CN109341971A - 一种低冲击空间对接密封泄漏测试*** - Google Patents

一种低冲击空间对接密封泄漏测试*** Download PDF

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Abstract

一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，包括空间对接密封泄漏测试装置、加热/制冷循环机、高压氦气瓶和真空氦质谱检漏仪。加热/制冷循环机用于提供各种温度条件下的模拟试验环境；高压氦气瓶一方面为建立舱内试验压力提供气源，另一方面为泄漏检测提供失踪气体；真空氦质谱检漏仪一方面建立太空真空环境，另一方面测试低冲击空间对接密封试件的密封泄漏率；空间对接密封泄漏测试装置用于安装低冲击空间对接密封试件，模拟低冲击空间对接密封装置对接完成后的工作状态，开展各种对接工况下的泄漏率检测试验。本发明能够模拟各种太空工况环境，在地面对密封性能进行充分验证。

Description

一种低冲击空间对接密封泄漏测试***
技术领域
本发明涉及一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，适用于开展航天器新型低冲击空间对接密封装置的泄漏率检测试验，验证其不同工况下的密封性能，属于航天器空间对接领域。
背景技术
包括我国在内的各航天大国均在研制具有低冲击、高可靠性、规范性、多功能性、轻质高效以及智能化等典型技术特征的新一代航天器空间对接***，因其最大特点为柔性对接，对接接触过程撞击载荷较小，故将新一代航天器空间对接***统称为低冲击对接***(具体结构形式各国均不相同)。
密封是航天器空间交会对接过程的主要环节之一，追踪飞行器和目标飞行器对齐拉紧后，两个对接***进行密封、锁合并建立刚性连接，形成一个密封的输送通道。安装在两对接***接口处的对接密封装置即是保证对接密封性能的主要部件，该装置除保证对接过程及完成后舱内空气等物质的极低泄漏外，还应在太空环境下具有低载荷、易对接、易分离、冗余密封以及反复使用等特性。泄漏率是空间对接密封装置的主要性能指标之一，在其产品研制过程中，需开发试验***模拟各种太空工况环境，在地面对密封性能进行充分验证。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，能够模拟各种太空工况环境，在地面对密封性能进行充分验证。
本发明的技术解决方案是：
一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，包括空间对接密封泄漏测试装置、加热/制冷循环机、高压氦气瓶和真空氦质谱检漏仪；
加热/制冷循环机与空间对接密封泄漏测试装置连接，用于为低冲击空间对接密封试件提供各种温度条件下的模拟试验环境；
高压氦气瓶与空间对接密封泄漏测试装置连接，一方面为空间对接密封泄漏测试装置建立舱内试验压力提供气源，另一方面为泄漏检测提供失踪气体；
真空氦质谱检漏仪与空间对接密封泄漏测试装置连接，一方面为空间对接密封泄漏测试装置建立太空真空环境，另一方面测试低冲击空间对接密封试件的密封泄漏率；
空间对接密封泄漏测试装置用于安装低冲击空间对接密封试件，模拟低冲击空间对接密封装置对接完成后的工作状态，开展各种对接工况下的泄漏率检测试验。
空间对接密封泄漏测试装置包括上定位板、上绝热板组件、上密封板组件、下密封板组件、下绝热板组件、下定位板和基座；所述上定位板、上绝热板组件、上密封板组件、下密封板组件、下绝热板组件、下定位板均为环状结构；
上定位板、上绝热板组件、上密封板组件、下密封板组件、下绝热板组件和下定位板组件依次叠放，并通过多组螺栓组件紧固连接，下定位板固定在基座上；
