本發(fā)明屬于航天器總裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及航天器密封艙艙體的管路穿艙法蘭。

背景技術(shù)：

穿艙法蘭是實(shí)現(xiàn)航天器密封艙體內(nèi)外管路連接的主要形式，對于管路系統(tǒng)復(fù)雜的航天器，其使用的管路穿艙法蘭能夠多達(dá)幾十個(gè)。穿艙法蘭的密封性能對密封艙體內(nèi)介質(zhì)的保壓及泄漏造成具有至關(guān)重要的作用，對于沒有供氣保壓功能的自密封航天器，密封艙體內(nèi)的氣體介質(zhì)泄漏，將直接影響艙內(nèi)的壓力及熱控環(huán)境，造成艙內(nèi)所搭載試驗(yàn)載荷的失效；對于具有供氣保壓的航天器，穿艙法蘭造成的介質(zhì)泄漏，將造成供氣系統(tǒng)所攜帶的大量氣體流失，艙壓供應(yīng)不足，若密封艙內(nèi)為有人員參與的航天活動，會對航天員的生命造成威脅；航天器在軌運(yùn)行處于向陽側(cè)和背陽側(cè)時(shí)，其艙體結(jié)構(gòu)會存在很大的溫差，能否延緩艙體結(jié)構(gòu)的高低溫效應(yīng)傳遞至管路系統(tǒng)與穿艙法蘭的熱傳導(dǎo)特性具有直接的關(guān)系，管路系統(tǒng)內(nèi)流通的多為液體工質(zhì)，若艙體結(jié)構(gòu)的低溫在管路熱控還未發(fā)揮作用時(shí)，已經(jīng)沿穿艙法蘭迅速傳遞至管路，則過低的溫度會造成液體的局部凝固而堵塞管路，截?cái)嗾麄€(gè)管路系統(tǒng)的流通，若管路內(nèi)流經(jīng)的是推進(jìn)劑，則會造成航天器動力系統(tǒng)的失效。

綜上所述，航天器密封艙體管路穿艙法蘭不僅需要具有高度的密封性能，且需要具備高熱阻特性。穿艙法蘭的高密封性能一般通過如下3種方式保證：(1)選用沒有氣孔、夾雜和裂紋的高致密性材料；(2)法蘭加工過程中對切削、銑削等的控制要求，不允許對材料造成劃傷、擠壓等二次損傷破壞；(3)穿艙法蘭加工完成后，對穿艙管路段和內(nèi)腔進(jìn)行正壓氦質(zhì)譜檢漏，對焊縫進(jìn)行真空氦質(zhì)譜檢漏。航天器總裝設(shè)計(jì)中對提高法蘭的高熱阻特性主要采用如下2種措施：(1)在法蘭和結(jié)構(gòu)間增加非金屬的隔熱墊；(2)使用F46板或玻璃鋼板等非金屬材料加工成沒有支撐強(qiáng)度要求的法蘭。密封艙體管路穿艙法蘭與結(jié)構(gòu)的密封連接采用金屬面對接，內(nèi)嵌O形密封圈的形式，所以為提高穿艙法蘭的熱阻特性，在法蘭與結(jié)構(gòu)間增加非金屬的隔熱墊，不能滿足穿艙法蘭與艙體的密封連接；若選用非金屬材料的隔熱穿艙法蘭，除不能滿足穿艙管路的支撐強(qiáng)度外，也無法滿足法蘭能連接的密封性。

目前，在航天器總裝設(shè)計(jì)中，密封艙管路的穿艙法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均采用普通法蘭面、兩側(cè)伸出一定長度的管路螺接或焊接段的形式，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，既可以滿足穿艙管路強(qiáng)度支撐，又能夠?qū)崿F(xiàn)法蘭面與艙體結(jié)構(gòu)連接的密封性，但艙體的溫度可以近乎沒有延遲的通過法蘭平面即直接傳遞至管路，此種結(jié)構(gòu)形式的法蘭不具備高熱阻特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種用于航天器密封艙體管路穿艙的高熱阻穿艙法蘭及安裝方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：高熱阻的密封艙管路穿艙法蘭，它包括：杯狀法蘭座、導(dǎo)管以及支撐墊圈；

杯狀法蘭座包括：筒形杯身以及法蘭盤；法蘭盤的中心設(shè)有通孔，杯身的開口端焊接在法蘭盤的端面上；法蘭盤的端面上還周向的設(shè)有與艙體結(jié)構(gòu)連接用的安裝孔；

