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空间环境模拟器真空度异常诊断系统开发
来源: | 作者:pumpzd | 发布时间: 2019-09-24 | 7 次浏览 | 分享到:

作为空间环境模拟器的重要组成部分,其一般分为粗抽与高真空两部分,在航天器热试验过程中起着模拟空间真空背景的关键作用,一旦热试验过程中出现异常,不但试验无法进行,甚至可能对航天器造成危害。本文针对大型环境模拟器试验粗抽阶段的真空度异常诊断方法进行研究,开发了真空度异常诊断系统,并将其应用在了KM7A 空间环境模拟器上,取得了良好的效果。

1、概述

  为验证航天器热设计的正确性及各个飞行阶段热控系统适应各种热环境的能力并确定热控系统的最佳热控参数,考核和验证航天器的工作能力,在航天器的研制过程中必须进行充分的地面试验,航天器真空热环境试验是在空间环境模拟器内实现的,真空是不可缺少的环境条件。一旦空间环境模拟器真空环境在建立或维持过程中出现异常,航天器产品地面模拟试验的效果将难以保证甚至有可能对航天器产品本身造成危害。例如,若真空度在粗抽阶段出现异常,则航天器在发射阶段进行的各项测试将无法全部完成。因此有必要开展热试验真空度异常诊断技术的研究,在空间环境模拟器真空度异常时,进行诊断,分析原因,及时提示试验人员进行处理,确保热试验顺利进行。

2、空间环境模拟器真空系统组成

  在大型空间环境模拟器内要实现宇宙空间的超高真空环境模拟是相当困难的,而且也没有必要这么做。从热平衡试验看,只要克服空间环境模拟器内的空气的对流和导热的影响就可满足试验要求。

  空间环境模拟器的真空系统一般由高真空系统与粗抽系统两部分组成,如下图1 所示。粗抽系统一般由多级干泵、阀门、、管道等部分组成,其在空间环境模拟器启动时工作,将容器真空度降低到高真空系统可以启动的压力;高真空系统一般由多台、阀门、真空规等部分组成,其在整个航天器热试验工况过程中一直工作,作用是维持空间环境模拟器内的真空度优于试验大纲要求值,一般为1.3×10-3 Pa。

3、真空度异常诊断方法研究

  航天器热试验阶段,空间环境模拟器的真空度从一个大气压变化到高真空(一般为10-4 Pa 量级),这期间如果环境模拟器密封不好或者真空测量系统、真空获得系统出现问题都将导致环境模拟器真空度出现异常。根据经验,真空度出现异常大多是容器密封问题所导致,例如,真空法兰上电连接器漏率过大、与容器密封不良、容器上的阀门漏率过大、容器内的热沉漏率过大等等,上述问题80%以上均可以在试验粗抽阶段反映出来,因此,空间环境模拟器真空度的异常诊断主要针对试验粗抽阶段讨论。

  根据上述分析,结合空间环境模拟器粗抽阶段的运行特点,我们总结出试验粗抽阶段真空度异常诊断的方法如下:

  a)整理空间环境模拟器不同卫星平台粗抽试验历史数据,应涵盖所有卫星平台,保证数据全面性;

  b)根据整理的历史试验数据,选择一定时间间隔,对历史数据进行分析整理,得出每个时间间隔点对应历史数据的最大值、最小值;

  c)所有的最大值形成一条曲线(高限曲线),所有的最小值形成一条曲线(低限曲线),这样所有试验数据曲线均被限定在了高、低限曲线之间;

  d)根据得到的高、低限曲线,拟合出对应的高、低限函数;

  e)得到高、低限函数后,编制真空度异常诊断程序,将试验粗抽阶段任意时刻的压力检测值与函数同一时刻对应的压力值比较,若任意时刻的真空度检测值超出此区间,则认为容器可能存在泄漏情况,需要提醒试验操作人员注意并进行相关检查。

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