Методы и оборудование для испытания топливных баков космических аппаратов на герметичность и испытания

В производстве КА применяются несколько вариантов испытаний изделий в стационарной ВК. Наибольшее распространение получил вариант испытаний в динамическом режиме. Испытания по этому варианту проводятся при непрекращающейся высоковакуумной откачке камеры агрегатом 13. При этом в процессе испытаний должны оставаться неизменными давление в полости ВК 5 и параметры всех систем течеискателей 1 и 2. В технологический процесс испытаний в динамическом режиме входят следующие операции:

— подготовка зоны испытаний, прием бака на участок испытаний и его внешний осмотр;

— подготовка поверхности бака, установка бака в полость ВК и сборка схемы испытаний;

— закрытие и герметизация крышки ВК;

— откачка ВК до рабочего вакуума (p

— включение и настройка течеискателей 1 и 2. Данная операция осуществляется одновременно с предыдущей;

— оценка чувствительности схемы испытаний, для чего открывают входные вентили течеискателей, фиксируют установившиеся показания течеискателей по фону пробного газа αф и величину флуктуации αфл. Открывают вентиль 8 ЭКТ 9 и фиксируют установившиеся показания течеискателя по фону пробного газа и потоку от ЭКТ α1. Закрывают вентиль ЭКТ, после чего показания течеискателя должны вернуться к значению αф, и определяют приращение показаний течеискателя αэкт, В, по потоку от ЭКТ, затем рассчитывают чувствительность схемы испытаний по контрольному газу.

Чувствительность схемы испытаний должна быть, как минимум, в 2 раза выше заданной нормы герметичности бака;

— заполнение бака контрольным газом до испытательного давления от пневмопульта. В процессе заполнения необходимо фиксировать показания течеискателей;

— подсчет негёрметичности бака по результатам измерений;

— сброс контрольного газа из бака с помощью пневмопульта, заполнение вакуумной камеры атмосферным воздухом, открытие крышки вакуумной камеры и извлечение бака;

Рис. 9. Принципиальная схема испытаний в стационарной вакуумной камере:

1,2 — масс-спектрометрические течеискатели; 3 — датчик низкого и среднего вакуумов; 4 — датчик высокого вакуума; 5 — корпус вакуумной камеры; 6 — бак: 7- вакуумметр; 8, 11, 14, 16 — вакуумные вентили: 9 — ЭКТ; 10 — пневмопульт; 12 — механический насос; 13 — высоковакуумный агрегат; 15 — форвакуумвыв насос; 17 — подставка под бак.

— поиск локальных течей (например, способом «щупа») в случае, если бак не соответствует требованиям КД. После обнаружения течей и их устранения бак вновь испытывают в вакуумной камере;

— разборка схемы испытаний, оформление технологической документации, перегрузка бака на транспортировочную тележку и отправка его для проведения последующих технологических операций.

3. Выбор варианта технологического процесса испытаний на герметичность.

От правильности выбора метода испытаний и варианта его реализации зависят как качество топливного бака, так и экономические характеристики производства. Метод, способ, вариант испытаний на герметичность должны выбираться такими, чтобы обеспечивалось качество испытаний при наименьших затратах в производстве. Основными параметрами качества испытаний являются чувствительность, точность и надежность — вероятность достоверной регистрации факта негерметичности бака.

Задача выбора вариантов испытаний на герметичность решается с учетом их рабочих характеристик на основании анализа информации, включающей в себя конструктивно-технологические характеристики испытуемого топливного бака, технико-экономические параметры, возможности производства, направление его развития.

К конструктивным характеристикам испытуемого топливного бака относятся материалы, типы соединений деталей и сборочных единиц, конструктивная прочность проверяемых элементов, объемы полостей, характер и направление силовых нагружений при эксплуатации. Важнейшей конструктивной характеристикой, в значительной степени определяющей выбор варианта испытаний, является норма герметичности.

К техническим характеристикам испытуемого топливного бака относятся степень сложности и доступности для испытаний течеискателями, условия и возможность вакуумирования, совместимость с контрольными веществами.

