危險氣體監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及特性
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3.2 性能指標(biāo)測試
為了得到測試系統(tǒng)的性能指標(biāo)，編制了共底安全監(jiān)測系統(tǒng)測試大綱和操作細(xì)則，根據(jù)大綱和操作細(xì)則對系統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行逐一測試，測試結(jié)果列于表1。
危險氣體監(jiān)測系統(tǒng)已成功地用于長征三號系列火箭的發(fā)射試驗，多次試驗證明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、測量數(shù)據(jù)迅速準(zhǔn)確，保證火箭安全發(fā)射。系統(tǒng)的應(yīng)用包括共底真空性能測試和在燃料加注過程中的共底安全監(jiān)測兩個方面。
4.1 共底真空性能測試
4.1.1共底極限壓力測定
共底極限壓力是指共底在操作規(guī)程規(guī)定的抽氣時間內(nèi)，采用規(guī)定的抽氣系統(tǒng)，共底達(dá)到的壓力。該項指標(biāo)是反應(yīng)共底漏放氣率和抽氣性能的綜合指標(biāo)。當(dāng)共底的漏放氣率確定后，共底的極限壓力主要取決于抽氣系統(tǒng)的抽速。因此，測量該項指標(biāo)時，必須保證抽氣系統(tǒng)正常工作條件：機(jī)械泵正常工作、抽氣管道不漏。
由于共底采用間斷抽氣的方法，因此，測量極限壓力的最好辦法是繪制共底壓力和抽氣時間關(guān)系的曲線，根據(jù)曲線的趨勢并在規(guī)定的時間點上，查到的對應(yīng)壓力即為所測值。圖3為典型的共底抽氣曲線。由于采用間斷抽氣，因此在每次停止抽氣時因共底夾芯玻璃鋼出氣使共底壓力增加。從曲線上可查出共底的抽氣時間和極限壓力。
圖3 典型共底抽氣曲線
◆-壓力
共底停止抽氣后，壓力按P=Qt/V變化，式中Q為共底的總漏放氣率。正常條件下，共底的放氣率占主要部分。由于受共底蜂窩夾層流導(dǎo)的限制，其放氣過程是一個緩慢的過程。實驗表明，這個過程需要幾個小時。為了正確測量共底漏放氣率，必須選擇足夠長的時間，通常為24 h。
共底漏放氣率測試，只有在共底抽氣足夠長時間后進(jìn)行才有意義。在共底抽氣初期（累計抽氣時間小于10 h），由于共底的大量放氣，測量的數(shù)據(jù)很難正確反映共底的真實狀態(tài)。根據(jù)大量的共底漏放氣率測試的實驗數(shù)據(jù)，在測試規(guī)程中規(guī)定，共底累計抽氣時間30 h后，進(jìn)行常溫下24 h共底漏放率測定。
測試方法為：關(guān)閉共底箱閥，記錄共底24 h內(nèi)的壓力，繪制壓力和時間變化曲線，計算共底漏放氣率。必要時，可以分別計算漏氣率和放氣率。
4.2 燃料加注過程中共底安全監(jiān)測
在火箭低溫燃料液氫、液氧加注過程中，監(jiān)測系統(tǒng)對共底壓力和氫濃度進(jìn)行實時監(jiān)測，圖4為加注過程中共底無泄漏情況下壓力和濃度隨時間變化曲線。
從變化曲線可以看出，在液氫加注預(yù)冷結(jié)束時，共底的壓力迅速下降，在不到2 min時間內(nèi)，壓力下降3個數(shù)量級，這是由于共底的低溫面在液氫溫度下對共底抽氣造成的。如果共底沒有泄漏，壓力一直可維持在1×10-1 Pa。氫濃度在加注整個過程中，始終在1%波動，該值可以認(rèn)為是真空系統(tǒng)的本底。
圖4 液氫、液氧加注過程共底壓力和濃度變化曲線
◆-壓力；■-氫濃度
5 結(jié) 論
危險氣體監(jiān)測系統(tǒng)采用質(zhì)譜技術(shù)對火箭危險氣體進(jìn)行監(jiān)測，經(jīng)多次發(fā)射試驗驗證，該系統(tǒng)設(shè)計基本滿足使用要求。由于配有大氣取樣裝置，系統(tǒng)還可用于大氣環(huán)境下危險氣體監(jiān)測。為了擴(kuò)大應(yīng)用范圍，系統(tǒng)可在提高檢測靈敏度、減小重量和體積、防止或減小污染等方面進(jìn)一步完善。
王榮宗：男，58歲，高級工程師，從事真空和質(zhì)譜技術(shù)研究，目前進(jìn)行空間質(zhì)譜測量和航天器危險氣體檢測工作
王榮宗（蘭州物理所 ，蘭州，730000）
孫天輝（蘭州物理所 ，蘭州，730000）
參考文獻(xiàn)
1，達(dá)道安等.真空設(shè)計手冊.國防工業(yè)出版社，1991.
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