專利名稱：采用方向規(guī)對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的模擬系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用方向規(guī)對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的模擬系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
空間站要長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，在軌泄漏檢測(cè)是必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。文獻(xiàn)“用指向性真空規(guī)進(jìn)行空間站結(jié)構(gòu)泄漏監(jiān)測(cè)的設(shè)想”，《航天器環(huán)境工程》第23卷、2006年第2期、第75 79頁”，介紹提出了采用方向規(guī)對(duì)空間站進(jìn)行檢漏的構(gòu)想，需要開展實(shí)驗(yàn)研究為方案的可行性論證奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，國內(nèi)尚未開展過類似的實(shí)驗(yàn)研究，無法得到方向規(guī)對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的可行性。本專利針對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的需求，建立了地面模擬裝置，提出了模擬的方法。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明針對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的需求，提出了一種采用方向規(guī)進(jìn)行空間站泄漏檢測(cè)的地面模擬系統(tǒng)及方法。( 二 )技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種采用方向規(guī)對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的模擬系統(tǒng)，其特征在于，該模擬系統(tǒng)包括高壓氣瓶、兩個(gè)機(jī)械泵、四個(gè)真空閥門、穩(wěn)壓室、兩個(gè)真空規(guī)、微調(diào)閥、兩個(gè)真空計(jì)、上游室、方向規(guī)、真空室、固定刻度尺、磁力傳動(dòng)系統(tǒng)、慢速電機(jī)、以及兩個(gè)分子泵；在該模擬系統(tǒng)中，高壓氣瓶與第一真空閥門連接，第一機(jī)械泵與第二真空閥門連接，穩(wěn)壓室分別與第一真空閥門、第二真空閥門、第三真空閥門及第一真空規(guī)連接，第三真空閥門與微調(diào)閥連接；第一真空計(jì)、第二真空計(jì)及微調(diào)閥與上游室連接；上游室和真空室連接，并在其間設(shè)置進(jìn)氣小孔，真空室還設(shè)有抽氣口 ；第二真空規(guī)、抽氣口及磁力傳動(dòng)系統(tǒng)與真空室連接，固定刻度尺一端與方向規(guī)連接，另一端與磁力傳動(dòng)系統(tǒng)連接，磁力傳動(dòng)系統(tǒng)與慢速電機(jī)連接；第一分子泵一端與抽氣口連接，另一端與第四真空閥門連接，第二分子泵一端與第四真空閥門連接，另一端與第二機(jī)械泵連接。優(yōu)選地，所述第一真空計(jì)和第二真空計(jì)分別采用磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)(SRG)或電容薄膜規(guī)(OTG)，并且測(cè)量前分別穩(wěn)定3小時(shí)和6小時(shí)。本發(fā)明還提供一種利用上述模擬系統(tǒng)對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的模擬方法，包括步驟Si、將方向規(guī)安裝在固定刻度尺的某一位置，使其與進(jìn)氣小孔的距離為1 ；S2、對(duì)真空室、上游室、穩(wěn)壓室及連接管道抽真空，使上游室中氣體壓力小于 IX IO-2Pa,真空室中壓力小于IXlO-7Pa ；S3、保持環(huán)境溫度為23士3°C，打開第一真空閥門向穩(wěn)壓室中注入一定壓力的氣體，通過第一真空規(guī)測(cè)量其壓力，當(dāng)穩(wěn)壓室中壓力的波動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，關(guān)閉第一真空閥門，通過微調(diào)閥向上游室引入一定壓力的氣體，在真空室中形成穩(wěn)定流量的氣體，當(dāng)上游室中氣體壓力穩(wěn)定時(shí)，獲得第一真空計(jì)或者第二真空計(jì)的示值P1，通過進(jìn)氣小孔流導(dǎo)C。