導(dǎo)管一端穿過杯狀法蘭座中杯身杯底，并進(jìn)行焊接固定，另一端穿過法蘭盤的中心通孔，并通過支撐墊圈填補(bǔ)導(dǎo)管與法蘭盤的中心通孔間的空隙；支撐墊圈上周向均布有通氣孔。

本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是：高熱阻的密封艙管路穿艙法蘭的加工方法，包括以下步驟：

A.杯狀法蘭座的杯身外徑設(shè)計(jì)為法蘭盤直徑的1/2，杯身高度與法蘭盤的直徑相等；法蘭盤端面圓周均布有4～6個(gè)安裝孔，用于與艙體結(jié)構(gòu)的密封連接；杯狀法蘭座的材料與航天器穿艙管路材料相同，在加工成型之前對毛坯料進(jìn)行探傷，要求所選用的毛坯料內(nèi)部無夾雜、無氣孔，表面無裂紋和壓痕，然后采用切削和銑削一體機(jī)加成型；

B.按照設(shè)定長度截取航天器管路系統(tǒng)的導(dǎo)管，完成探傷和清洗后將導(dǎo)管從杯狀法蘭座的底部開孔穿過，杯底側(cè)預(yù)留的導(dǎo)管長度只需滿足管路焊接的最短長度要求即可，穿過杯身的導(dǎo)管長度突出杯口端的底面，突出長度也需滿足管路焊接的最短長度要求；選定導(dǎo)管與杯狀法蘭座的結(jié)合位置后，導(dǎo)管周向與杯底采用Ⅱ級焊縫的標(biāo)準(zhǔn)完成焊接，焊縫高度不得高于3mm；

C.杯狀法蘭座與導(dǎo)管完成焊接固定后，對杯身內(nèi)腔進(jìn)行正壓氦質(zhì)譜檢漏，充壓大小為杯狀法蘭座在軌承受密封艙內(nèi)最大壓力的2倍，漏率指標(biāo)不得高于1×10^-6Pa·m³/s；對導(dǎo)管與杯狀法蘭座的焊縫進(jìn)行真空氦質(zhì)譜檢漏，漏率指標(biāo)不得高于1×10^-7Pa·m³/s；

D.支撐墊圈的外側(cè)周向與法蘭座的中心通孔間隙配合，并使用Redux 420進(jìn)行膠接；支撐墊圈中心開有導(dǎo)管間隙配合的通孔；

E.在支撐墊圈端面周向均布開設(shè)3個(gè)直徑為Φ2.5mm的通氣孔。

有益效果：1.本發(fā)明中對導(dǎo)管設(shè)計(jì)有輔助用的支撐墊圈，可對余量過長的導(dǎo)管進(jìn)行固定，導(dǎo)管的自由端長度僅需要滿足最短的焊接需求即可，可以有效降低穿艙管路在航天器發(fā)射階段的響應(yīng)；

2.本發(fā)明中的杯狀法蘭座具有高熱阻特性，采用高聳杯身式設(shè)計(jì)，能夠延長航天器艙體結(jié)構(gòu)的熱量傳遞至導(dǎo)管的路徑，有效的減緩了熱量的傳遞效能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的剖視圖；

圖3為圖2的A-A向視圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，參見附圖：高熱阻的密封艙管路穿艙法蘭，它包括：杯狀法蘭座1、導(dǎo)管2以及支撐墊圈3；

杯狀法蘭座1包括：筒形杯身以及由杯身開口的軸肩形成的法蘭座；杯身的外徑為法蘭座直徑的1/2，杯身的高度等于法蘭座的直徑；法蘭座的中心設(shè)有通孔，杯身的開口端焊接在法蘭座的端面上；法蘭座的端面上還周向的設(shè)有與艙體結(jié)構(gòu)連接用的安裝孔；

導(dǎo)管2一端穿過杯狀法蘭座1中杯身杯底，并進(jìn)行焊接固定，另一端穿過法蘭座的中心通孔，并通過支撐墊圈3填補(bǔ)導(dǎo)管2與法蘭座的中心通孔間的空隙；支撐墊圈3上周向均布有通氣孔。

進(jìn)一步的，支撐墊圈3采用玻璃鋼材質(zhì)，且與導(dǎo)管2之間為間隙配合。

利用本發(fā)明與艙體結(jié)構(gòu)采用螺接密封，與星上管路系統(tǒng)焊接，焊接后可與管路系統(tǒng)一同裝星，穿艙管路連接點(diǎn)的漏率由原螺接形式的1×10^-6Pa·m³/s降低為焊接1×10^-7Pa·m³/s。