上绝热板组件用于阻止上密封板组件内热量向外传递，下绝热板组件用于阻止下密封板组件内热量向外传递，以保证空间对接密封泄漏测试装置内温度稳定。
下密封板组件包括下密封卡板和下加热/制冷板，下密封卡板和下加热/制冷板均为环状结构；
下密封卡板上开有凹槽，在所述凹槽内，沿下密封卡板圆心向外依次放置第一内填充环、下对接密封试件和第一外填充环；
下密封卡板内部设计有真空抽吸通道，所述真空抽吸通道一端通过下密封卡板侧壁上的真空氦质谱检漏仪接管嘴与真空氦质谱检漏仪连接；在下密封卡板上凹槽外径处开有第一通孔，所述第一通孔作为真空抽吸通道另一端；
下密封卡板内部设计有高压气体通道，所述高压气体通道一端通过下密封卡板侧壁上的高压氦气瓶接管嘴与高压氦气瓶连接，在双道O形密封圈和凹槽之间的下密封卡板上开有第二通孔，所述第二通孔作为高压气体通道的另一端；
下密封卡板和下加热/制冷板通过螺钉连接。
下密封卡板外径上表面设置有第一O形密封圈，内径上表面设置有第一双道O形密封圈。
下密封卡板和下加热/制冷板内、外径均采用O形密封圈密封。
上密封板组件包括上密封卡板和上加热/制冷板；
上密封卡板中心位置处上开有凹槽，上对接密封试件、第二内填充环、第二外填充环放置于凹槽内，且第二内填充环套在上对接密封试件外侧，第二外填充环套在第二内填充环外侧；
上密封卡板和上加热/制冷板通过螺钉连接。
上密封卡板和上加热/制冷板内、外径均采用O形密封圈密封。
所述上加热/制冷板和下加热/制冷板结构相同，均包括内介质循环板、绝热板和外介质循环板，内介质循环板、绝热板和外介质循环板均为环状结构，内介质循环板上加工有内介质环形槽，外介质循环板上加工有外介质环形槽，绝热板位于内介质循环板和外介质循环板之间；外介质循环板内部加工有第一冷却/加热工质通道，所述第一冷却/加热工质通道一端与外介质环形槽相通，另一端通过第一加热/制冷循环机接口与加热/制冷循环机连接，用于为对接密封试件外径建立所需的试验环境温度。
下加热/制冷板上加工有第二冷却/加热工质通道，所述第二冷却/加热工质通道一端与内介质环形槽相通，另一端通过第二加热/制冷循环机接口与加热/制冷循环机连接，用于为对接密封试件内径建立所需的试验环境温度。
上加热/制冷板上加工有第三冷却/加热工质通道，所述第三冷却/加热工质通道一端与内介质环形槽相通，另一端通过第三加热/制冷循环机接口与加热/制冷循环机连接，用于为对接密封试件内径建立所需的试验环境温度。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明低冲击空间对接密封泄漏测试***可以模拟航天器新型低冲击空间对接密封装置空间对接过程舱内外压力、温度环境，开展各种工况下的泄漏率测试试验，以评价和验证低冲击空间对接密封装置的产品性能及使用过程的工作性能，解决了目前没有同种功能产品或技术方案的问题。
附图说明
图1为本发明对接密封泄漏测试***组成框图；
图2为空间对接密封泄漏测试装置示意图；
图3为下密封板组件示意图，其中(a)示出了真空抽吸通道，(b)示出了高压气体通道；
图4为上密封板组件示意图；
图5为上加热/制冷板和下加热/制冷板示意图，其中(a)示出了第一冷却/加热工质通道，(b)示出了第二冷却/加热工质通道。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，包括空间对接密封泄漏测试装置、加热/制冷循环机、高压氦气瓶和真空氦质谱检漏仪。
加热/制冷循环机，可模拟低冲击空间对接密封装置空间对接过程中所面临的高、低温及温度交变工况环境，满足低冲击空间对接密封试验件各种温度条件下的模拟试验环境要求。加热/制冷循环机具有加热和制冷双重功能，可根据需求在-150～+300℃范围内自动加热或制冷至指定温度，并可长时间保持温度恒定。低冲击空间对接密封泄漏测试装置设计有四个加热/制冷循环机的接口，可为低冲击空间对接密封试件提供各种温度条件下的模拟试验环境。
