CN107543688A - 火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统，用于模拟火箭发射时整流罩内的压力变化情况，该系统由容器分系统、真空获得分系统和测量与控制分系统组成，在测量与控制分系统中，由于需要测量试件附近真空度，故真空规应放置试验容器内使用，常规真空规无法再真空环境下使用，因此本文也公开了一种可用于真空环境下工作的薄膜真空规。本发明的试验系统，具有结构简单、实施便捷、模拟精度高等特点和优势，解决了快速抽气问题、压力高精度模拟等难题，同时针对火箭发射段整流罩内压力模拟试验，获得了令人满意的试验系统和试验结果。

Description

火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统

技术领域

本发明属于航天器地面环境试验技术领域，具体用于航天器用压力敏感材料在火箭发射阶段的压力模拟试验。通过此系统，可实现在地面环境下标准大气压-10Pa高精度模拟火箭发射段整流罩内压力变化情况，用以验证某些压力敏感材料和元器件在发射段的变化状态。

背景技术

随着火星探测技术的不断发展，采用了大量的新材料，其中不乏压力敏感材料。大量新材料的采用，为保证探测任务的成功，需对其性能进行验证。在火箭发射阶段，由于整流罩内压力急剧变化，为了验证压力敏感材料在急剧变化压力下的性能改变状态，故要求对整流罩内的压力环境状态进行全程高精度模拟。由于发射段整流罩内压力急剧变化，几分钟内就可达到高真空，对目前地面抽气设备来说，需要直接对试验环境进行抽气，并在短时间内达到所需环境难度大，且机组抽气能力随时间增加需数十倍的增长，该方法耗资大，效果不理想。因此，针对该情况，本发明构思了一种火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统，来解决发射段整流罩内压力急剧变化状态，为相关材料、元器件提供试验支撑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统，以满足航天器压力敏感材料及产品的试验测试需求。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统，包括用于放置试件的试验容器和辅助抽气容器，试验容器内部进行全程的压力模拟试验；辅助抽气容器主要在试验容器的抽气后期(2KPa之后)提供近4000m³/h的抽气速度，两者通过挡板阀二进行连接，试验容器依次通过挡板阀一、蝶阀、手动阀与SP630真空泵连通，其中采用DN40真空管路；试验容器、挡板阀二、辅助抽气容器一路采用DN160真空管路；其特征在于，试验容器还并列设置有内薄膜真空规管P1和改进型薄膜真空规管P2，压力模拟试验系统还包括有真空测量系统和控制系统，分别对试验容器和辅助抽气容器的真空度进行测量和控制。

其中，全程的压力模拟试验的抽气过程为将先辅助抽气容器抽气至1Pa以下，依次开启真空机组，开启手动阀门和挡板阀1，关闭挡板阀门2，通过真空度判读来调节蝶阀开度，进而对抽气速率进行控制，得到所需压力曲线，当真空度小于2KPa后，关闭挡板阀1，开启挡板阀2，用辅助抽气容器进行抽气至试验结束。

其中，真空规管P1为常规真空规管，真空规管P2为放置在试验容器内部测量内部真空度的具有密闭罩的真空规管。

进一步地，真空规管P2包括外壳、屏蔽罩、设置在外壳内部的真空规管电路部分、密封罩上罩、密封罩下罩、被测腔等，其中电路部分放置在外壳和屏蔽罩之间，将测量信号转换成电信号向外传输；屏蔽罩将真空规测量部分罩住，目的是防止真空规测量的信号受到电磁干扰而影响测量精度；屏蔽罩内由密闭罩上罩和密闭罩下罩两部分组成，对整个测量部分进行密封，保证测量部分与密闭罩之间是一个标准大气压，因此使用环境与大气下使用一致，故而保证了改进型真空规可以在真空环境下使用，并且能够保证和常规真空规相同的精度，因此可以用来测量试件附近的真空度状态。

进一步地，密闭罩上设置有真空引线接头，真空引线接头连接规管电路部分，将薄膜传感器的测量信号转换成电信号，转换后的电信号通过线缆，依次经过真空规外壳接头与穿墙插头，将真空规的数据信号传送至容器外。

