基于质谱分析的航天器工质原位检漏技术研究

航天器推进系统、热控系统、环控系统及流体回路系统有严格的泄漏指标要求,基于质谱分析的检漏方法存在本底信号干扰及重复性较差等难点,建立了工质原位检漏方法的理论模型,分析了质谱室直接进样与分流进样的特点,确定了分流进样的技术方案;通过试验,获得了大气环境取样条件下质谱室工作压力与本底信号的关系;同时,通过氦气、氪气、氙气等标准漏孔重复性试验获得了工质气体校准系数与本底信号的关系,并验证了系统检漏灵敏度满足航天器检漏要求。     

氦质谱压力真空检漏法在高压容器检测中的优化分析

本文介绍了氦质谱压力真空检漏方法在高压容器泄漏检测中的优化分析。通过给氦质谱压力真空检漏法的集气室充气工装增加辅助抽气室,避免高压条件下充气工装泄漏造成的检漏系统本底信号过高影响,提高了氦质谱压力真空检漏方法在高压容器检测中的灵敏度和检测数据的准确性,拓展了氦质谱压力真空检漏方法的适用范围。     

热管检漏技术研究

热管是航天器热控系统中的一种核心部件,密封性要求高,一旦出现故障,就会造成航天器热控系统的完全失效。针对热管检漏方法原来的技术瓶颈,本文提出了采用基于质谱分析技术的航天器热管密封性能测试方案,建立了测试系统,并对一个热管进行了现场测试,达到了理想的技术指标要求,为将来航天器热管检漏提供了一种可行方法。     

取样管道对分子流气体分压力测量的影响

在管道吸附作用非稳态气体分析研究的基础上,提出管道末端分子流气体以单位时间碰壁数进入质谱室,由真空系统抽除的物理机理,建立了第三类边界条件的气体在管道取样分压力分布的输运方程和质谱室抽气方程,得到了质谱室分压力任意时间的分析解,研究了管道内压力、质谱室压力、稳定压力、稳定时间和分析时间、真空泵对质谱室的抽速、气体分子质量、管道长度的关系。以一些惰性气体和特定的航天器推进剂工质气体为算例,分析了取样管道对质谱分压力测量的影响。     

基于色谱分析技术的航天器热管检漏方法研究

针对航天器热控系统中热管的高密封性能要求,以及特殊的传热工质,分析现存检漏方法存在的问题,提出使用色谱分析技术对热管进行检漏。介绍了基于色谱技术的热管检漏工作原理,检漏系统设计,试验方法和数据处理等,并对工质为乙烷的气液两相、漏率在10~(-8)Pa·mμ/s量级的热管进行检漏,为将来热管以及示漏物质是特殊工质的被检件检漏工作提供参考。     

检漏容器的密封性能对航天器总漏率测试的影响研究

采用非真空氦质谱累积法进行航天器密封系统的总漏率测试时,需要检漏容器对密封系统泄漏出的氦气进行收集。本文通过理论分析,并用正压氦漏孔模拟航天器密封系统的泄漏进行试验验证,得出了检漏容器的密封性能对航天器密封系统总漏率测试的影响,为检漏容器的泄漏给出了建议指标。     

ITER绝缘线圈氦质谱压力检测优化分析

ITER将第一次在世界上实现能与未来实用聚变规模相比拟的受控热核聚变实验堆,解决通向聚变工程的很多物理和工程问题。其中超导体磁体作为国际热核聚变实验堆ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)装置的核心部件之一其制造过程中非常关键问题就是焊缝的密封性能。对于焊缝的密封性能常用检漏方法是氦质谱真空压力检漏。本文主要介绍了氦质谱压力真空检漏方法在线圈泄漏检测中的优化分析及检测步骤。通过给氦质谱压力检漏法集气室中的连接工装增加辅助机械泵,避免真空条件下连接法兰泄漏造成的检漏系统本底信号过高影响,提高了氦质谱压力真空检漏方法在线圈检测中的灵敏度和检测数据的准确性,减少了误判的几率,拓展了氦质谱压力真空检漏方法的适用范围。     

氦质谱非真空积累检漏法中几个问题的研究

氦质谱非真空积累检漏法被广泛应用于航天器的总漏率测试中,因此研究氦质谱非真空检漏法具有重要的工程实际意义。本文首次详细给出了氦质谱非真空积累检漏法计算公式的详细推导过程,同时讨论了采用柔性收集室技术可能产生的一些问题。研究结果表明:氦质谱非真空积累检漏法有着严格的理论依据;柔性收集室的技术在理论上是可行的。本文的研究结论可以为氦质谱非真空积累检漏法的工程应用提供理论依据。     

航天器氦质谱真空容器总漏率检测的灵敏度及可信度探讨

依据航天器氦质谱真空容器总漏率检测原理,讨论了检漏仪和真空容器直接相连、同真空容器主真空泵并联、在前级泵和主真空泵间等连接方式,逐项研究了总漏率测试的最小可检漏率、反应时间,分析各种连接方式的应用特点,认为对大型航天器氦质谱真空容器检漏系统,检漏仪连接在前级泵和主泵之间可得到较好的灵敏度和反应时间.通过测量不确定度的分析与评定,确定一般航天器氦质谱真空容器总漏率检测的相对标准不确定度小于10％.     

