1、四極質(zhì)譜儀航天器單點檢漏應(yīng)用分析 本文介紹了航天器單點檢漏過程中3 種常見的單點模型，并依據(jù)航天器泄漏設(shè)計指標對單點模型的示漏氣體濃度開展分析計算。根據(jù)現(xiàn)有的四極質(zhì)譜儀裝置GAM500 對單點模型開展試驗驗證，試驗說明四極質(zhì)譜儀可測漏率滿足航天器漏率設(shè)計指標要求，可以應(yīng)用在航天器單點檢漏工藝中。 隨著航天任務(wù)不斷增加，航天器的檢漏工作量也隨之增加。目前航天器密封系統(tǒng)的檢漏試驗設(shè)備主要采用氦質(zhì)譜檢漏儀，氦質(zhì)譜檢漏儀要求檢漏介質(zhì)只能為氦氣或氫氣，限制了其在航天器檢漏工作中的應(yīng)用。由于航天器構(gòu)造復(fù)雜，密封構(gòu)造多且各自獨立，要求不同密封構(gòu)造要滿足不同的漏率指標。氦質(zhì)譜儀測試系統(tǒng)總漏率一次只能準確檢測一

2、個密封系統(tǒng)，如果航天器的不同密封系統(tǒng)能夠充進不同種示漏氣體，同時開展檢漏，縮短了航天器的檢漏周期，但是此方法是氦質(zhì)譜檢漏儀無法實現(xiàn)的。四極質(zhì)譜儀可以同時分析殘余氣體里的多種成分，利用此特性研制相應(yīng)的檢漏設(shè)備，可以對充不同示漏介質(zhì)的航天器密封系統(tǒng)開展單點檢漏，又可以同時對各密封系統(tǒng)開展總漏率測試，最大限度的縮短了航天器檢漏周期。 目前將四極質(zhì)譜儀用于航天器非真空單點檢漏在國內(nèi)應(yīng)用研究上還是空白。為了研究四極質(zhì)譜儀在航天器單點檢漏應(yīng)用中的可行性，本文對航天器單點模型和單點檢漏過程開展分析，并通過試驗對四極質(zhì)譜儀在航天器單點檢漏開展驗證。 1、單點檢漏模型分析 1.1、單點檢漏理論計算 航天器單點檢

3、漏一般是指對航天器的管路焊縫、管路螺接點、發(fā)動機電磁閥以及密封部件中局部區(qū)域開展漏率測試。檢漏的原理是首先將航天器或管路內(nèi)充相應(yīng)壓力的示漏氣體，然后用材料對被檢處開展包覆，構(gòu)成一個密閉空間(簡稱收集室)，用來收集焊縫或螺接點泄露出來的示漏氣體。通過檢漏儀器測試收集示漏氣體的濃度變化率，再測試相同環(huán)境下的正壓標準漏孔的濃度變化率，將兩測試值開展比對，可以得到被測漏點(或漏孔)的具體漏率值，其計算公式如(1)所示。 公式中的Q 是被測漏點的實測漏率，單位為Pam3/s；I1 是被測點濃度響應(yīng)值，單位為A；I0 是正壓標準漏孔響應(yīng)值，單位為A；Q0 是標準漏孔的標稱漏率，單位為Pam3/s。 由公式

4、(1)可知單點檢漏過程中，被測漏率值只與被檢漏點響應(yīng)信號與正壓標準漏孔響應(yīng)信號的比值有關(guān)，與檢漏儀本身無關(guān)。選擇合適的正壓標準漏孔可以提高被測漏點漏率值的準確度，一般正壓標準漏孔盡量選擇與被測漏點漏率值大小接近或在同一個數(shù)量級上。 示漏氣體在一定時間內(nèi)濃度累積量的大小決定檢漏儀能否檢測到示漏氣體的響應(yīng)信號。在累積時間相同情況下，用同一臺檢漏儀器開展測試，濃度越大，示漏氣體的響應(yīng)信號就會越大(I1)，對應(yīng)漏孔的漏率也就越大；如果濃度累積量小于檢漏儀器的最小可檢測值，則無法測出漏點的具體漏率值。一定時間內(nèi)收集室內(nèi)的示漏氣體濃度變化公式，如(2)所示。 公式中的C 是收集室內(nèi)示漏氣體的濃度含量，單位