和前級(jí)壓力 P1計(jì)算得到已知漏率A = P1Ctj;S4、通過磁力傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方向規(guī)入口法線與進(jìn)氣小孔中心線的夾角Φ，當(dāng)真空室氣體壓力穩(wěn)定后，記錄方向規(guī)示值Pd，記錄第二真空規(guī)示值Pv，計(jì)算得到ΔΡ ) = pD-pv ；S5、在Φ、1 一定的條件下，檢測(cè)到漏孔對(duì)某種氣體的漏率為
Ql'= ^(Pd ~Ρν) = ^^Ρο，與已知漏率Ql比對(duì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間站泄漏的模擬研究；其中
a
Cd為方向規(guī)入口流導(dǎo)-’KD = f2co&rsinxi&, α為方向規(guī)入口法線與進(jìn)氣小孔中心線的夾優(yōu)選地，在所述步驟S4中ΔΡ )取多次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果。優(yōu)選地，在所述步驟S4中方向規(guī)入口法線與小孔中心線的夾角Φ的范圍為0° 180°，模擬方向規(guī)與漏孔為不同角度時(shí)的情況。優(yōu)選地，在所述步驟S5中方向規(guī)測(cè)量漏孔漏率通過多次測(cè)量的平均值表示。優(yōu)選地，在所述步驟Sl中，通過調(diào)節(jié)方向規(guī)在刻度尺上的不同位置，即方向規(guī)與進(jìn)氣小孔距離為1，從而模擬方向規(guī)與泄漏點(diǎn)為不同距離的檢漏情況。優(yōu)選地，在所述步驟S3中C。的標(biāo)準(zhǔn)合成不確定度小于2%。優(yōu)選地，所述步驟S4中傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)角度Φ的控制精度小于1°。(三)有益效果本發(fā)明是采用小孔向真空室引入氣體，通過精確測(cè)量小孔流導(dǎo)C。和前級(jí)壓力P1計(jì)算得到已知漏率^ (Ql = P1C0)模擬空間站泄漏，通過方向規(guī)示值Pd和真空室壓力Pv的差值
Δ pD導(dǎo)出方向規(guī)檢測(cè)漏率(V為Ql^^HPD-PV) = ^^，通過比較方向規(guī)檢測(cè)泄漏漏
率Q/和已知泄漏漏率從，研究方向規(guī)在空間站檢漏中的應(yīng)用基礎(chǔ)，解決了方向規(guī)進(jìn)行空間站泄漏檢測(cè)的地面模擬問題。


圖1為本發(fā)明采用方向規(guī)對(duì)空間站泄漏檢測(cè)模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為本發(fā)明采用方向規(guī)對(duì)空間站泄漏檢測(cè)模擬方法的方向規(guī)檢漏測(cè)量流程圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中被測(cè)的ΔΡ )與角度φ的極坐標(biāo)關(guān)系圖；圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中被測(cè)的ΔΡ )與^的關(guān)系圖；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中被測(cè)的ΔρΒ與1的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不是限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本發(fā)明所述的采用方向規(guī)對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的模擬系統(tǒng)，包括高壓氣瓶1、兩個(gè)機(jī)械泵2，23、四個(gè)真空閥門3，4，7，21、穩(wěn)壓室5、兩個(gè)真空規(guī)6，13、微調(diào)閥8、兩3/4頁