全氟三乙胺泄漏率质谱分析测试方法研究

为了确保航天器热控制系统的密封性能,针对其采用的液态工质全氟三乙胺提出了一种工质泄漏率测试方法.首先将加注工质后的航天器产品放入一非真空收集容器并进行密封,对其泄漏的全氟三乙胺进行累积收集,一定时间后,利用四极质谱仪对其浓度变化量进行测试,随后通过放样对系统进行标定,通过计算确定产品的泄漏率.通过对一支漏率已知的标准漏孔进行测试,验证了方法的可行性.经分析,优先选择质量数119的谱峰进行测试,在收集容器容积150 m3、累积时间24h工况下,最小可检漏率达0.002ml/24h,该系统对大气环境中全氟三乙胺浓度测试的灵敏度达1.4×10-9.该技术比常规的氦质谱检漏技术能更加真实反应航天器的泄漏状态.     

航天器热泵系统辐射器性能分析

由于航天器向外主要是以热辐射的方式散热,而辐射散热量与排热温度的4次方成正比,提出了采用热泵强化排热的概念。针对航天器热泵系统进行建模,分析了冷凝温度、出口过冷度以及工质类型与热泵系统质量变化情况。结果表明:冷凝温度及出口过冷度对系统质量有一定影响,且存在最佳值;不同工质的系统随参数变化表现趋势也不同;使用热泵的热控系统对减小航天器质量有很明显的效果。     

航天器推进系统漏率测试不确定度评定

基于常压氦质谱累积检漏,提出了航天器推进系统漏率测试不确定度评定方法,建立了一元一次线性数学模型,运用最小二乘法理论对比分析了氦气累积过程和漏率标定过程的A类和B类不确定度计算结果,试验验证检漏不确定度评定的影响因素,认为氦气累积过程B类不确定度对航天器推进系统漏率测试结果的不确定度评定影响较大,而B类不确定度主要来源于检测仪器的固有测试误差,同时总结了检漏仪测试数据变化量与漏率测试不确定度的关系,为提高航天器推进系统漏率计算结果精准性指明了方向。     

载人航天器舱门真空检漏设备研制

载人航天器对舱门的密封性能要求很高,其密封性能的好坏将直接影响宇航员的生命安全。为了确保舱门的密封性能,必须要进行大量的检漏试验。随着我国载人航天器的发展,需要研制大量的舱门,为了满足后续检漏任务的需要,研制了一套新型的载人航天器舱门检漏设备。新研制的设备主要由真空容器、热沉、真空抽气及检漏系统、外热流模拟系统、测控系统组成。新设备具有抽真空时间短,试验温度范围宽,检漏灵敏度高的特点,能够满足我国后续载人航天器舱门检漏试验需要。     

大型真空系统氦检漏率的快速准确检测方法

大型真空系统检漏往往耗时长、效率低。本文分析了氦气通过漏孔进入氦质谱检漏仪形成检漏信号的规律,并据此建立检漏信号数学模型,确定漏孔的最终稳态泄漏信号。基于上述分析,提出漏孔漏率的一种快速预测方法。该方法用于大型真空系统检漏能准确预测被检部位的漏率,能显著缩短检漏时间,提高检漏效率。     

一种下限为5×10^(-16)Pa·m^3/s的高精度超灵敏度检漏装置北大核心CSCD

为了解决长寿命、高可靠真空器件的封装检漏需求,研制出下限可达5×10^(-16)Pa·m^3/s的高精度超灵敏度检漏仪。当前基于动态分流原理的通用检漏仪由于引进质谱计分析室的示漏气体量小致使实际检漏下限为10^(-11)Pa·m^3/s,通过软件修正实现的检漏下限可达10^(-12)Pa·m^3/s;基于累积法的超灵敏度检漏下限可达5×10^(-15)Pa·m^3/s,该方法采用商用漏孔作为参考标准,通过线性递推得到的检漏结果偏差可达一个数量级以上,严重影响特殊应用领域器件的高可靠性和寿命。本文在原有的研究基础上,提出累积比较检漏方法。在特殊加工的累积室中对示漏He气进行累积,使其形成的分压力在质谱计测量范围内;通过对累积室内壁的特殊工艺处理获得了更小的示漏气体本底压力;用新研制的下限为5×10^(-16)Pa·m^3/s高精度流量计作为参考标准比较获得被检测器件漏率,避免传统采用自身偏差较大的漏孔作为参考标准和使用线性递推得到漏率引入的较大偏差。实验结果证明,所研制装置的检漏范围为10-12～5×10^(-16)Pa·m^3/s,检漏结果的不确定度为5. 3%～13%。     

