CN107966310A - 航天器密封舱体压力自动维持系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器密封舱体压力自动维持系统，包括舱体压力监控设备、气瓶以及管道组件，航天器密封舱体上设有产品充气口和产品测压口，舱体压力监控设备的设备气源口与气源通过气源管道组件连接，为系统提供气源，产品充气口和产品测压口分别通过充气管道组件和测压管道组件同舱体压力监控设备的设备充气口和设备放气口以及设备测压口连接。本发明可用于航天器密封舱体地面测试阶段，确保地面测试的精度同在轨精度舱内压力的一致性，压力维持精度高、自动化、智能化程度高。

Description

航天器密封舱体压力自动维持系统

技术领域

本发明涉及一种航天器密封舱体压力自动维持系统，用于航天器密封舱体在地面长时间测试期间，舱内压力自动维持与在轨一致的状态。

背景技术

随着载人航天技术的发展，航天器在轨运行期间密封舱体压力需要维持在一定压力一般为94kPa±2kPa之间，在地面测试期间，航天器上有些关于空间交会对接等主要设备的测量精度要求很高，需要同在轨状态一致，而这些仪器设备的安装精度受舱内压力的影响大，且测试周期较长。舱体压力的变化影响到舱体的结构变形，从而影响到仪器设备的精度值。而舱体内的压力同舱体的泄漏率、环境的温度、外界大气压的变化等因素相关，外界大气压受天气状况晴天与阴天、时间早上与晚上等因素影响，变化非常复杂。在航天器密封舱体进行仪器设备的精度测试期间，需要对其内部压力进行自动维持与控制工作。

航天器密封舱体一次仪器设备精度测试大约需要进行7天时间，在此期间，需要舱体内压力维持在规定值一般为94kPa±2kPa，如果压力过高需要产生报警，提示测试人员“压力上限超标，停止测试工作！”，对产品压力进行泄压，待压力恢复到要求范围并稳定一定的周期一般0.5h后，需要产生报警，提示测试人员“压力恢复正常，可以进行测试工作”；如果压力过低需要产生报警，提示测试人员“压力下限超标，停止测试工作！”，对产品压力进行及时补压，待压力恢复到要求范围，并稳定一定的周期一般0.5h后，需要产生报警，提示测试人员“压力恢复正常，可以进行测试工作”。压力自动维持系统需要提供气源，如果气源压力不足时，需要报警，提示测试人员“气源不足，请及时更换气源！”。

压力自动维持系统需要对测试期间的数据及相关操作进行记录，需要具有高度的安全性和可靠性，防止舱内压力持续上升损坏产品或发生爆炸事故。

基于以上内容，目前迫切需要一种操作简单、成本低、自动化程度高，人员参与少的智能化系统，完成航天器密封舱体内压力自动维持与控制工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现航天器密封舱体压力自动维持的系统，该系统具有自动化程度高、操作简单、使用方便、成本低、功能完善、可靠安全等特点。

本发明所提供的航天器密封舱体的压力自动维持系统，主要包括舱体压力监控设备、作为气源的气瓶以及用于连接气路的管道组件，航天器密封舱体上设有产品充气口和产品测压口，产品充气口主要用于产品内舱体的充气与排气，产品测压口主要用于产品内压力的测量，其中，舱体压力监控设备的设备气源口与气源通过气源管道组件连接，为系统提供气源，产品充气口和产品测压口分别通过充气管道组件和测压管道组件同舱体压力监控设备的设备充气口和设备放气口以及设备测压口连接。

舱体压力监控设备主要包括控制单元、过滤器、减压器、高压压力传感器、低压压力传感器、充气电磁阀、放气电磁阀、设备安全阀、测压电磁阀、高精度舱体压力测试仪，且具有设备气源口、设备放气口、设备充气口、设备测压口的接口，其中，设备气源口进入的气体经过滤器过滤后由减压器进行减压，减压气体通过开启充气电磁阀后实现航天器密封舱体的充气操作，充气结束关闭充气电磁阀。密封舱体内的压力经过开启放气电磁阀从设备放气口的实现舱体的放气操作，测压电磁阀后与并联的高精度舱体压力测试仪、设备测压口和设备安全阀连接，以对航天器产品的内压力进行测量；其中，过滤器后的管路上设置有对过滤后的气体压力进行测量的高压压力传感器，减压器后的管路上设置有对减压气体的压力进行测量的低压压力传感器，控制单元分别与各电磁阀、传感器、压力测试仪进行电连接控制，以自动控制航天器舱体的压力。

其中，设备安全阀前的管路上还设置有手动截止阀。

其中，控制单元通过工控机实现系统的控制与显示。

其中，控制单元还电连接有数据输出终端。

其中，控制单元设置有报警门限，报警门限包括压力上限、压力下限及恢复压力。

其中，过滤器精度不大于10μ，防止气源中的颗粒物进入产品内部。

其中，安全阀保护产品受到异常压力发生故障或爆炸事故，采用低压力高精度溢流阀。

其中，手动截止阀在更换安全阀计量时使用，舱体压力监控设备使用期间手动截止阀保持常开状态。

其中，航天器密封舱体的内压力维持在94kPa±2kPa，如果压力过高需要产生报警，提示测试人员停止测试，产品压力正在进行自动排放，待压力恢复到要求压力，并稳定一定的周期后，产生报警，提示测试人员进行测试；如果压力过低产生报警，提示测试人员停止测试产品压力正在进行自动补压，待压力恢复到要求压力，并稳定一定的周期后，产生报警，提示测试人员进行测试工作；如果气源压力不足，进行报警，提示测试人员更换气源。