其中，试验容器的容积为1000L。

其中，辅助抽气容器的容积至少为200000L。

其中，系统通过结合试验容器内真空度调节蝶阀开度，进而调节系统抽速，实现全程高精度对发射段压力的模拟。

其中，整个控制系统根据试验容器的内真空度来自动调节挡板阀一开关、挡板阀二开关、蝶阀开度，来实现全程的高精度模拟。

本发明的火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统，具有结构简单、实施便捷、模拟精度高等特点和优势，解决了快速抽气问题、压力高精度模拟等难题，同时可以对容器内试件附近真空度进行测量。火箭发射段整流罩内压力模拟试验，获得了令人满意的试验系统和试验结果。

附图说明

图1是本发明的火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统的结构示意图。

图2为现有技术中薄膜真空规在大气环境下工作的示意图，包含规管工作时各部分压力状态，电路部分、薄膜状态等。

图3为现有技术中薄膜真空规在真空环境下工作的示意图，类似图2，区别在于真空状态下各部分压力状态情况。

图4为本发明中真空规管P2的结构示意图，在图2的基础上增加了密闭罩、真空引线接头等结构。

图5为本发明的火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统进行模拟实验的流程示意图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统进行详细说明，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

如图1所示，本发明的火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统，包括用于放置试件的1000L试验容器和200000L辅助抽气容器，试验容器内部进行全程的压力模拟试验；辅助抽气容器主要在试验容器的抽气后期(2KPa之后)提供近4000m³/h的抽气速度，两者通过挡板阀二进行连接，试验容器依次通过挡板阀一、蝶阀、手动阀与SP630真空泵连通，其中采用DN40真空管路；试验容器、挡板阀二、辅助抽气容器一路采用DN160真空管路；其特征在于，试验容器还并列设置有内薄膜真空规管P1和薄膜真空规管P2，真空规管P1为常规真空规管，真空规管P2为放置在试验容器内部测量内部真空度的具有密闭罩的真空规管，压力模拟试验系统还包括有真空测量系统和控制系统，分别对试验容器和辅助抽气容器的真空度进行测量和控制。

其中，薄膜真空规管P1为常规的真空规管，放置在容器外部测量容器真空度，其在大气环境下和在真空环境下的工作状态分别如图2和图3所示。P2为改进规管，放置在容器内部，通过穿墙插头将测量信号引出至容器外；常规真空规在大气环境下使用，使用状态如图2所示，标准室与被测真空室连接，通过薄膜形变产生相关信号输入电路部分，经过电路转换为数字信号传输至真空计内，其标准室外使用环境均为大气压状态。当常规真空规放置在真空环境下使用，测量试件附近真空度时，状态变为图3状态，此时标准室外使用环境均为被测真空度P1，这样就会使薄膜状态与大气下使用的状态发生较大变话，导致测量数值失真，因此常规真空规无法放置在真空环境下使用。

基于以上考虑，并结合测试试件附近真空度的需求，本发明同时发明一种可用于真空环境下测量的新型薄膜真空规如图4所示，在常规薄膜真空规外面加一个密闭罩，密闭罩由上罩和下罩组成，上下两个罩将规管的标准室和待测腔完全包围，薄膜规工作过程中，保证标准室与待测腔外部压力始终处于一个大气压状态，即使再将规管放在真空环境下，也不会对检测膜片的变形造成影响。电容薄膜规测量时，电容变化量非常微弱，为了减少电容的损耗，将电容转换成电信号的部分电路仍然保留在密闭罩内，密闭罩内气体压力为大气压，除此之外所有的电路都在密闭罩外。

此外，本发明的试验系统中采用了不同于常规真空规管结构的真空规管P2，其结构示意图如图4所示，其中，真空规管P2是在常规真空规管结构基础上进行了改进，其包括外壳、屏蔽罩、设置在外壳内部的真空规管电路部分、密封罩上罩、密封罩下罩、被测腔等，其中电路部分放置在外壳和屏蔽罩之间，将测量信号转换成电信号向外传输；屏蔽罩将真空规测量部分罩住，目的是防止真空规测量的信号受到电磁干扰而影响测量精度；屏蔽罩内由密闭罩上罩和密闭罩下罩两部分组成，对整个测量部分进行密封，保证测量部分与密闭罩之间是一个标准大气压，因此使用环境与大气下使用一致，故而保证了改进型真空规可以在真空环境下使用，并且能够保证和常规真空规相同的精度，因此可以用来测量试件附近的真空度状态。

