)展出現(xiàn)部分密封系統(tǒng)內(nèi)部直接充非氦工質(zhì)，如熱控系統(tǒng)的管路內(nèi)充乙烷、丙烯或氨，環(huán)控系統(tǒng)的管路內(nèi)充全氟三乙胺等；發(fā)射場(chǎng)電推進(jìn)系統(tǒng)加注后燃料為氙氣等，這都使得常規(guī)泄漏檢測(cè)方法無(wú)法滿足航天器新的檢測(cè)需求。

利用氣相色譜技術(shù)可以定性、定量檢測(cè)不同氣體成分的原理設(shè)計(jì)了一種新的航天器泄漏檢測(cè)方法。該方法可以并行檢測(cè)航天器的多個(gè)密封系統(tǒng)，可以對(duì)多種示漏氣體或航天器工質(zhì)及燃料進(jìn)行定量檢測(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)解決方案：

基于氣相色譜法的航天器系統(tǒng)漏率的測(cè)量裝置，主要包括高純載氣氣源、氣相色譜儀、抽氣泵、風(fēng)機(jī)、收集容器、取樣管路和標(biāo)準(zhǔn)氣體氣源，若干個(gè)風(fēng)機(jī)均勻設(shè)置在收集容器的各個(gè)角落，氣相色譜儀分別與標(biāo)準(zhǔn)氣體氣源、高純載氣氣源連通，并經(jīng)過(guò)抽氣泵與貫穿收集容器壁的多路取樣管路連通。

其中，標(biāo)準(zhǔn)氣體氣源配置為已知量濃度的一種或多種示漏氣體的氣源。

利用上述基于氣相色譜法的航天器系統(tǒng)漏率測(cè)量裝置進(jìn)行檢漏的方法， 包括如下步驟：

向一個(gè)或多個(gè)航天器密封系統(tǒng)充入一定壓力的不同種示漏氣體或示漏工質(zhì)，將航天器放置在收集容器內(nèi)，用氣相色譜儀測(cè)試當(dāng)前收集容器內(nèi)示漏氣體的濃度，靜置一定時(shí)間后用氣相色譜儀再次測(cè)試收集容器內(nèi)的不同示漏氣體的濃度變化，依據(jù)泄漏原理計(jì)算航天器不同密封系統(tǒng)的泄漏值。

其中，所述方法具體包括以下步驟：

1)確定航天器需要進(jìn)行密封系統(tǒng)檢測(cè)的數(shù)量，選擇不同的示漏氣體；

2)找到多種示漏氣體在氣相色譜儀上檢測(cè)參數(shù)，主要包含柱溫、載氣流速、色譜柱類(lèi)型、檢測(cè)器種類(lèi)、載氣種類(lèi)以及程序升溫的方法；

3)在氣相色譜檢測(cè)參數(shù)不變的情況下，確定不同示漏氣體的保留時(shí)間；

4)向航天器不同的密封系統(tǒng)充入一定壓力的不同示漏氣體；

5)將航天器放置在收集容器內(nèi)，并密封收集容器；

6)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)對(duì)收集容器內(nèi)的空氣進(jìn)行攪動(dòng)，攪動(dòng)時(shí)間(t₀)為直至將收集容器內(nèi)的氣體攪動(dòng)均勻?yàn)橹梗?/p>

7)停止風(fēng)機(jī)循環(huán)，用氣相色譜儀對(duì)收集容器內(nèi)的一種或多種示漏氣體進(jìn)行檢測(cè)，并分別檢測(cè)收集容器內(nèi)不同位置；

8)用氣相色譜儀檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)氣體，依據(jù)外標(biāo)法或歸一化法，計(jì)算出收集容器內(nèi)一種或多種示漏氣體的濃度A_i0；外標(biāo)法是通過(guò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)氣體中某種示漏氣體的已知濃度來(lái)確定該氣體的待測(cè)氣體濃度；歸一化法是將測(cè)試氣體(混合氣體)中所有組分的含量累加結(jié)果記為1或100％，進(jìn)而可以確定某一種氣體在被測(cè)試氣體中的含量；