本发明所提供的航天器密封舱体压力维持系统的设计内容，主要包括以下几项：

1设计了一种能够实现航天器密封舱体压力维持过程中的自动泄压与补压的系统；

2该系统具备适时提供报警功能，将测试工作与压力维持工作有机结合，避免了不协调造成的测试错误与时间的浪费，实现了良好的人机互动，无需人员干涉；

3该系统具备安全及可靠性。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式的航天器密封舱体压力维持系统连接示意图；

其中，1-航天器密封舱体；2-产品充气口；3-产品测压口；4-测压管道组件；5-气源；6-气源管道组件；7-舱体压力监控设备；8-充气管道组件；

图2为本发明的一具体实施方式的舱体压力监控设备内部结构示意图；

其中，7-舱体压力监控设备；9-设备气源口；10-过滤器；11-高压压力传感器；12-减压器；13-低压压力传感器；14-充气电磁阀；15-放气电磁阀；16-设备放气口；17-设备充气口；18-设备安全阀；19-手动截止阀；20-测压电磁阀；21-设备测压口；22-高精度舱体压力测试仪；23-控制单元；24-数据输出终端。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

图1是本发明航天器密封舱体压力维持系统连接示意图。舱体压力监控设备7与气源5通过气源管道组件6连接，为系统提供气源，航天器密封舱体1上设有产品充气口2和产品测压口3，产品充气口2主要用于产品内舱体的充气与排气，产品测压口3主要用于产品内压力的测量。它们分别通过充气管道组件8和测压管道组件4同舱体压力监控设备7连接。

图2是本发明一具体实施方式的舱体压力监控设备内部结构示意图。其中，本发明的主要部件有控制单元23、过滤器10、减压器12、高压压力传感器11、低压压力传感器13、充气电磁阀14、放气电磁阀15、设备安全阀18、测压电磁阀20、高精度舱体压力测试仪22，且具有设备气源口9、设备放气口16、设备充气口17、设备测压口21等接口，其中，设备气源口9进入的气体经过滤器10过滤后由减压器12进行减压，减压气体通过开启充气电磁阀14后实现航天器密封舱体的充气操作，充气结束关闭充气电磁阀14。密封舱体内的压力经过开启放气电磁阀15从设备放气口16的实现舱体的放气操作，测压电磁阀20后与并联的高精度舱体压力测试仪22、设备测压口21和设备安全阀18连接，以对航天器产品的内压力进行测量；其中，过滤器10后的管路上设置有对过滤后的气体压力进行测量的高压压力传感器11，减压器12后的管路上设置有对减压气体的压力进行测量的低压压力传感器13，控制单元分别与各电磁阀、传感器、压力测试仪进行电连接控制，以自动控制航天器舱体的压力。测试前的准备工作：设置好报警参数包括压力上限、压力下限及恢复压力等，报警提示语音，压力稳定周期一般0.5h。工作前打开图1气源5上的阀门，通过高压传感器11的显示可以看出气源压力，通过调节减压器12使低压传感器13显示为0.1MPa。由于航天器密封舱体1内初始压力为0，监控系统发出压力下限超标报警，对舱体进行充气操作，充气电磁阀14打开，对产品进行充气，充气至恢复压力时，充气电磁阀14关闭，进行压力稳定，稳定一定的周期一般0.5h后，解除压力超限报警。此时已具备航天器密封舱体的测试状态，一般在94kPa±2kPa压力范围内。测试人员按照相关工艺进行测试操作。测试过程中随着航天器密封舱体内压力的变化，会出现压力变低或变高的现象。航天器密封舱体压力维持系统将会根据实际情况实现密封舱体压力的维持工作。

当航天器密封舱体压力过低需要补压时，发出报警信息，提示测试人员“压力下限超标，停止测试工作！”，随后充气电磁阀14打开，对产品进行充气，充气至设定压力时，充气电磁阀14关闭，进行压力稳定，稳定一定的周期一般0.5h后，解除压力超限报警，语音提示“压力正常，可以进行测试！”。当航天器密封舱体压力过高需要泄压时，发出报警信息，提示测试人员“压力上限超标，停止测试工作！”，随后放气电磁阀15打开，对产品进行泄压，泄压至设定压力时，泄压电磁阀15关闭，进行压力稳定，稳定一定的周期一般0.5h后，解除压力超限报警，语音提示“压力正常，可以进行测试！”。航天器密封舱体内有很多设备，新充入的气体或排放气体后，由于渗透、温度等原因压力不能及时稳定，需要稳定一定的事件，根据经验数据一般0.5h后，通过高精度舱体压力测试仪22显示压力基本稳定。

