渗透率对柔性收集室检漏测试结果的影响分析
柔性收集室检漏技术是氦质谱非真空积累检漏技术的一个重要分支, 因此研究柔性收集室检漏技术具有重要的工程实际意义。本文首先以柔性收集室中的氦气分压为研究变量, 通过建立和求解常微分方程定量得到了氦气分压随时间变化的数学解析解。其次, 通过比较渗透情形与理想情形, 得到了采用柔性收集室而导致的测试相对误差与时间之间的数学关系, 并结合具体两例讨论了渗透系数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、材料的渗透系数、有效容积均相关。本文的研究结论可以为柔性收集室的工程应用提供理论依据。
航天器的密封性能指标是衡量航天器质量高低的一个重要参数, 它直接地关系到航天器发射和在轨运行的成功与否。微小的漏孔也可能造成巨大的损失。因此, 在总装过程中对航天器要进行严格的检漏测试[1] 。总装过程中的检漏测试主要包括单点检漏测试和总漏率测试。现阶段的总漏率测试主要采用氦质谱非真空积累检漏法, 因此, 研究氦质谱非真空积累检漏法具有重要的工程实际意义。该方法所采用的测试系统主要包括收集室、检漏仪、大气基准气体气源、示漏气体采样系统和漏率标定系统等,如图1 所示。
真空技术网(http://www.jnannai.com/)介绍其基本工作原理如下：通过充氦设备向被检航天器中充入氦气, 密封好后放入收集室中,通过大气基准气体校准检漏仪, 测得航天器的漏率初值u1; 当航天器在收集室中放置累积一段时间t后, 再次测试收集室中漏出的氦气的浓度, 得到航天器的漏率终值u2; 通过取样系统在收集室中放入标准气量w , 检漏仪的对应输出为u3, 则航天器的漏率Q 为
图1 氦质谱非真空积累检漏法的示意图
国外航天器已经成功应用该项技术四十余年,如欧洲空间中心、法国、意大利均采用相似的检漏方法, 并先后建立了多个由刚性收集室组成的检漏系统[3] 。由于刚性收集室存在着建设费用高、建设周期长、通用性差等缺点, 因此, NASA 还研制出了一种柔性收集室, 具体可见文献[3-4] 。在文献[4] 中重点讨论了柔性收集室的密封性,体积变化等因数对检漏测试结果的影响, 没有考虑柔性收集室材料的渗透率对检漏测试结果的影响。本文则重点针对该问题展开研究, 以期定量地解决该问题。
结论
(1) 当柔性收集室的参数满足kA/lbt<=1 时, 可以不考虑柔性材料的渗透对检漏测试结果的影响;
(2) 柔性材料的渗透系数越大对检漏测试结果的影响就越大;
(3) 随着累积时间的增长, 检漏测试误差急剧变大。当采用氦质谱非真空累积检漏法时, 往往采用延长累积时间的方法来提高检漏灵敏度, 但在提高检漏灵敏度的同时却牺牲了测试的精度。
参考文献
[1] 王勇, 闫荣鑫. 航天器氦质谱吸枪检漏法的不确定度评定研究[ J] . 中国空间科学技术, 2010, 30(4) : 71-75
[2] 中国空间技术研究院. 氦质谱非真空积累检漏法[S](Q/W915- 2001) , 2001
[3] 回天力. 非真空收集器氦质谱检漏技术在航天领域的应用研究[A] . 航天五院情报课题, 2009
[4] 王勇, 邵容平, 闫荣鑫, 等. 氦质谱非真空积累检漏法中几个问题的研究[J] . 真空科学与技术学报, 2012, 32(2) : 118-12