9)靜置一定時(shí)間t后，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)攪動(dòng)時(shí)間為t₀；

10)重復(fù)步驟7)和步驟8)，計(jì)算出收集容器內(nèi)一種或多種示漏氣體的濃度A_i1；

11)依據(jù)色譜法系統(tǒng)漏率計(jì)算公式(1)，計(jì)算航天器某一密封系統(tǒng)的總漏率；

式中，Q_i為航天器密封系統(tǒng)中第i系統(tǒng)的系統(tǒng)漏率(i＝0,1,2,3....)，單位Pa.m³/s；

P₀為收集容器內(nèi)的環(huán)境氣壓，單位Pa；

A_i1為航天器在收集容器內(nèi)靜置一定時(shí)間(t)后i示漏氣體濃度，單位為百分含量；

A_i0為航天器在收集容器放置初時(shí)i示漏氣體濃度，單位為百分含量；

V₁為航天器體積，單位m³；

V₂為收集容積體積，單位m³；

t為航天器在收集容器內(nèi)靜置時(shí)間，單位為s。

其中，步驟7)中，檢測(cè)前需要提前開(kāi)啟抽氣泵。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1)可以用多種示漏氣體并行檢測(cè)航天器多個(gè)密封系統(tǒng)的漏率，縮短航天器密封系統(tǒng)泄漏檢測(cè)時(shí)間；

2)可以檢測(cè)多種示漏氣體，解決了氦質(zhì)譜檢漏方法中只能以氦氣作為示漏氣體的限制，使得氣相色譜法檢漏不僅滿足航天器總裝期間的密封系統(tǒng)泄漏檢測(cè)，也可以滿足航天器密封系統(tǒng)加注真實(shí)工質(zhì)和加注燃料后的定量泄漏檢測(cè)；

3)氣相色譜法檢漏相比較與氦質(zhì)譜法檢漏具有取樣簡(jiǎn)單，設(shè)備操作簡(jiǎn)單不易損壞的優(yōu)點(diǎn)，氦質(zhì)譜檢漏法需要真空環(huán)境，設(shè)備操作復(fù)雜容易造成損壞；

4)氣相色譜法檢漏不用放樣操作，直接采用標(biāo)準(zhǔn)氣或歸一化法就可以計(jì)算出示漏氣體的濃度量，具有定量?jī)?yōu)勢(shì)，并可以減小系統(tǒng)誤差。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于氣相色譜法的航天器系統(tǒng)漏率檢測(cè)系統(tǒng)示意圖。

其中，1、高純載氣氣源；2、氣相色譜儀；3、抽氣泵；4、風(fēng)機(jī)；5、收集容器；6、航天器產(chǎn)品；7、取樣管路；8、標(biāo)準(zhǔn)氣體氣源。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的基于氣相色譜法航天器系統(tǒng)漏率檢測(cè)系統(tǒng)主要由高純載氣氣源1、氣相色譜儀2、抽氣泵3、風(fēng)機(jī)4、收集容器5、取樣管路7和標(biāo)準(zhǔn)氣體氣源8組成。高純載氣氣源1與氣相色譜儀2相連，提供正壓氣路，同時(shí)也將示漏氣體帶入到色譜儀1內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。氣相色譜儀1是檢測(cè)示漏氣體主要設(shè)備，其是整個(gè)系統(tǒng)的核心。抽氣泵3用于將收集容器5內(nèi)的氣體輸送到色譜儀內(nèi)，達(dá)到取送氣體的功能。若干個(gè)風(fēng)機(jī)4是將收集容器5內(nèi)的空氣進(jìn)行攪動(dòng)，使得收集容器5內(nèi)部各種氣體成分均勻分布。收集容器5用于收集航天器產(chǎn)品6的密封系統(tǒng)泄漏出的一種或多種示漏氣體，使得示漏氣體的濃度發(fā)生變化。取樣管路7主要用于收集容器內(nèi)氣體的取樣，取樣管路7多點(diǎn)分布是為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。標(biāo)準(zhǔn)氣體氣源8主要是用于確定一種或多種示漏氣體在色譜圖上的保留時(shí)間，因?yàn)樵趨?shù)不變的情況下，某種氣體的保留時(shí)間是固定不變的，因此可以確定后面測(cè)量中該氣體成分在色譜中的位置；同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)氣體還可以對(duì)氣相色譜檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定(即定量分析)，減小測(cè)試誤差。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)施方式為：當(dāng)風(fēng)機(jī)4將收集容器5內(nèi)的氣體攪動(dòng)均勻后，抽氣泵3將收集容器5內(nèi)的氣體輸送到氣相色譜儀2內(nèi)；氣相色譜儀2分別測(cè)試收集容器5內(nèi)的氣體和標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)氣體，確定出收集容器內(nèi)一種或多種示漏氣體的濃度含量；通過(guò)對(duì)比靜置前后一種或多種示漏氣體的濃度變化量，進(jìn)而可以計(jì)算出航天器不同密封系統(tǒng)的漏率。