当高压传感器11压力小于0.1MPa时，表明气源压力不足，需要更换气源，系统发出报警提示“气源压力不足，请更换气源！”。气源更换结束，解除压力超限报警，语音提示“压力正常，可以进行测试！”。

图2中过滤器10精度不大于10μ，防止气源中的颗粒物进入产品内部。安全阀18可以保护产品受到异常压力发生故障或爆炸事故，需要采用低压力高精度溢流阀，保证开启的精度和可靠性，手动截止阀19在更换安全阀18计量时使用，舱体压力监控设备使用期间手动截止阀19保持常开状态。

图2中高精度舱体压力测试仪22为该设备的核心仪器，其测试量程为0～150kPa，测试精度小于0.05％，保证测量的精度，由于航天器在轨压力约一个大气压100kPa，属于微压力高精度测试。

图2中控制模块23主要采集各路传感器的信号，并控制各电磁阀开关，发出报警信息。数据输出终端24主要实现测试数据的输出。

为了扩充舱体压力监控设备的功能，由于有些航天器密封舱体上只有一个供充放气的口，没有测压口。舱体压力监测设备上的设备测压口21没有可接的接口，需要将其密封堵死。舱体压力监控设备上设置测压电磁阀20正常情况下保持关闭状态，由于充气时的压力较大流量较快可能直接将高精度舱体压力测试仪22损坏，在进行监控过程中，需要补压时，关闭测压电磁阀20，采用一种渐进算法实现舱体的补压工作，补一定时间一般1min，关闭充气电磁阀14，打开测压电磁阀20进行测压，通过计算，逐步实现产品压力达到规定压力值。放气过程由于压差较小，气流也小，可以保持测压电磁阀20始终打开，通过打开放气电磁阀15来实现放气工作。其他相关报警工作同上述一致。

本发明的航天器密封舱体压力自动维持系统的设计，该系统具有自动化程度高、操作简单、使用方便、成本低、功能完善、可靠安全等特点。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (10)

1.航天器密封舱体的压力自动维持系统，主要包括舱体压力监控设备、作为气源的气瓶以及用于连接气路的管道组件，航天器密封舱体上设有产品充气口和产品测压口，产品充气口主要用于产品内舱体的充气与排气，产品测压口主要用于产品内压力的测量，其中，舱体压力监控设备的设备气源口与气源通过气源管道组件连接，为系统提供气源，产品充气口和产品测压口分别通过充气管道组件和测压管道组件同舱体压力监控设备的设备充气口和设备放气口以及设备测压口连接。

2.如权利要求1所述的压力自动维持系统，其中，舱体压力监控设备主要包括控制单元、过滤器、减压器、高压压力传感器、低压压力传感器、充气电磁阀、放气电磁阀、设备安全阀、测压电磁阀、高精度舱体压力测试仪，且具有设备气源口、设备放气口、设备充气口、设备测压口的接口，其中，设备气源口进入的气体经过滤器过滤后由减压器进行减压，减压气体通过开启充气电磁阀后实现航天器密封舱体的充气操作，充气结束关闭充气电磁阀，密封舱体内的压力经过开启放气电磁阀从设备放气口的实现舱体的放气操作，测压电磁阀后与并联的高精度舱体压力测试仪、设备测压口和设备安全阀连接，以对航天器产品的内压力进行测量，其中，过滤器后的管路上设置有对过滤后的气体压力进行测量的高压压力传感器，减压器后的管路上设置有对减压气体的压力进行测量的低压压力传感器，控制单元分别与各电磁阀、传感器、压力测试仪进行电连接控制，以自动控制航天器舱体的压力。

3.如权利要求1所述的压力自动维持系统，其中，设备安全阀前的管路上还设置有手动截止阀。

4.如权利要求1所述的压力自动维持系统，其中，控制单元通过工控机实现系统的控制与显示。

5.如权利要求1-4任一项所述的压力自动维持系统，其中，控制单元还电连接有数据输出终端。

6.如权利要求5所述的压力自动维持系统，其中，控制单元设置有报警门限，报警门限包括压力上限、压力下限及恢复压力。

7.如权利要求1-4任一项所述的压力自动维持系统，其中，过滤器精度不大于10μ，防止气源中的颗粒物进入产品内部。

8.如权利要求1-4任一项所述的压力自动维持系统，其中，安全阀保护产品受到异常压力发生故障或爆炸事故，采用低压力高精度溢流阀。

9.如权利要求1-4任一项所述的压力自动维持系统，其中，手动截止阀在更换安全阀计量时使用，舱体压力监控设备使用期间手动截止阀保持常开状态。

10.如权利要求1-4任一项所述的压力自动维持系统，其中，航天器密封舱体的内压力维持在94kPa±2kPa，如果压力过高需要产生报警，提示测试人员停止测试，产品压力正在进行自动排放，待压力恢复到要求压力，并稳定一定的周期后，产生报警，提示测试人员进行测试；如果压力过低产生报警，提示测试人员停止测试，产品压力正在进行补压，待压力恢复到要求压力，并稳定一定的周期后，产生报警，提示测试人员进行测试工作；如果气源压力不足，进行报警，提示测试人员需要更换气源。