高压氦气瓶一方面为低冲击空间对接密封泄漏测试装置建立舱内试验压力提供气源，另一方面为泄漏检测提供失踪气体，试验压力可在0～10MPa范围内自动调节。真空氦质谱检漏仪一方面为低冲击空间对接密封泄漏测试装置建立太空真空环境，另一方面测试密封泄漏率，可根据试验要求在1.0×10-1～10-8Pa范围内调节真空度。
空间对接密封泄漏测试装置用于安装低冲击空间对接密封试件，模拟低冲击空间对接密封装置对接完成后的工作状态，开展各种对接工况下的泄漏率检测试验。
具体地，如图2所示，空间对接密封泄漏测试装置包括上定位板1、上绝热板组件2、上密封板组件3、下密封板组件4、下绝热板组件5、下定位板6和基座7；上定位板1、上绝热板组件2、上密封板组件3、下密封板组件4、下绝热板组件5、下定位板6均为环状结构。
上定位板1、上绝热板组件2、上密封板组件3、下密封板组件4、下绝热板组件5和下定位板6组件依次叠放，并通过多组螺栓组件紧固连接，下定位板6通过螺栓组件8固定在基座7上。
上绝热板组件2用于阻止上密封板组件3内热量向外传递，下绝热板组件5用于阻止下密封板组件4内热量向外传递，以保证空间对接密封泄漏测试装置内温度稳定；上定位板1、下定位板6、螺栓组件9、10、11、12用于实现定位以及提供各种密封载荷。
如图3所示，下密封板组件4包括下密封卡板41和下加热/制冷板48，下密封卡板41和下加热/制冷板48均为环状结构。
下密封卡板41上开有凹槽，在所述凹槽内，沿下密封卡板41圆心向外依次放置第一内填充环45、下对接密封试件14和第一外填充环43；
下密封卡板41外径上表面设置有第一O形密封圈42，内径上表面设置有第一双道O形密封圈46；
下密封卡板41和下加热/制冷板48通过螺钉15连接，下密封卡板41和下加热/制冷板48内径采用O形密封圈47、外径采用O形密封圈49密封；
如图3中(a)所示，下密封卡板41内部设计有真空抽吸通道，所述真空抽吸通道一端通过下密封卡板41侧壁上的真空氦质谱检漏仪接管嘴410与真空氦质谱检漏仪连接；在下密封卡板41上凹槽外径处开有第一通孔，第一通孔作为真空抽吸通道另一端。
低冲击空间对接密封试件和下密封卡板外径处的O形密封圈分别封闭了内径方向和外径方向的泄漏通道，之间形成了一个密闭空间，外接真空氦质谱检漏仪之后，利用其真空泵的抽吸功能，可将该密闭空间抽吸至指定真空度。另外，真空抽吸通道也是检漏通道，从低冲击空间对接密封试件内侧(舱内)向外侧(舱外)泄漏的微量气体，将全部通过该通道至真空氦质谱检漏仪，利用其检漏功能，可测试低冲击空间对接密封试件的实际泄漏率。
如图3中(b)所示，下密封卡板41内部设计有高压气体通道，所述高压气体通道一端通过下密封卡板41侧壁上的高压氦气瓶接管嘴411与高压氦气瓶连接，在双道O形密封圈6和凹槽之间的下密封卡板41上开有第二通孔，所述第二通孔作为高压气体通道的另一端。
高压气体通道(含高压氦气瓶接管嘴)，用于建立低冲击空间对接密封试件内径(舱内)处的环境高压，此处高压相对太空的真空环境而言，当前用到的实际最高试验压力只有5个大气压。低冲击空间对接密封试件和下密封卡板内径处的双道O形密封圈分别封闭了外径方向和内径方向的泄漏通道，之间形成了一个密闭空间，外接高压氦气瓶后，可利用氦气瓶中的氦气建立所需要的环境压力。
如图4所示，上密封板组件3包括上密封卡板31和上加热/制冷板32。上密封卡板31中心位置处上开有凹槽，上对接密封试件13、第二内填充环33、第二外填充环35放置于凹槽内，且第二内填充环33套在上对接密封试件13外侧，第二外填充环35套在第二内填充环33外侧。上密封卡板31和上加热/制冷板32通过螺钉连接，上密封卡板31和上加热/制冷板32内径采用O形密封圈36、外径采用O形密封圈37密封。