下面以并行檢測(cè)航天器中4個(gè)密封系統(tǒng)的總漏率為例，介紹氣相色譜法測(cè)試步驟：

1)航天器有4個(gè)密封系統(tǒng)需要并行進(jìn)行總漏率測(cè)試，選擇4種不同的示漏氣體，如(氪氣、氙氣、乙烷和六氟化硫)；

2)色譜柱選用4m的5A填充柱，檢測(cè)器選用氦離子化檢測(cè)器或熱導(dǎo)檢測(cè)器，載氣選用高純氦氣，純度不低于99.999％；

3)用氣相色譜儀檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)氣體(含有一定濃度的氪氣、氙氣、乙烷和六氟化硫，基準(zhǔn)氣體為氦氣)，確定4種示漏氣體的在色譜圖上的保留時(shí)間；

4)向航天器4個(gè)密封系統(tǒng)分別充入一定壓力的高純氪氣、氙氣、乙烷和六氟化硫氣體；

5)將航天器放置在收集容器內(nèi)，并密封收集容器；

6)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)對(duì)收集容器內(nèi)的空氣進(jìn)行攪動(dòng)，攪動(dòng)時(shí)間(t₀)為直至將收集容器內(nèi)的氣體攪動(dòng)均勻?yàn)橹梗?/p>

7)抽氣泵將收集室內(nèi)的氣體抽送至色譜儀內(nèi)，氣相色譜儀檢測(cè)收集室內(nèi)氣體，依據(jù)外標(biāo)法或歸一化法，計(jì)算出收集容器內(nèi)氪氣、氙氣、乙烷和六氟化硫氣體的濃度A_i0；

8)靜置一定時(shí)間t后，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)攪動(dòng)時(shí)間為t₀；

9)重復(fù)步驟6)和步驟7)，計(jì)算出收集容器內(nèi)氪氣、氙氣、乙烷和六氟化硫氣體的濃度A_i1；

10)依據(jù)色譜法系統(tǒng)漏率計(jì)算公式(1)，分別計(jì)算航天器4個(gè)密封系統(tǒng)的總漏率。

本檢測(cè)方法相比較其它泄漏檢測(cè)方法具有：可以并行檢測(cè)多個(gè)密封系統(tǒng)；擴(kuò)大了示漏氣體選擇范圍；檢測(cè)過(guò)程中不需要放樣操作，消除放樣過(guò)程中密封系統(tǒng)泄漏持續(xù)進(jìn)行帶來(lái)的誤差；該檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)單，具有直接測(cè)試大氣環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。

盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)描述和說(shuō)明，但是應(yīng)該指明的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以依據(jù)本發(fā)明的精神對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用在未超出說(shuō)明書(shū)及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。