CN105318112B - 一种大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管 - Google Patents

Abstract

本发明是一种大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管。包括：置换排气孔、操作口密封盖、航空接插件安装结构、升温管、散热片、法兰对接面、密封槽；引线管的主体为航空接插件安装结构和升温管，航空接插件安装结构位于引线管上部，为方形结构，在其四周安装航空接插件；升温管位于引线管下部，为铝制管状结构；引线管的上端面采用操作口密封盖密封，在上端面上设置置换排气孔；引线管的下端面为法兰对接面。在二级氢箱、一级氧箱和芯级前捆绑低温静力联合试验已完成的六次液氮介质工况试验中，该引线管没有发生故障，应变测量获得有效数据，为设计部贮箱设计和考核提供了试验依据。

Description

一种大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管

技术领域

本发明涉及一种应变导线穿舱技术，具体涉及一种大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管。

技术背景

新一代运载火箭以发展5m箭体直径的大型运载火箭为重点，5m直径的贮箱我国没有设计和制造的经验。同时新一代运载火箭还首次采用了低温高能液氢(温度-253℃)、液氧(温度-183℃)作为推进剂，如此大型贮箱低温试验国内没有做过。为了获得贮箱低温极限承载能力，考核贮箱结构、材料和焊缝在低温下的性能变化等，需要进行大型贮箱低温试验。但像5m直径的大型贮箱低温试验国内尚未有做过，上世纪八、九十年代，航天一院702所开展过三次3.35m和2.25m直径贮箱的低温试验，以往低温试验的技术和经验不能完全照搬。

首先，八、九十年代进行的三次贮箱低温试验应变/应力测点在100点左右，由于贮箱应变测量时均为箱内外对称贴片，也就是说其箱内测点在50点左右，测点数目较少，如图1所示，当时的应变导线穿舱引线管只设计了两个航空插座，因此极大的限制了箱内应变测点的数量，而且该引线管插座数量无法扩展，而目前贮箱测点少则1000点，多则2000多点，用该引线管已不适用于当前低温试验。

同时，原方案设计的引线管插座位于引线管侧壁，加工成本较高，而且引线管没有考虑操作空间，应变计导线从侧边穿出非常困难。

最后，原方案设计的引线管升温效果较差，因此，安装在引线管侧壁的航空插头和密封件必需耐低温性能要求较高，这样导致成本升高。

综上，将已有的引线管用于大型贮箱低温试验应变导线的穿舱已不太可能，必需研究新的应变导线穿舱引线管，设计合理的应变导线穿舱引线管将使大型贮箱的低温试验能够顺利进行，可为我院和其它单位的低温试验提供技术支撑。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于：设计合理的应变导线穿舱引线管使大型贮箱的低温试验能够顺利进行，为我院和其它单位的低温试验提供技术支撑。

技术方案

一种大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管，其中：包括：置换排气孔、操作口密封盖、航空接插件安装结构、升温管、散热片、法兰对接面、密封槽；其中，所述引线管的主体为航空接插件安装结构和升温管，航空接插件安装结构位于所述引线管上部，为方形结构，在其四周安装航空接插件；

升温管位于所述引线管下部，为铝制管状结构；

所述引线管的上端面采用操作口密封盖密封，在上端面上设置置换排气孔；

所述引线管的下端面为法兰对接面。

如上所述的一种大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管，其中：

在升温管四周均布6～8片散热片；

上端面采用操作口密封盖密封时，还使用O型圈；

在法兰对接面上设置内凹的密封槽。

有益效果

综上，大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管解决了型号试验中需要获取尽量多的试验数据与试验能力不足的矛盾；在升温管的基础上引入散(吸)热片，增大升温管与空气的接触面积，极大的降低了引线管的成本；新的穿舱引线技术更安全。该引线管的成功设计，为大型低温贮箱低温试验奠定了坚实的基础。

通过以上几方面的研究，最终设计了大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管。在二级氢箱、一级氧箱等5m直径大型贮箱低温试验中已经成功应用。在二级氢箱、一级氧箱和芯级前捆绑低温静力联合试验已完成的六次液氮介质工况试验中，该引线管没有发生故障，应变测量获得有效数据，为设计部贮箱设计和考核提供了试验依据。

附图说明

图1传统的引线管结构；

图2重新设计的引线管结构图及现场使用状态；

图3各监测点的温度随时间的变化曲线。

其中，1、置换排气孔，2、操作口密封盖，3、航空接插件，4、升温管(铝)，5、散热片，6、法兰对接面，7、密封槽。

具体实施方式

以下，结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步的说明。

如图1～3所示，一种大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管，包括：置换排气孔1、操作口密封盖2、航空接插件安装结构3、升温管4、散热片5、法兰对接面6、密封槽7；其中，所述引线管的主体为航空接插件安装结构和升温管4，航空接插件安装结构位于所述引线管上部，为方形结构，在其四周安装航空接插件；

