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        一種快速堵漏膠修補方式在空間環(huán)境下的應用研究

        2022-02-09 13:36:30李田鑫李健龍
        現(xiàn)代鹽化工 2022年6期
        關(guān)鍵詞:漏率檢漏儀鋁箔

        陶 濤,陳 靜,陳 浩,李田鑫,季 平,李健龍

        (北京衛(wèi)星制造廠有限公司,北京 100000)

        載人航天器、空間站和其他航天器一樣,都要經(jīng)受真空、大溫差等嚴酷空間環(huán)境的長時間考驗。此外,為了保證航天器的正常運行和航天員的生命安全,空間站中航天員生活和工作的艙段要求有可靠的密封性能,一方面要求密封艙在結(jié)構(gòu)設(shè)計上選用高可靠的密封結(jié)構(gòu)和密封材料,另一方面要求在地面上進行充分的密封檢漏測試[1-3]。

        載人航天器在發(fā)射入軌和運行過程中將受到振動、真空、高低溫交變、微流星和空間碎片、原子氧、太陽輻射以及宇宙射線的相互作用,同時,由于空間站是供航天員生活和進行科學實驗的密封艙體,勢必會造成艙內(nèi)環(huán)境潮濕和腐蝕,導致艙體和密封結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)松動、變形、表面氧化、腐蝕、損傷甚至穿孔等問題,對空間站和航天員的生命安全造成潛在的威脅甚至是慘重后果[4-6]。例如20世紀60年代,蘇聯(lián)“聯(lián)盟-11號”飛船因密封艙漏氣,艙內(nèi)壓力降低,導致3名宇航員喪生;國際空間站在2004年1月和2007年11月先后發(fā)生了兩次艙體泄漏故障,航天員利用檢漏儀成功找到了漏點,并采取了相應的堵漏措施,使艙內(nèi)壓力恢復到正常水平。因此,泄漏是影響航天器正常運行的一個重要因素,更是對載人航天器的重大威脅,空間站應具備艙體泄漏和密封結(jié)構(gòu)失效情況下的泄漏定位和快速堵漏技術(shù),以減少和避免惡性事故[7-8]。

        本研究主要分析了空間站用快速堵漏膠,驗證了堵漏膠在不同壓差條件下的堵漏性能,確保航天員利用該材料能在短時間內(nèi)將漏孔封堵住,并降低較航天器密封結(jié)構(gòu)漏率,為空間站的在軌安全運行和航天員的人身安全提供保障。

        1 實驗

        1.1 材料及儀器設(shè)備

        “創(chuàng)可貼式”快速堵漏膠(纖維增強、鋁箔增強,中國科學院長春應用化學研究所);真空平板試驗工裝(Φ5 mm、Φ3 mm、Φ1 mm,自制);加壓腔體試驗工裝(Φ5 mm、Φ3 mm、Φ1 mm,自制);氦質(zhì)譜真空檢漏儀(UL1000,德國INFICON)。

        1.2 試樣準備與測試

        1.2.1 真空試驗件

        用酒精將30件真空平板試驗工裝的粘貼面擦拭干凈并晾干,分別將尺寸為100 mm×80 mm、94 mm×74 mm、82 mm×62 mm的纖維增強和鋁箔增強兩種型號“創(chuàng)可貼式”快速堵漏膠粘貼在漏孔尺寸為Φ5 mm、Φ3 mm、Φ1 mm的真空平板試驗工裝粘貼面上。在真空試驗件的非粘貼面,采用專用密封泥,將氦質(zhì)譜真空檢漏儀的接口與真空試驗件進行密封連接。參照QJ 3123—2000《氦質(zhì)譜真空檢漏方法》,對準備好的真空試驗件(見圖1)進行檢漏測試。