個(gè)真空計(jì)9，10、上游室11、方向規(guī)15、真空室16、固定刻度尺17、磁力傳動(dòng)系統(tǒng)18、慢速電機(jī)19、以及兩個(gè)分子泵20，22 ；在該模擬系統(tǒng)中，高壓氣瓶1與第一真空閥門3連接，第一機(jī)械泵2與第二真空閥門4連接，穩(wěn)壓室5分別與第一真空閥門3、第二真空閥門4、第三真空閥門7及第一真空規(guī) 6連接，第三真空閥門7與微調(diào)閥8連接；第一真空計(jì)9、第二真空計(jì)10及微調(diào)閥8與上游室11連接；上游室11和真空室16連接，并在其間設(shè)置進(jìn)氣小孔12，真空室16還設(shè)有抽氣口 14 ；第二真空規(guī)13、抽氣口 14及磁力傳動(dòng)系統(tǒng)18與真空室16連接，固定刻度尺17 —端與方向規(guī)15連接，另一端與磁力傳動(dòng)系統(tǒng)18連接，磁力傳動(dòng)系統(tǒng)18與慢速電機(jī)19連接； 第一分子泵20 —端與抽氣口 14連接，另一端與第四真空閥門21連接，第二分子泵22 —端與第四真空閥門21連接，另一端與第二機(jī)械泵23連接。在一實(shí)施例中，所述第一真空計(jì)9和第二真空計(jì)10分別采用磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)(SRG) 或電容薄膜規(guī)(CDG)，并且測(cè)量前分別穩(wěn)定3小時(shí)和6小時(shí)。如圖2所示為本發(fā)明采用方向規(guī)對(duì)空間站泄漏檢測(cè)模擬方法的方向規(guī)檢漏測(cè)量流程圖。本發(fā)明所述的利用上述模擬系統(tǒng)的對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的模擬方法，包括步驟Si、將方向規(guī)安裝在固定刻度尺的某一位置，使其與進(jìn)氣小孔的距離為1 ；S2、對(duì)真空室、上游室、穩(wěn)壓室及連接管道抽真空，使上游室中氣體壓力小于 IX IO-2Pa,真空室中壓力小于IXlO-7Pa ；S3、保持環(huán)境溫度為23士3°C，打開第一真空閥門向穩(wěn)壓室中注入一定壓力的氣體，通過第一真空規(guī)測(cè)量其壓力，當(dāng)穩(wěn)壓室中壓力的波動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，關(guān)閉第一真空閥門，通過微調(diào)閥向上游室引入一定壓力的氣體，在真空室中形成穩(wěn)定流量的氣體，當(dāng)上游室中氣體壓力波動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，獲得第一真空計(jì)或者第二真空計(jì)的示值P1,通過進(jìn)氣小孔流導(dǎo)C。和前級(jí)壓力P1計(jì)算得到已知漏率Ql = P1C0 ；S4、通過磁力傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方向規(guī)入口法線與進(jìn)氣小孔中心線的夾角Φ，當(dāng)真空室氣體壓力穩(wěn)定后，記錄方向規(guī)示值Pd，記錄第二真空規(guī)示值Pv，計(jì)算得到ΔΡ ) = pD-pv ；S5、在Φ、1 一定的條件下，檢測(cè)到漏孔對(duì)某種氣體的漏率為
Ql'= ^(Pd ~Ρν) = ^^Ρο，與已知漏率Ql比對(duì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間站泄漏的模擬研究；其中
a
Cd為方向規(guī)入口流導(dǎo);KD = f2co&rsinxi&, α為方向規(guī)入口法線與進(jìn)氣小孔中心線夾角。
0優(yōu)選地，在所述步驟S4中取多次測(cè)量Δ Pd的平均值作為測(cè)量結(jié)果。在所述步驟S4 中方向規(guī)入口法線與小孔中心線的夾角Φ的范圍為0° 180°，模擬方向規(guī)與漏孔為不同角度時(shí)的情況。在所述步驟S5中方向規(guī)測(cè)量漏孔漏率通過多次測(cè)量的平均值表示。在所述步驟Sl中，通過調(diào)節(jié)方向規(guī)在刻度尺上的不同位置，即方向規(guī)與進(jìn)氣小孔距離為1，從而模擬方向規(guī)與泄漏點(diǎn)為不同距離的檢漏情況。在所述步驟S3中C。的標(biāo)準(zhǔn)合成不確定度小于2%。在所述步驟S4中傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)角度Φ的控制精度小于1°。實(shí)施例1(1)將方向規(guī)15安裝在固定刻度尺17上，通過固定刻度尺17讀數(shù)計(jì)算出方向規(guī) 15與進(jìn)氣小孔12的距離(球形真空室半徑減去刻度尺讀數(shù))1 = 30cm，然后將真空室16 的操作法蘭密封好。
6