升温管4位于所述引线管下部，为铝制管状结构，在升温管4四周均布6～8片散热片；

所述引线管的上端面采用操作口密封盖2密封，密封时还使用O型圈；在上端面上设置置换排气孔1；

所述引线管的下端面为法兰对接面6，在法兰对接面6上设置内凹的密封槽7。

将引线管上部设计成方形结构，并在四周安装N(N≥20，并可扩展)个接插件，其中引线管上端面用于扩展以进一步增加接插件的数量，解决应变计的数量限制问题，理论上，测点数量只受贮箱法兰尺寸大小限制。由于将引线管上部设计成了方形结构，也解决了操作空间问题。

针对引线管升温问题，在引线管升温管四周均布6～8片散(吸)热片，增大升温管与空气的接触面积，此处，散(吸)热片起到吸温作用，升温效果相当明显，试验证明，采用改进型的升温管后，引线管上端内壁温度与外界环境温度相当，这样，引线管穿舱接插件及其密封组件无需考虑低温密封性能，可以极大的降低成本。

在引线管盖板上增加置换排气孔1，并设置紧急放气阀门，其功能有二：

首先，由于引线管为一密闭腔体，且位于贮箱气枕之上，这样在贮箱进行置换时该腔体内的空气无法置换，最终导致贮箱内水蒸气含量超标而无法开展后续试验，严重情况下会导致箭上管路系统电磁阀门冻住。

其次，在系统安全性问题上，由于该引线管应用于贮箱低温试验，根据以往试验经验，低温会引起低温加注与增压系统管路气动阀门冻住，极端情况下会导致贮箱无法泄压从而发生爆炸等灾难性后果。引线管位于贮箱气枕最上端，该处不直接跟低温液态介质直接接触，而且经过升温管升温后，引线管上端内壁温度与环境温度相当。考虑在引线管盖板上增加紧急放气阀门，当系统管路或箭上所有气动阀门被冻住后，可以远程(自动或手动)开启紧急放气阀，防止贮箱意外破坏。

对于本发明所述的穿舱引线管，具有如下的分析设计过程。

1大型贮箱试验应变测量需求分析

芯级5m直径贮箱有芯一级氧箱、芯一级氢箱和芯二级氢箱。以其中最短的芯二级氢箱低温试验为例，芯二级氢箱应变测点主要分布于前后短壳、前后底、箱体和筒段等六个部位，共应变测点867个，应变计(单片)1503个，各区域测点数量如表1。由表1可知，二级氢箱箱内应变计数量折合单片数量为356个。二级氢箱为5m直径贮箱内最短的一个，从而其应变测量也自然最少。

低温应变计采用三线制测量，即每个应变计需要3跟应变导线焊接，那么芯二级氢箱箱内共有358×3＝1068根导线需要通过引线管来穿舱引出。

表1(a) 二级氢箱箱外应变计数量统计

表1(b) 二级氢箱箱内应变计数量统计

2确定应变计导线引出形式

引线管应变导线通过Y27系列推/拉式圆形电连接器从贮箱内侧转接引出到箱外。在升温管上端安装自密封的电连接器插座，贮箱内的测量导线一端与应变计引脚焊接，一端与插座插针焊接，电连接器插头一端与箱外的应变导线焊接，将电连接器插头插入插座后，从而将箱内的应变测点引至箱外。

一个Y27系列电连接器有55个针角，而每个应变计需要3跟应变导线焊接，这样一个电连接器可以实现18个应变计的导线引出。对于芯二级氢箱低温试验，需要20个Y27系列电连接器即可实现所有箱内应变导线的引出。

电连接器插座放置于引线管头正方体头部侧板上，四周均布。

其它贮箱电连接器数量按此方法类推。

3升温管热传导结构确定

在引线管升温管四周均布6片散(吸)热片，增大升温管与空气的接触面积。升温管高度为500mm，散热片横截面积为15×6mm²，能有效的起到热传导作用。

4紧急放气阀设计

引线管上盖板在焊完箱内应变导线后，对操作口进行封堵。其中盖板内侧用于吊挂应变导线使用，起到对应变导线和插针焊点的保护，紧急放气用于对引线管腔体进行置换，必要时可作为紧急放气发开启，防止对试验系统故障时导致贮箱发生以外爆裂。

虽然通过上述实施例对本发明所述的一种大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管进行了详细的说明，但是上述说明并不是对本发明的限定，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种变形和变更，例如，最优化的方法可以在现有技术的各种方法中选择。

Claims (2)

1.一种大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管，其特征在于：包括：置换排气孔(1)、操作口密封盖(2)、航空接插件安装结构(3)、升温管(4)、散热片(5)、法兰对接面(6)、密封槽(7)；其中，所述引线管的主体为航空接插件安装结构和升温管(4)，航空接插件安装结构位于所述引线管上部，为方形结构，在其四周安装航空接插件；

升温管(4)位于所述引线管下部，为铝制管状结构；

所述引线管的上端面采用操作口密封盖(2)密封，在上端面上设置置换排气孔(1)；

所述引线管的下端面为法兰对接面(6)。

2.如权利要求1所述的一种大型贮箱低温试验应变导线穿舱引线管，其特征在于：

在升温管(4)四周均布6～8片散热片；

上端面采用操作口密封盖(2)密封时，还使用O型圈；

在法兰对接面(6)上设置内凹的密封槽(7)。