在本发明的火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统基础上，可进行火箭发射段整流罩内压力模拟试验，其试验过程如图5所示，具体流程如下：试验过程中，将试件放入容器内的平台之上，对容器进行密封，密封完毕后，准备进入试验工况。由于试验容器抽气后期所需抽速极大，仅用真空机组进行抽气难以实现，故采用辅助容器的形式来对试验容器进行抽气。首先进行对辅助抽气容器进行抽真空操作，使辅助抽气容器真空度保持在0.01Pa左右，保证挡板阀一、挡板阀二、蝶阀、手动阀、真空泵关闭。待辅助抽气容器真空度达到要求后，开启手动阀门，启动真空泵机组，开启挡板阀一，保持挡板阀二关闭，蝶阀处于自控状态。通过调试，确认蝶阀开度与真空规测量值P1之间的开度关系如附表1所示；

表1蝶阀开度与真空度对应关系表

蝶阀开度	真空度
		3％	97000-101000
10％	95000-97000
		18％	88000-95000
27％	80000-88000
		35％	60000-80000
39％	40000-60000
		100％	25000-40000
55％	10000-25000
		100％	5000-10000
100％	2000-5000

当真空规测量值低于2000Pa时，开启挡板阀二、关闭挡板阀一、关闭真空泵、蝶阀全关、手动阀关闭。当试验容器压力低于10Pa时，可认定试验结束。试验容器从大气压力开始，抽气至10Pa，全程抽气时间在200s内，且压力变化情况满足火箭整流罩内压力变化包络线，能够圆满完成模拟试验任务。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.火箭发射段整流罩内压力模拟试验系统，包括用于放置试件的试验容器和辅助抽气容器，试验容器内部进行全程的压力模拟试验；辅助抽气容器主要在试验容器的抽气后期(2KPa之后)提供近4000m³/h的抽气速度，两者通过挡板阀二进行连接，试验容器依次通过挡板阀一、蝶阀、手动阀与SP630真空泵连通，其中采用DN40真空管路；试验容器、挡板阀二、辅助抽气容器一路采用DN160真空管路；其特征在于，试验容器还并列设置有内薄膜真空规管P1和改进型薄膜真空规管P2，压力模拟试验系统还包括有真空测量系统和控制系统，分别对试验容器和辅助抽气容器的真空度进行测量和控制。

2.如权利要求1所述的试验系统，其中，全程的压力模拟试验的抽气过程为将先辅助抽气容器抽气至1Pa以下，依次开启真空机组，开启手动阀门和挡板阀1，关闭挡板阀门2，通过真空度判读来调节蝶阀开度，进而对抽气速率进行控制，得到所需压力曲线，当真空度小于2KPa后，关闭挡板阀1，开启挡板阀2，用辅助抽气容器进行抽气至试验结束。

3.如权利要求1所述的试验系统，其中，真空规管P1为常规真空规管，真空规管P2为放置在试验容器内部测量内部真空度的具有密闭罩的真空规管。

4.如权利要求1所述的试验系统，其中，真空规管P2包括外壳、屏蔽罩、设置在外壳内部的真空规管电路部分、密封罩上罩、密封罩下罩、被测腔等，其中电路部分放置在外壳和屏蔽罩之间，将测量信号转换成电信号向外传输；屏蔽罩将真空规测量部分罩住；屏蔽罩内由密闭罩上罩和密闭罩下罩两部分组成，对整个测量部分进行密封，保证测量部分与密闭罩之间是一个标准大气压，能够保证和常规真空规相同的精度。

5.如权利要求1所述的试验系统，其中，密闭罩上设置有真空引线接头，真空引线接头连接规管电路部分，将薄膜传感器的测量信号转换成电信号，转换后的电信号通过线缆，依次经过真空规外壳接头与穿墙插头，将真空规的数据信号传送至容器外。

6.如权利要求1-5任一项所述的试验系统，其中，试验容器的容积为1000L。

7.如权利要求1-5任一项所述的试验系统，其中，辅助抽气容器的容积至少为200000L。

8.如权利要求1-5任一项所述的试验系统，其中，系统通过结合试验容器内真空度调节蝶阀开度，进而调节系统抽速，实现全程高精度对发射段压力的模拟。

9.如权利要求1-5任一项所述的试验系统，其中，整个控制系统根据试验容器的内真空度来自动调节挡板阀一开关、挡板阀二开关、蝶阀开度，来实现全程的高精度模拟。