氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法被廣泛應(yīng)用于航天器的總漏率測(cè)試中, 因此研究氦質(zhì)譜非真空檢漏法具有重要的工程實(shí)際意義。本文首次詳細(xì)給出了氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法計(jì)算公式的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程, 同時(shí)討論了采用柔性收集室技術(shù)可能產(chǎn)生的一些問(wèn)題。研究結(jié)果表明: 氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法有著嚴(yán)格的理論依據(jù); 柔性收集室的技術(shù)在理論上是可行的。本文的研究結(jié)論可以為氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

　　航天器的密封性能指標(biāo)是衡量航天器質(zhì)量高低的一個(gè)重要參數(shù), 它直接地關(guān)系到航天器發(fā)射和在軌運(yùn)行的成功與否, 微小的漏孔也可能造成巨大的損失。因此, 在總裝過(guò)程中對(duì)航天器要進(jìn)行嚴(yán)格的檢漏測(cè)試^[1] 。總裝過(guò)程中的檢漏測(cè)試主要包括單點(diǎn)檢漏測(cè)試和總漏率測(cè)試。現(xiàn)階段的總漏率測(cè)試主要采用氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法, 因此, 研究氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法具有重要的工程實(shí)際意義。該方法所采用的測(cè)試系統(tǒng)主要包括收集室、檢漏儀、大氣基準(zhǔn)氣體氣源、示漏氣體采樣系統(tǒng)和漏率標(biāo)定系統(tǒng)等。其基本工作原理如下: 通過(guò)充氦設(shè)備向被檢航天器中充入He 氣, 密封好后放入收集室中, 通過(guò)大氣基準(zhǔn)氣體校準(zhǔn)檢漏儀, 測(cè)得航天器的漏率初值u1; 當(dāng)航天器在收集室中放置累積一段時(shí)間t 后, 再次測(cè)試收集室中漏出的He 氣的濃度, 得到航天器的漏率終值u2; 通過(guò)取樣系統(tǒng)在收集室中放入標(biāo)準(zhǔn)氣量w , 檢漏儀的對(duì)應(yīng)輸出為u3, 則航天器的漏率Q為^[2]

　　國(guó)外航天器已經(jīng)成功應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)四十余年,如歐洲空間局和歐洲空間中心、法國(guó)、意大利均采用相似的檢漏方法, 并先后建立了多個(gè)由剛性非真空收集室組成的檢漏系統(tǒng), 本文不再累贅, 具體可見(jiàn)文獻(xiàn)^[3] 。

　　在國(guó)內(nèi), 氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法主要由北京衛(wèi)星制造廠的閻治平研究員建立和完善的。1994年, 閻治平^[4] 初步介紹了該檢漏方法的原理, 檢漏靈敏度以及測(cè)試誤差分析, 指出了應(yīng)用該方法測(cè)試航天器總漏率的正確性和可行性, 為該種檢漏方法在國(guó)內(nèi)的傳播奠定了基礎(chǔ); 1997 年, 閻治平^{[5- 6]} 又詳細(xì)論述了該檢漏方法的原理、標(biāo)定方法、檢漏靈敏度及影響因素以及測(cè)試誤差等, 進(jìn)一步闡述了該方法的合理性。直至今日, 該檢漏方法已成功完成了十幾顆衛(wèi)星、飛船的總漏率測(cè)試, 為保證航天器的密封性能做出了重要的貢獻(xiàn)。2001 年, 閆榮鑫^[7] 在此基礎(chǔ)上又研制出非真空條件下的質(zhì)譜分析多系統(tǒng)檢漏法, 從而使得一次檢漏可以完成多個(gè)檢漏系統(tǒng)的檢漏, 大大提高了檢漏效率。

　　在以上闡述的氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法的測(cè)試系統(tǒng)中, 都需要一個(gè)剛性的收集室, 但其存在著建設(shè)費(fèi)用高, 建設(shè)周期長(zhǎng), 通用性差等缺點(diǎn), 因此, 柔性收集室的研制則應(yīng)運(yùn)而生了。1966 年, J. L. Manganaro和D. L. Hollinger^[8] 在美國(guó)加利福尼亞的噴氣動(dòng)力研究實(shí)驗(yàn)室對(duì)柔性收集室進(jìn)行了試驗(yàn)性研究, 開(kāi)創(chuàng)了柔性收集室研究的序幕。美國(guó)航天局NASA^[3] 現(xiàn)已研制出一種柔性收集室檢漏系統(tǒng), 該系統(tǒng)中的收集室由剛性支架組成, 外面包裹一層鍍鋁薄膜, 并用膠帶進(jìn)行密封。該檢漏系統(tǒng)于2002 年成功完成了Terra 號(hào)飛船發(fā)射前檢漏工作。在國(guó)內(nèi), 北京衛(wèi)星制造廠目前對(duì)柔性收集室已進(jìn)行了一些試驗(yàn)性的研究, 并開(kāi)發(fā)出了支架型 和懸掛型兩種類型的柔性收集室^[3] 。

　　縱觀以上氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀, 可見(jiàn)氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法現(xiàn)已基本成熟, 但仍有一些基礎(chǔ)性的問(wèn)題值得討論和完善。如國(guó)內(nèi)外的資料都是直接給出計(jì)算式(1) , 尚沒(méi)有資料給出式(1) 的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程; 由采用柔性收集室而帶來(lái)的收集室的密封性、體積變化等因素對(duì)檢漏測(cè)試結(jié)果的影響等問(wèn)題, 尚沒(méi)有一個(gè)定論。本文則嘗試在這些基礎(chǔ)性問(wèn)題方面做一解釋, 以期解釋這些問(wèn)題。

1、式(1) 的推導(dǎo)

1.1、逆流檢漏儀的定量研究

　　檢漏儀是氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法測(cè)試系統(tǒng)中的核心設(shè)備, 因此有必要先對(duì)檢漏儀進(jìn)行定量的研究。現(xiàn)階段所采用的檢漏儀幾乎都是逆流檢漏儀,其一般原理圖可見(jiàn)圖2。

3、結(jié)論

　　本文詳細(xì)給出了氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法計(jì)算公式的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程, 同時(shí)討論了采用柔性收集室技術(shù)可能產(chǎn)生的一些問(wèn)題。研究結(jié)果表明: 氦質(zhì)譜非真空積累檢漏法是合理的; 柔性收集室的技術(shù)在理論上是完全可行的。

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