К технико-экономическим возможностям производства относятся наличие отработанных технологии и средств испытаний, типы, параметры и количество имеющегося испытательного оборудования, энергоемкость испытательных работ, их трудоемкость и длительность цикла, стоимость основных и вспомогательных материалов, намеченная программа выпуска изделий.

При выборе вариантов испытаний на герметичность необходимо учитывать следующие общие рекомендации:

— выбранный вариант должен обеспечивать чувствительность испытаний, как минимум, в 2 раза выше заданной в КД нормы герметичности, что позволяет гарантировать надежность выявления течей;

— выбор вариантов целесообразно проводить одновременно для всех сборочных единиц и изделия в целом, производя увязку вариантов, применяемых для испытаний разных сборочных единиц на различных стадиях испытаний;

— окончательные испытания сборочных единиц на различных этапах изготовления целесообразно осуществлять вариантами с одинаковой чувствительностью;

— перед испытаниями топливный бак целесообразно предварительно проверить герметичность менее чувствительными методами с целью исключения влияния грубых течей на качество испытаний и уменьшения трудоемкости испытаний. При этом применение предварительных методов не должно способствовать закупорке течей (что присуще гидроаналитическим методам);

— необходимо применять варианты, обеспечивающие возможность нагружения давлением, соответствующим рабочим нагрузкам во время эксплуатации топливных баков. Испытания обратным перепадом не рекомендуются;

— при выборе вариантов испытаний на последовательных стадиях сборки необходимо учитывать, что загазованность топливных баков пробным газом на первоначальных этапах испытаний может затруднить достижение необходимой чувствительности на последующих этапах. В таких случаях целесообразно на разных этапах применять варианты с разными пробными веществами или варьировать пробное вещество в рамках одного варианта.

Критериями выбора экономически целесообразного варианта из нескольких, обладающих равными техническими возможностями, могут служить минимумы приведенных затрат или длительности цикла.

Кроме технико-экономического анализа при выборе варианта испытаний необходимо учитывать требования обеспечения безопасности производственной санитарии, культуры производства.

Заключение

В данной работе были рассмотрены методы испытания топливных баков на герметичность, а так же используемое при этом оборудование.

Испытания на герметичность делятся на два главных этапа — собственно подготовку к ним и сами испытания.

Подготовка заключается в очистке поверхностей и сушкой с целью удаления из сквозных микронеплотностей влаги.

Основные методы, применяемые в настоящее время для испытаний топливных баков на герметичность следующие:

— Газогидравлические методы — пузырьковый метод, метод дисперсных масс (метод обмыливания);

— Гидроаналитическне методы — способ проникающих жидкостей;

— Газоаналитические методы — способ щупа, способ накопления при атмосферном давлении (НАД)

— Вакуумные способы.

Выбор того или иного метода зависит от конструктивно-технологических характеристик, технико-экономических параметров, а так же возможностей производства и направления его развития.

1. Беляков И. Т., Зернов И. А. Технология сборки и испытаний космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1990.

2. Мишин В. П., Карраск В. К. Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1991.

3. Паничкии Н. И., Слепушкин Ю. В., Шиикии В. П. Конструкция и проектирование космических летательных аппаратов. М.: Машиностроение. 1986.

4. А. М. Синюков. Конструкция управляемых баллистических. М.: Воениздат, 1969.

5. Разумеев В. Ф., Ковалев Б. К. Основы проектирования баллистических ракет на твердом топливе. М.: Машиностроение. 1976.

6. Александров В. А., Владимиров В. В., Дмитриев Р. Д., и др. Ракетоносители. М.: Воеинздат, 1981.

7. Тарасевич Р. М. Методы и средства проверки герметичности узлов, отсеков и систем летательных аппаратов. М.: МАИ, 1974.

8. Космодром /Под общ. ред. А. П. Вольского — М.: Воениздат, 1977.

9. Космонавтика. Энциклопедия — М.: Советская энциклопедия, 1985.

10. Пенцак И. Н. Теория полета и конструкция баллистических ракет, М., Машиностроение, 1974 г.