一种下限为5×10~(-16)Pa·m~3/s的高精度超灵敏度检漏装置

为了解决长寿命、高可靠真空器件的封装检漏需求,研制出下限可达5×10~(-16)Pa·m~3/s的高精度超灵敏度检漏仪。当前基于动态分流原理的通用检漏仪由于引进质谱计分析室的示漏气体量小致使实际检漏下限为10~(-11)Pa·m~3/s,通过软件修正实现的检漏下限可达10~(-12)Pa·m~3/s;基于累积法的超灵敏度检漏下限可达5×10~(-15)Pa·m~3/s,该方法采用商用漏孔作为参考标准,通过线性递推得到的检漏结果偏差可达一个数量级以上,严重影响特殊应用领域器件的高可靠性和寿命。本文在原有的研究基础上,提出累积比较检漏方法。在特殊加工的累积室中对示漏He气进行累积,使其形成的分压力在质谱计测量范围内;通过对累积室内壁的特殊工艺处理获得了更小的示漏气体本底压力;用新研制的下限为5×10~(-16)Pa·m~3/s高精度流量计作为参考标准比较获得被检测器件漏率,避免传统采用自身偏差较大的漏孔作为参考标准和使用线性递推得到漏率引入的较大偏差。实验结果证明,所研制装置的检漏范围为10-12～5×10~(-16)Pa·m~3/s,检漏结果的不确定度为5. 3%～13%。     

真空技术及应用系列讲座 第十三讲:真空系统的检测技术

(上接2005年第1期第64页)5.4.4　质谱仪检漏法质谱检漏是最灵敏和常用的检漏技术,实际应用的质谱检漏仪都采用高灵敏磁扇形残余气体分析探头。为获得最高灵敏度,可适当降低分析器的分辨率。为此可选用质量数唯一,容易分辨并且大气内含量极少的试验气体。氦气是惰性气体,质量数为4,基本上符合要求。因此质谱检漏仪常用氦气作为试验气体,并称之为氦质谱检漏仪。这种仪器的分析器探头只对氦气分压力的变化有响应。氦质谱检漏仪最重要的技术指标是灵敏度。灵敏度是仪器输出信号的变化除以引起此变化的输入量变化。质谱仪的输出信号是表头读数,输…     

检漏收集室充气密封圈设计研究

充气密封圈是实现检漏收集室密封的关键,研究其密封性的设计具有重要的工程意义。旧检漏收集室采用的无棱充气密封圈的密封效果不佳,且密封可靠性也较差,因此,针对某收集室的新建要求,有必要对充气密封圈进行重新的设计,以提高检漏收集室的密封性及可靠性。本文首先根据充气密封圈的密封机理,设计出一种新型截面型式的充气密封圈;其次,通过有限元仿真的对比分析,得到了新旧两种不同截面型式充气密封圈密封面上的应力分布规律,并以此为基础,确定了新型截面型式充气密封圈的优越性;最后,通过对新建收集室的密封性测试试验,进一步验证了新型截面型式充气密封圈密封性和可靠性。本文的结论可以为航天器用检漏收集室充气密封圈的设计提供重要的技术支撑。     

对停流——分流进样法的基本探讨

分流进样和不分流进样是常规毛细管柱常用的两种进样方式,需要在专门设计的汽化室中进样,本文提出停流——分流法的基本依据并给出获得准确结果所需注意事项。     

刚性收集室的密封性对航天器总漏率测试结果的影响

刚性收集室是航天器总漏率测试系统的核心设备,但其密封性对测试结果的影响却鲜有研究。本文首先以刚性收集室中的氦气浓度为研究变量,通过建立和求解常微分方程定量得到了氦气浓度随时间变化的数学解析解。其次,通过对比刚性收集室泄漏与不泄漏的理想情形,得到了由于刚性收集室的密封性而导致的测试误差与时间之间的数学表达,并结合具体两例讨论了刚性收集室的密封性对检漏测试结果的影响。研究结果表明:测试结果的相对误差与被测件的泄漏率、累积时间、收集室的密封性以及有效容积均相关。本文的研究结论可以为氦质谱非真空累积检漏法的工程实施提供理论依据。