СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Российский патент 1997 года по МПК G01M3/00 

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано при испытаниях систем космических аппаратов на герметичность на заключительном этапе подготовки космических аппаратов к пуску, когда системы (например система терморегулирования) космических аппаратов заправлены рабочей средой.

Известны способы контроля герметичности систем космических аппаратов, заправленных рабочей средой, заключающиеся в оценке негерметичности системы путем измерения скорости уменьшения давления рабочей среды в системе.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ контроля герметичности систем космических аппаратов, заправленных рабочей средой, заключающийся в измерении в начале и конце выдержки в течение заданного промежутка времени давления рабочей среды в системе, температуры и давления окружающего воздуха и оценке по измеренным значениям негерметичности системы.

Этот способ принят за прототип.

Недостатком прототипа и других известных способов является то, что они справедливы только для контроля систем, полностью заправленных однородной по физическим свойствам средой (как правило, газом), поскольку при этом геометрический объем, занимаемый средой, совпадает с внутренним объемом контролируемой системы, а данные способы предполагают неизменность геометрического объема, занимаемого средой в контролируемой системе. Так как в большинстве случаев системы изготавливаются из материалов с малыми линейными температурными коэффициентами расширения (в первую очередь, металлов), деформации систем в течение заданного промежутка времени, связанные с изменениями температуры, пренебрежимо малы. Следовательно, пренебрежимо малы и связанные с изменениями температуры изменения занимаемого средой геометрического объема, несмотря на то, что вызванные изменениями температуры изменения давления среды (газа или, в значительно превышающей мере, жидкости) могут быть значительными.

Данные способы становятся неприемлемыми в случае гетерогенных систем, т. е. систем, часть объема которых заправлена жидкостью, а часть газом, причем обе части сообщаются через подвижную разделительную оболочку, например, мембрану или сильфон (наиболее характерным примером таких гетерогенных систем является система терморегулирования космических аппаратов).

Это объясняется тем, что конструкция такого рода систем изначально предназначена для обеспечения компенсации значительных изменений занимаемого жидкостью геометрического объема, и соответственно, обеспечения приемлемых величин изменения давления жидкости.

Такое основное свойство конструкции рассматриваемых систем приводит к тому, что изменения температуры в течение заданного промежутка времени вызывают существенные изменения геометрических объемов, занимаемых разнородными средами (жидкостью и газом) в контролируемой системе, а эти изменения, в свою очередь, если их не принимать во внимание, приводят к заведомо неверным выводам о негерметичности контролируемой системы.

Техническим результатом является обеспечение возможности контроля гетерогенных систем космических аппаратов, т. е. систем космических аппаратов, состоящих из разделенных гибкой мембраной компенсатора жидкостной и газовой полостей, заправленных рабочей средой.

Технический результат достигается тем, что в известном способе контроля герметичности систем космических аппаратов, состоящих на разделенных гибкой мембраной компенсатора жидкостной и газовой полостей, заправленных рабочей средой, заключающемся в измерении в начале и конце выдержки в течение заданного промежутка времени давления рабочей среды в системе, температуры и давление окружающего воздуха и оценке по измеренным значениям негерметичности системы, при заправке системы рабочей средой определяют объем жидкости в жидкостной и массу газа в газовой полостях системы, в процессе выдержки дополнительно определяют изменение за тот же заданный промежуток времени интегральной температуры жидкости в жидкостной полости системы и учитывают определенные значения при оценке негерметичности системы.

Таким образом, при контроле предложенным способом учитываются изменения геометрических объектов, занимаемых разнородными средами (жидкостью и газом) в контролируемой системе, что позволяет обеспечить необходимую достоверность результатов контроля.

Способ контроля герметичности систем космических аппаратов, состоящих на разделенных гибкой мембраной компенсатора жидкостной и газовой полостей, заправленных рабочей средой (например, системы терморегулирования, жидкостная полость которой заправлена теплоносителем "Темп" объемом V_ж, а давление рабочей среды в системе создано путем заправки газовой полости газообразным азотом массой m(r) до избыточного давления P_r), осуществляется следующим образом.