實(shí)施例2，高熱阻的密封艙管路穿艙法蘭的加工方法，包括以下步驟：

A.杯狀法蘭座1的杯身外徑設(shè)計(jì)為法蘭盤直徑的1/2，杯身高度與法蘭盤的直徑相等，或者根據(jù)被動熱控對熱阻的需求進(jìn)行杯身直徑及杯身高度尺寸的設(shè)計(jì)；法蘭盤端面圓周均布有4～6個(gè)安裝孔，用于與艙體結(jié)構(gòu)的密封連接；杯狀法蘭座1的材料與航天器穿艙管路材料相同，在加工之前需要對毛坯料進(jìn)行探傷，要求所選用的毛坯料內(nèi)部無夾雜、無氣孔，表面無裂紋和壓痕，采用切削和銑削一體機(jī)加成型，加工過程中嚴(yán)格控制刀具的進(jìn)給量和進(jìn)給速度，以防對法蘭座造成擠壓和劃傷等二次損傷；

B.按照長度需求截取航天器管路系統(tǒng)的導(dǎo)管2，完成探傷和清洗后將導(dǎo)管2從杯狀法蘭座1的底部開孔穿過，杯底側(cè)的預(yù)留導(dǎo)管2長度只需滿足管路焊接的最短長度要求即可，穿過杯身的導(dǎo)管2長度需要突出杯口端的底面，突出長度也需滿足管路焊接的最短長度要求，整段焊接導(dǎo)管穿過杯身后約有3/4的長度在杯身側(cè)；選定導(dǎo)管2與杯狀法蘭座1的結(jié)合位置后，導(dǎo)管2周向與杯底采用Ⅱ級焊縫的標(biāo)準(zhǔn)完成焊接，焊縫高度不得高于3mm；

C.杯狀法蘭座1與導(dǎo)管2完成焊接固定后，對杯身內(nèi)腔進(jìn)行正壓氦質(zhì)譜檢漏，充壓大小為杯狀法蘭座1在軌承受密封艙內(nèi)最大壓力的2倍，漏率指標(biāo)不得高于1×10^-6Pa·m³/s；對導(dǎo)管2與杯狀法蘭座1的焊縫進(jìn)行真空氦質(zhì)譜檢漏，漏率指標(biāo)不得高于1×10^-7Pa·m³/s；

D.由于焊接導(dǎo)管穿過杯身后約有3/4的長度置于杯身內(nèi)腔并處于懸臂狀態(tài)，為使穿艙管路能夠在航天器發(fā)射階段保持穩(wěn)定，不致因響應(yīng)過大，造成穿艙法蘭密封性能的損壞和管路的泄漏，需要在杯口端設(shè)計(jì)管路的輔助支撐，且不影響杯狀法蘭的高熱阻特性，故選用非金屬的玻璃鋼材質(zhì)制作支撐墊圈3；支撐墊圈3的外側(cè)周向與法蘭座的中心通孔間隙配合，并使用Redux 420進(jìn)行膠接；支撐墊圈3中心開有導(dǎo)管2間隙配合的通孔；

E.支撐墊圈3與杯狀法蘭座1內(nèi)側(cè)面及焊接導(dǎo)管2的外表面均為小間隙配合，在杯身內(nèi)腔形成近乎密封的腔體，航天器發(fā)射過程中，隨著高度的攀升，壓力逐漸降低。航天器在發(fā)射前，杯身腔體內(nèi)密閉約一個(gè)大氣壓的壓力，對膠接的支撐墊圈3產(chǎn)生向外的推力，若膠接不牢，支撐墊圈3可能在航天器入軌之前既已脫落，則失去對穿艙管路的輔助支撐作用。為保證杯身腔體內(nèi)外氣流通暢、壓力平衡，在支撐墊圈3端面周向均布開設(shè)3個(gè)直徑為Φ2.5mm的通氣孔。

高熱阻的密封艙管路穿艙法蘭的安裝方法為：

首先在航天器總裝階段，管路取樣焊接之前，先將穿艙法蘭完成臨時(shí)安裝，待管路取樣完畢后，將穿艙法蘭從艙體上拆下，與艙內(nèi)管路完成焊接，再將艙內(nèi)管路組件完成總裝，然后完成艙外管路與穿艙法蘭的焊接，最后將穿艙法蘭與艙體結(jié)構(gòu)通過O形密封圈實(shí)現(xiàn)密封安裝；

然后在管路檢漏階段進(jìn)行穿艙法蘭兩端與密封艙體內(nèi)外管路焊接點(diǎn)的漏率檢測，漏率指標(biāo)不高于1×10^-7Pa·m³/s；在密封艙體檢漏階段，對穿艙法蘭安裝局部進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，局部漏率指標(biāo)不高于1×10^-4Pa·m³/s。