(2)打開機(jī)械泵2、23，打開真空閥門4、7、21、微調(diào)閥8，當(dāng)真空室16中氣體壓力小于10 后，依次打開分子泵20、22，將穩(wěn)壓室5、真空室16、上游室11以及各連接管道抽成真空狀態(tài)(真空室中壓力為7. lX10_8Pa，上游室中氣體壓力為1.2X10_4Pa，穩(wěn)壓室中壓力為 0. 95Pa)。(3)關(guān)閉真空閥門4、7、微調(diào)閥8，打開真空閥門3向穩(wěn)壓室5充入N2(壓力為 5420Pa)后，關(guān)閉真空閥門3，通過微調(diào)閥8向上游室引入氣體，真空規(guī)10測(cè)量到上游室壓力為2. IOPa (測(cè)量前真空規(guī)10穩(wěn)定12小時(shí))，通過Ql = P1C0 (C0 = 1. 05X 10_4m3 · s-1)計(jì)算得到已知漏孔漏率為Ql = 2. 2X 10_4Pa · m3 · s—1。(4)通過磁力傳動(dòng)系統(tǒng)18在0° 90°范圍內(nèi)改變夾角Φ，每隔5°作為一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)取3次測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值作為測(cè)量結(jié)果，被測(cè)的ΔΡ )與角度Φ的極坐標(biāo)關(guān)系如圖3所示，其中實(shí)線表示理論計(jì)算數(shù)據(jù)(ΔΡ ) = pD-pv)，虛線為實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，這樣模擬了方向規(guī)入口法線與空間站泄漏點(diǎn)方位的關(guān)系。(5)將1調(diào)整到20mm處，調(diào)節(jié)夾角Φ = 0°。對(duì)真空室16進(jìn)行烘烤和抽氣，真空室16的壓力為pv = 4. 8X10_8Pa，通過微調(diào)閥8向上游室11中注入氣體，在10_3 KT8Pa m3/s范圍內(nèi)進(jìn)行了模擬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，這樣模擬了方向規(guī)在一定條件下的最小可檢測(cè)漏率值。(6)向真空室16中引入穩(wěn)定流量的N2氣(Ql = 2. 2 X KT4Pa m3/s)，將角度調(diào)整為 Φ =0°，在12 46cm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)方向規(guī)15與入口小孔12距離1，在方向規(guī)15指示值穩(wěn)定后記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，方向規(guī)檢測(cè)值與距離1的關(guān)系如圖5所示，這樣模擬了方向規(guī)與空間站泄漏點(diǎn)位置的關(guān)系。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種采用方向規(guī)對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的模擬系統(tǒng)，其特征在于，該模擬系統(tǒng)包括高壓氣瓶(1)、兩個(gè)機(jī)械泵(2，23)、四個(gè)真空閥門(3，4，7，21)、穩(wěn)壓室(5)、兩個(gè)真空規(guī)(6， 13)、微調(diào)閥(8)、兩個(gè)真空計(jì)(9，10)、上游室(11)、方向規(guī)(15)、真空室(16)、固定刻度尺 (17)、磁力傳動(dòng)系統(tǒng)(18)、慢速電機(jī)(19)、以及兩個(gè)分子泵00，22)；在該模擬系統(tǒng)中，高壓氣瓶(1)與第一真空閥門(3)連接，第一機(jī)械泵(2)與第二真空閥門(4)連接，穩(wěn)壓室(5)分別與第一真空閥門(3)、第二真空閥門G)、第三真空閥門(7) 及第一真空規(guī)(6)連接，第三真空閥門(7)與微調(diào)閥(8)連接；第一真空計(jì)(9)、第二真空計(jì)(10)及微調(diào)閥⑶與上游室(11)連接；上游室(11)和真空室(16)連接，并在其間設(shè)置進(jìn)氣小孔(12)，真空室(16)還設(shè)有抽氣口 (14)；第二真空規(guī)(13)、抽氣口 (14)及磁力傳動(dòng)系統(tǒng)(18)與真空室(16)連接，固定刻度尺(17) —端與方向規(guī)(15)連接，另一端與磁力傳動(dòng)系統(tǒng)(18)連接，磁力傳動(dòng)系統(tǒng)(18)與慢速電機(jī)(19)連接；第一分子泵00) —端與抽氣口(14)連接，另一端與第四真空閥門連接，第二分子泵02) —端與第四真空閥門 (21)連接，另一端與第二機(jī)械泵連接。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述第一真空計(jì)(9)和第二真空計(jì) (10)分別采用磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)(SRG)或電容薄膜規(guī)(CDG)，并且測(cè)量前分別穩(wěn)定3小時(shí)和6 小時(shí)。