5、ppm；C0 是檢漏工作環(huán)境(大氣環(huán)境)固有的示漏氣體濃度，也稱為本底，單位ppm；t 是累積時間，單位s；Q 是焊縫漏孔漏率，單位Pam3/s；V是收集空間有效體積，單位m3；P 是工作環(huán)境大氣壓，一般為101325Pa。 由公式(2)可以知被測漏點漏率的大小與收集室內(nèi)濃度累積量有關(guān)，并與檢漏儀的最小靈敏度、累積時間、收集室有效體積、檢漏工作環(huán)境本底濃度有關(guān)。收集室有效體積直接影響示漏氣體濃度量變化，檢漏儀的最小靈敏度是測試單點檢漏中最小可檢漏率的關(guān)鍵因素。在測試過程中如果檢漏工作環(huán)境中示漏氣體的本底濃度過高，則直接影響測試準確度，甚至導(dǎo)致檢漏工作無法開展，所以檢漏時必須確保周圍環(huán)境沒有示漏

6、氣源的大量泄露。 由于檢漏儀吸槍口抽氣速度一般遠大于漏點泄漏量，而收集室有效體積比較小，所以累積時間只會影響響應(yīng)信號的峰值，所以在測試過程中一般以檢漏儀穩(wěn)定后的信號值為測試準確值，則公式(2)不再適用，應(yīng)參照公式(3)，即對時間開展求導(dǎo)。 式中的CV 是收集空間的示漏氣體單位時間內(nèi)濃度增加量，單位是ppm/s。若收集室完全密封不透氣，容易造成收集室內(nèi)形成真空，影響測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。為解決此問題，在航天器單點檢漏過程中大多使用具有一定透氣性的醫(yī)用膠布和橡膠圈搭建收集室?？梢员ＷC收集室內(nèi)外壓力保持一致，不至于收集室內(nèi)形成真空。既保證了檢漏數(shù)據(jù)的準確性，又方便了檢漏工作。 1.2、焊縫檢漏 焊縫檢漏模

7、型如圖1 所示，在焊縫的兩邊安裝兩個密封橡膠圈，橡膠圈上方包裹醫(yī)用膠布，則金屬導(dǎo)管、橡膠圈以及醫(yī)用膠布之間的空間是用于收集泄露出來的示漏氣體。根據(jù)模型可以得到示漏氣體收集空間的體積公式為： 式中h1 為兩個密封橡膠圈間的距離；r1 為醫(yī)用膠布裹成柱體的半徑；r2 為金屬導(dǎo)管的外半徑。當焊縫的漏率一定時，收集空間V1 的體積越小，單位時間內(nèi)示漏氣體的濃度就會越大，檢漏儀的響應(yīng)值就會越大。 由于醫(yī)用膠布的寬度和橡膠圈的厚度固定(即h1 和r 值固定)，根據(jù)公式(4)示漏氣體收集空間的體積大小由金屬管道的粗細決定。航天器管路常見外徑( 直徑) 為4mm、6mm、8mm 以及10mm，除飛船系統(tǒng)有部分

8、特大管路外，其余管路均在此范圍內(nèi)。下面就以10mm 金屬導(dǎo)管為模型開展分析，選用的醫(yī)用膠布帶寬為10mm，密封橡膠圈的厚度為2mm，將h1=10mm， r1=7mm， r2=5mm代入公式(4)中得則收集示漏氣體的空間體積為：V1=7.510-7m3。依據(jù)航天器的焊縫漏率指標要求為不大于1.010-7 Pam3/s，則根據(jù)公式(3)可以計算出焊縫密封體積內(nèi)示漏氣體濃度增加量約為1.3ppm/s。 1.3、螺接點檢漏 圖1 焊縫檢漏模型 航天器螺接點構(gòu)造可以分為兩種形式，帶檢漏孔和不帶檢漏孔，分別如圖2 和圖3 所示。圖2是帶有檢漏孔的螺接點示意圖，其是在螺母加工過程中在退刀槽處打一對工藝孔(檢漏孔)，主要是為了方便快速檢漏工作。在螺母與接頭擰緊后，由螺母與接頭密封面泄露出來的檢漏介質(zhì)就會順著螺紋富集到退刀槽處，通過退刀槽處的檢漏小孔就可以直接測試螺接點的漏率，即退刀槽相當于收集室作用。螺紋間隙的體積和退刀槽的體積相比可以忽略不計，真空技術(shù)網(wǎng)(http:/)認為只考慮泄露出來的檢漏介質(zhì)在退刀槽處的濃度變化。 2、結(jié)論 通過對航天器單點檢漏模型研究和試驗驗證，可以得到以下結(jié)論： (1)四極質(zhì)譜儀可以應(yīng)用在航天器檢漏