上加热/制冷板32和下加热/制冷板48结构相同，如图5所示，均包括内介质循环板481、绝热板482和外介质循环板483，内介质循环板481、绝热板482和外介质循环板483均为环状结构，内介质循环板481上加工有内介质环形槽，外介质循环板483上加工有外介质环形槽，绝热板482位于内介质循环板481和外介质循环板483之间。
外介质循环板483内部加工有第一冷却/加热工质通道，第一冷却/加热工质通道一端与外介质环形槽相通，另一端通过第一加热/制冷循环机接口与加热/制冷循环机连接，利用加热/制冷循环机为对接密封试件外径建立所需的试验环境温度。如图5中(a)所示。
下加热/制冷板48上加工有第二冷却/加热工质通道，所述第二冷却/加热工质通道一端与内介质环形槽相通，另一端通过第二加热/制冷循环机接口与加热/制冷循环机连接，利用加热/制冷循环机可为低冲击空间对接密封试件内径(舱内)建立所需的试验环境温度。如图5中(b)所示。
上加热/制冷板32上加工有第三冷却/加热工质通道，所述第三冷却/加热工质通道一端与内介质环形槽相通，另一端通过第三加热/制冷循环机接口与加热/制冷循环机连接，用于为对接密封试件内径建立所需的试验环境温度。如图5中(b)所示。
绝热板482位于内介质循环板481和外介质循环板483之间。低冲击空间对接密封试件内、外的试验环境温度，既可相同，也可不同。
本发明空间对接密封泄漏测试装置低冲击空间对接密封泄漏测试装置具有通用性，可满足当前及计划研制各种规格产品的试验需要。本发明通过高压氦气瓶，可模拟低冲击空间对接密封装置空间对接过程中的舱内压力环境和舱外真空环境，满足低冲击空间对接密封试验件各种工况下的环境压力模拟试验要求。本发明利用真空氦质谱检漏法在线检测低冲击空间对接密封试件试验过程的密封泄漏率，满足其测试范围及精度要求。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，其特征在于：包括空间对接密封泄漏测试装置、加热/制冷循环机、高压氦气瓶和真空氦质谱检漏仪；
加热/制冷循环机与空间对接密封泄漏测试装置连接，用于为低冲击空间对接密封试件提供各种温度条件下的模拟试验环境；
高压氦气瓶与空间对接密封泄漏测试装置连接，一方面为空间对接密封泄漏测试装置建立舱内试验压力提供气源，另一方面为泄漏检测提供失踪气体；
真空氦质谱检漏仪与空间对接密封泄漏测试装置连接，一方面为空间对接密封泄漏测试装置建立太空真空环境，另一方面测试低冲击空间对接密封试件的密封泄漏率；
空间对接密封泄漏测试装置用于安装低冲击空间对接密封试件，模拟低冲击空间对接密封装置对接完成后的工作状态，开展各种对接工况下的泄漏率检测试验。
2.根据权利要求1所述的一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，其特征在于：空间对接密封泄漏测试装置包括上定位板(1)、上绝热板组件(2)、上密封板组件(3)、下密封板组件(4)、下绝热板组件(5)、下定位板(6)和基座(7)；所述上定位板(1)、上绝热板组件(2)、上密封板组件(3)、下密封板组件(4)、下绝热板组件(5)、下定位板(6)均为环状结构；
上定位板(1)、上绝热板组件(2)、上密封板组件(3)、下密封板组件(4)、下绝热板组件(5)和下定位板(6)组件依次叠放，并通过多组螺栓组件紧固连接，下定位板(6)固定在基座(6)上；
上绝热板组件(2)用于阻止上密封板组件(3)内热量向外传递，下绝热板组件(5)用于阻止下密封板组件(4)内热量向外传递，以保证空间对接密封泄漏测试装置内温度稳定。
3.根据权利要求2所述的一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，其特征在于：下密封板组件(4)包括下密封卡板(41)和下加热/制冷板(48)，下密封卡板(41)和下加热/制冷板(48)均为环状结构；