3.一種利用如權(quán)利要求1或2所述的模擬系統(tǒng)的對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的模擬方法，其特征在于，包括步驟51、將方向規(guī)(15)安裝在固定刻度尺(17)的某一位置，使其與進(jìn)氣小孔(12)的距離為1;52、對(duì)真空室(16)、上游室(11)、穩(wěn)壓室( 及連接管道抽真空，使上游室(11)中氣體壓力小于1 X l(T2Pa，真空室(16)中壓力小于1 X KT7Pa ；53、保持環(huán)境溫度為23士3°C，打開第一真空閥門(3)向穩(wěn)壓室(5)中注入一定壓力的氣體，通過第一真空規(guī)(6)測(cè)量其壓力，當(dāng)穩(wěn)壓室(5)中壓力的波動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，關(guān)閉第一真空閥門(3)，通過微調(diào)閥⑶向上游室(11)引入一定壓力的氣體，在真空室(16)中形成穩(wěn)定流量的氣體，當(dāng)上游室(11)中氣體壓力波動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，獲得第一真空計(jì)(9)或者第二真空計(jì) (10)的示值P1，通過進(jìn)氣小孔流導(dǎo)C。和前級(jí)壓力P1計(jì)算得到已知漏率Ql = P1C0 ；54、通過磁力傳動(dòng)系統(tǒng)(18)調(diào)節(jié)方向規(guī)(15)入口法線與進(jìn)氣小孔(12)中心線的夾角 Φ，當(dāng)真空室(16)中的氣體壓力穩(wěn)定后，記錄方向規(guī)(1 示值pD，記錄第二真空規(guī)(13)示值Pv，計(jì)算得到55、在Φ、1一定的條件下，檢測(cè)到漏孔對(duì)某種氣體的漏率為
4.如權(quán)利要求3所述的模擬方法，其特征在于，在所述步驟S4中△Pd取多次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果。
5.如權(quán)利要求3所述的模擬方法，其特征在于，在所述步驟S4中方向規(guī)入口法線與小孔中心線的夾角Φ的范圍為0° 180°，模擬方向規(guī)與漏孔為不同角度時(shí)的情況。
6.如權(quán)利要求3所述的模擬方法，其特征在于，在所述步驟S5中方向規(guī)測(cè)量漏孔漏率通過多次測(cè)量的平均值表示。
7.如權(quán)利要求3所述的模擬方法，其特征在于，在所述步驟Sl中，通過調(diào)節(jié)方向規(guī)在刻度尺上的不同位置，即方向規(guī)與進(jìn)氣小孔距離為1，從而模擬方向規(guī)與泄漏點(diǎn)為不同距離的檢漏情況。
8.如權(quán)利要求3所述的模擬方法，其特征在于，在所述步驟S3中C。的標(biāo)準(zhǔn)合成不確定度小于2%。
9.如權(quán)利要求3所述的模擬方法，其特征在于，在所述步驟S4中磁力傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)角度 Φ的控制精度小于1°。
全文摘要
本發(fā)明是一種采用方向規(guī)對(duì)空間站泄漏檢測(cè)的模擬系統(tǒng)及方法，在該模擬系統(tǒng)中，高壓氣瓶與第一真空閥門連接，第一機(jī)械泵與第二真空閥門連接，穩(wěn)壓室分別與第一真空閥門、第二真空閥門、第三真空閥門及第一真空規(guī)連接，第三真空閥門與微調(diào)閥連接；第一真空計(jì)、第二真空計(jì)及微調(diào)閥與上游室連接；上游室和真空室連接，并在其間設(shè)置進(jìn)氣小孔，真空室還設(shè)有抽氣口；第二真空規(guī)、抽氣口及磁力傳動(dòng)系統(tǒng)與真空室連接，固定刻度尺一端與方向規(guī)連接，另一端與磁力傳動(dòng)系統(tǒng)連接，磁力傳動(dòng)系統(tǒng)與慢速電機(jī)連接；第一分子泵一端與抽氣口連接，另一端與第四真空閥門連接，第二分子泵一端與第四真空閥門連接，另一端與第二機(jī)械泵連接。
文檔編號(hào)G01M3/02GK102426079SQ20111033381
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者盧耀文, 查良鎮(zhèn), 陳旭, 齊京 申請(qǐng)人:清華大學(xué)