Измеряют в начале и конце выдержки в течение заданного промежутка времени T давление P_r(н) и P_r(к) рабочей среды в системе, температуру t_r(н) и t_r(к) (она практически равна температуре азота в газовой полости системы) и давление Р_б(н) и Р_б(к) окружающего воздуха, а также определяет изменение за тот же заданный промежуток времениT интегральной температурыt_ж теплоносителя в жидкостной полости системы и оценивают негерметичность системы Q_сист по отношению:

где R универсальная газовая постоянная;
M_r молекулярный вес азота;
B коэффициент линейного расширения теплоносителя.

В течение заданного промежутка времениT происходит как утечка теплоносителя из жидкостной полости системы, приводящая к уменьшению объема теплоносителя в последней, так и изменение объема теплоносителя в жидкостной полости системы за счет изменения интегральной температуры теплоносителя. При этом итоговое изменение объема теплоносителя в жидкостной полости равно изменению объема азота в газовой полости системы, взятому с противоположным знаком V_жV_r V_r(н) V_r(к). (2)
Уравнение для азота в газовой полости системы, записанное для состояния начала заданного промежутка времениT, следующее:
[P_r(н) + Р_б(н)]•V_r(н) m_(r)•R•t_r(н)/M_r, (3)
и, соответственно, записанное для состояния конца заданного промежутка времениТ, следующее:
[P_r(к) + Р_б(к)]•V_r(к) m_(r)•R•t_r(к)/M_r. (4)
Выделяя из уравнения (3) и (4) значения V_r(н) и V_r(к) и подставляя их в выражение (2), получим:

Вместе с тем при абсолютной герметичности жидкостной полости системы изменение объема теплоносителя (^V_ж)_темп в ней было бы обусловлено только изменениями интегральной температуры теплоносителя и составило бы:
(^V_ж)_темп B•V_ж•^t_ж. (6)
Поскольку изменение объема теплоносителя (^V_ж)_негерм за счет утечки его из жидкостной полости системы определяется из уравнения: V_ж (^V_ж)_темп + (^V_ж)_негерм, (7)
или,
(^V_ж)_негермV_ж (^V_ж)_темп, (8)
откуда

то, подставляя в уравнение (9) равенства (5) и (6), получим искомое соотношение (1).

При использовании предложенного способа обеспечивается возможность испытаний систем (например, системы терморегулирования) космических аппаратов, заправленных рабочей средой, на герметичность при подготовке космических аппаратов на стартовой позиции и, следовательно, надежность работы системы в полете.

Изобретение относится к области испытательной техники и обеспечивает возможность контроля герметичности систем космических аппаратов, состоящих из разделенных гибкой мембраной компенсатора жидкостной и газовой полостей, заправленных рабочей средой. Измеряют в начале и конце выдержки в течение заданного промежутка времени давление рабочей среды в системе, температуру и давление окружающего воздуха, а также изменение за тот же заданный промежуток времени интегральной температуры жидкости в жидкостной полости системы и, зная объем жидкости в жидкостной и массу газа в газовой полостях системы, измеренные при заправке системы рабочей средой, оценивают по измеренным значениям негерметичность системы.

Способ контроля герметичности систем космических аппаратов, состоящих из разделенных гибкой мембраной компенсатора жидкостной и газовой полостей, заправленных рабочей средой, заключающийся в измерении в начале и конце выдержки в течение заданного промежутка времени давления рабочей среды в системе, температуры и давления окружающего воздуха и оценке по измеренным значениям негерметичности системы, отличающийся тем, что при заправке системы рабочей средой определяют объем жидкости в жидкостной и массу газа в газовой полостях системы, в процессе выдержки дополнительно определяют изменение за тот же заданный промежуток времени среднеарифметической температуры жидкости в жидкостной полости системы и учитывают эти значения при оценке негерметичности системы.