下密封卡板(41)上开有凹槽，在所述凹槽内，沿下密封卡板(41)圆心向外依次放置第一内填充环(45)、下对接密封试件(14)和第一外填充环(43)；
下密封卡板(41)内部设计有真空抽吸通道，所述真空抽吸通道一端通过下密封卡板(41)侧壁上的真空氦质谱检漏仪接管嘴(410)与真空氦质谱检漏仪连接；在下密封卡板(41)上凹槽外径处开有第一通孔，所述第一通孔作为真空抽吸通道另一端；
下密封卡板(41)内部设计有高压气体通道，所述高压气体通道一端通过下密封卡板(41)侧壁上的高压氦气瓶接管嘴(411)与高压氦气瓶连接，在双道O形密封圈(6)和凹槽之间的下密封卡板(41)上开有第二通孔，所述第二通孔作为高压气体通道的另一端；
下密封卡板(41)和下加热/制冷板(48)通过螺钉连接。
4.根据权利要求3所述的一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，其特征在于：下密封卡板(41)外径上表面设置有第一O形密封圈(42)，内径上表面设置有第一双道O形密封圈(46)。
5.根据权利要求4所述的一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，其特征在于：下密封卡板(41)和下加热/制冷板(48)内、外径均采用O形密封圈密封。
6.根据权利要求2所述的一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，其特征在于：上密封板组件(3)包括上密封卡板(31)和上加热/制冷板(32)；
上密封卡板(31)中心位置处上开有凹槽，上对接密封试件(13)、第二内填充环(33)、第二外填充环(35)放置于凹槽内，且第二内填充环(33)套在上对接密封试件(13)外侧，第二外填充环(35)套在第二内填充环(33)外侧；
上密封卡板(31)和上加热/制冷板(32)通过螺钉连接。
7.根据权利要求6所述的一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，其特征在于：上密封卡板(31)和上加热/制冷板(32)内、外径均采用O形密封圈密封。
8.根据权利要求3或6所述的一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，其特征在于：所述上加热/制冷板(32)和下加热/制冷板(48)结构相同，均包括内介质循环板(481)、绝热板(482)和外介质循环板(483)，内介质循环板(481)、绝热板(482)和外介质循环板(483)均为环状结构，内介质循环板(481)上加工有内介质环形槽，外介质循环板(483)上加工有外介质环形槽，绝热板(482)位于内介质循环板(481)和外介质循环板(483)之间；外介质循环板(483)内部加工有第一冷却/加热工质通道，所述第一冷却/加热工质通道一端与外介质环形槽相通，另一端通过第一加热/制冷循环机接口与加热/制冷循环机连接，用于为对接密封试件外径建立所需的试验环境温度。
9.根据权利要求8所述的一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，其特征在于：下加热/制冷板(48)上加工有第二冷却/加热工质通道，所述第二冷却/加热工质通道一端与内介质环形槽相通，另一端通过第二加热/制冷循环机接口与加热/制冷循环机连接，用于为对接密封试件内径建立所需的试验环境温度。
10.根据权利要求8所述的一种低冲击空间对接密封泄漏测试***，其特征在于：上加热/制冷板(32)上加工有第三冷却/加热工质通道，所述第三冷却/加热工质通道一端与内介质环形槽相通，另一端通过第三加热/制冷循环机接口与加热/制冷循环机连接，用于为对接密封试件内径建立所需的试验环境温度。
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