        圖1 粘貼堵漏膠前后的真空試驗件

        1.2.2 加壓試驗件

        用酒精將18件加壓腔體試驗工裝的粘貼面擦拭干凈并晾干,分別將尺寸為100 mm×80 mm、94 mm×74 mm、82 mm×62 mm的纖維增強和鋁箔增強兩種型號“創(chuàng)可貼式”快速堵漏膠粘貼在漏孔尺寸為Φ5 mm、Φ3 mm、Φ1 mm的加壓腔體試驗工裝粘貼面上。對加壓腔體試驗工裝進行密封裝配,再將加壓設(shè)備與腔體試驗工裝連接。參照QJ 3089—1999《氦質(zhì)譜正壓檢漏方法》對準備好的加壓試驗件(見圖2)進行檢漏測試。

        圖2 粘貼堵漏膠前后的加壓試驗件

        2 結(jié)果與討論

        2.1 單點真空漏率檢測試驗

        為驗證空間站創(chuàng)可貼式專用堵漏膠的堵漏效果,本研究采用氦質(zhì)譜真空檢漏儀模擬堵漏膠的空間使用環(huán)境,對堵漏后的孔洞區(qū)域漏率進行檢測。按照《空間站在軌艙壓監(jiān)測及快速堵漏方案論證技術(shù)要求》,堵漏后漏率應小于1×10-7Pa·m3/s。采用氦質(zhì)譜真空檢漏儀對采用不同規(guī)格堵漏膠堵漏后的平板試驗件進行真空漏率檢測,圖3為氦質(zhì)譜真空檢漏儀單點真空檢漏試驗過程。

        圖3 氦質(zhì)譜真空檢漏儀單點真空檢漏試驗過程

        圖3顯示,鋁箔增強型“創(chuàng)可貼式”堵漏膠較好地滿足了真空漏率指標要求,漏率遠低于1×10-7Pa·m3/s,表現(xiàn)出良好的堵漏效果。值得注意的是,當孔洞尺寸增大到Φ5 mm時,不同于鋁箔增強型堵漏膠的真空漏率仍滿足漏率指標要求,碳布增強型堵漏膠的真空漏率顯著增加且超出漏率指標。由此可見,鋁箔增強型堵漏膠的堵漏效果更好。

        2.2 單點加壓漏率檢測試驗

        為了進一步驗證空間站創(chuàng)可貼式專用堵漏膠在更大壓差下的堵漏效果,本試驗設(shè)計了帶有孔洞的可加壓腔體試驗件,采用空間站創(chuàng)可貼式專用堵漏膠對腔體孔洞堵漏后進行加壓,利用氦質(zhì)譜真空檢漏儀對堵漏后腔體外面的孔洞區(qū)漏率進行檢測,漏率要小于1×10-7Pa·m3/s。

        對試驗件組件的腔體內(nèi)進行加壓,保證堵漏膠所受壓差為0.3 MPa并保持1 h,采用氦質(zhì)譜真空檢漏儀對加壓后的試驗件外部孔洞區(qū)域進行漏率檢測,試驗件腔體加壓以及氦質(zhì)譜真空檢漏儀正壓檢漏試驗過程如圖4所示,檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

        圖4 試驗件腔體加壓及氦質(zhì)譜真空檢漏儀正壓檢漏試驗過程

        由表1數(shù)據(jù)可知,鋁箔增強型空間站創(chuàng)可貼式專用堵漏膠可以滿足加壓漏率要求,表現(xiàn)出良好的堵漏效果。相比之下,碳布增強型空間站創(chuàng)可貼式專用堵漏膠的堵漏效果不太理想,當孔洞尺寸增大到Φ3 mm或更大時,出現(xiàn)了堵漏膠損壞的情況(見圖4)。因此,就堵漏膠的增強體而言,鋁箔的增強效果優(yōu)于碳布,在《空間站在軌艙壓監(jiān)測及快速堵漏方案論證技術(shù)要求》中,該結(jié)論與2.1部分的試驗結(jié)果一致。

        表1 腔體試驗件單點加壓漏率測試結(jié)果

        續(xù)表1

        3 結(jié)語

        鋁箔增強型“創(chuàng)可貼式”快速堵漏膠在真空和更大壓差的條件下,均可滿足對孔洞“≤Φ5 mm”的堵漏要求,有望對載人空間站和載人航天器在軌運行過程中產(chǎn)生的孔洞進行快速堵漏,為載人空間站和載人航天器的安全運行提供保障。

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