危險(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及特性
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3.2 性能指標(biāo)測(cè)試
為了得到測(cè)試系統(tǒng)的性能指標(biāo)，編制了共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試大綱和操作細(xì)則，根據(jù)大綱和操作細(xì)則對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行逐一測(cè)試，測(cè)試結(jié)果列于表1。
危險(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成功地用于長征三號(hào)系列火箭的發(fā)射試驗(yàn)，多次試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、測(cè)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(cè)試和在燃料加注過程中的共底安全監(jiān)測(cè)兩個(gè)方面。
4.1 共底真空性能測(cè)試
4.1.1共底極限壓力測(cè)定
共底極限壓力是指共底在操作規(guī)程規(guī)定的抽氣時(shí)間內(nèi)，采用規(guī)定的抽氣系統(tǒng)，共底達(dá)到的壓力。該項(xiàng)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(cè)量該項(xiàng)指標(biāo)時(shí)，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(cè)量極限壓力的最好辦法是繪制共底壓力和抽氣時(shí)間關(guān)系的曲線，根據(jù)曲線的趨勢(shì)并在規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)上，查到的對(duì)應(yīng)壓力即為所測(cè)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(shí)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(shí)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(gè)緩慢的過程。實(shí)驗(yàn)表明，這個(gè)過程需要幾個(gè)小時(shí)。為了正確測(cè)量共底漏放氣率，必須選擇足夠長的時(shí)間，通常為24 h。
共底漏放氣率測(cè)試，只有在共底抽氣足夠長時(shí)間后進(jìn)行才有意義。在共底抽氣初期（累計(jì)抽氣時(shí)間小于10 h），由于共底的大量放氣，測(cè)量的數(shù)據(jù)很難正確反映共底的真實(shí)狀態(tài)。根據(jù)大量的共底漏放氣率測(cè)試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在測(cè)試規(guī)程中規(guī)定，共底累計(jì)抽氣時(shí)間30 h后，進(jìn)行常溫下24 h共底漏放率測(cè)定。
測(cè)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(shí)間變化曲線，計(jì)算共底漏放氣率。必要時(shí)，可以分別計(jì)算漏氣率和放氣率。
4.2 燃料加注過程中共底安全監(jiān)測(cè)
在火箭低溫燃料液氫、液氧加注過程中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)共底壓力和氫濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，圖4為加注過程中共底無泄漏情況下壓力和濃度隨時(shí)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(shí)，共底的壓力迅速下降，在不到2 min時(shí)間內(nèi)，壓力下降3個(gè)數(shù)量級(jí)，這是由于共底的低溫面在液氫溫度下對(duì)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(gè)過程中，始終在1%波動(dòng)，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(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用質(zhì)譜技術(shù)對(duì)火箭危險(xiǎn)氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，經(jīng)多次發(fā)射試驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)。為了擴(kuò)大應(yīng)用范圍，系統(tǒng)可在提高檢測(cè)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(jí)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(cè)量和航天器危險(xiǎn)氣體檢測(cè)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(jì)手冊(cè).國防工業(yè)出版社，1991.
評(píng)論