Совершенствование методов высокочувствительного течеискания для отработки герметичности систем космического аппарата Текст научной статьи по специальности «Математика»

Тепломассообменные процессы в конструкциях ЛА, энергетическихустаноеок,и систем жизнеобеспечения

УДК 629.78

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ТЕЧЕИСКАНИЯ ДЛЯ ОТРАБОТКИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

И. П. Колчанов, А. А. Кишкин, А. В. Делков*, В. Г. Мелкозеров, А. В. Хахленков

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: [email protected]

Рассматриваются аспекты повышения эффективности существующих методов течеискания при контроле герметичности изделий ракетно-космической техники. Описан метод поиска течи на основе анализа полей концентрации тестового газа в камере.

Ключевые слова: контроль герметичности, течеискание, космический аппарат.

IMPROVING METHODS OF HIGH-SENSE LEAK TESTING FOR THE LEAKAGE CONTROL PROCESSING OF THE SPACECRAFTS SYSTEMS

I. P. Kolchanov, A. A. Kishkin, A. V. Delkov*, V. G. Melkozerov, A. V. Hahlenkov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

This article covers aspects of improving the effectiveness of existing leak detection methods to check the tightness of rocket and space equipment. The method of leak testing is on the basis of the analysis of the fields of test gas concentration in the chamber.

Keywords: leak testing, leak detection, spacecraft.

Одним из важнейших факторов обеспечения безопасности, работоспособности и сохраняемости изделий ракетно-космической техники (РКТ) является герметичность, определяющая способность конструкции препятствовать проникновению через нее жидкости и газа. Повышенные требования предъявляются к герметичности агрегатов с высокотемпературной средой, систем токсичных, пожаро- и взрывоопасных веществ, изделий длительного хранения в заправленном состоянии, а также агрегатов и систем космических аппаратов (КА) с регламентированными сроками активного существования [1; 2].

Абсолютная герметичность неосуществима, так как все конструкционные материалы обладают определенной проницаемостью. Технически значимыми источниками негерметичности изделий РКТ являются течи в виде неплотностей разъемных стыков, микротрещин и микропор основного материала или сварных и паяных соединений, вызывающие утечки рабочих веществ из замкнутых полостей конструкций агрегатов и систем, определяющие уровень качества их изготовления и регламентируемые нормами герметичности [3].

При контроле герметичности, в общем случае, приходится решать две задачи: определение (преимущественно вакуумными методами) общей степени герметичности сборочной единицы, а при превышении установленной нормы - локализация течи, т. е. выявление зоны и, по возможности, конкретного места дефекта. Вследствие малых размеров дефектов,

вызывающих течи, процесс их обнаружения является трудоемким [4].

Следует отметить, что минимальный порог чувствительности способов, применимых для локализации течей, выше порога чувствительности способов определения степени суммарной негерметичности и это обстоятельство в ряде случаев приводит к невозможности обнаружения конкретного дефекта и его устранения [5].

Таким образом, задачей высокочувствительного течеискания является выявление негерметичных участков контролируемых поверхностей изделий по величине утечки пробного газа на уровне чувствительности применяемых метода контроля.

Одним из возможных путей реализации данной задачи является локализация течи при анализе полей концентрации пробного газа в объеме испытательной камере. В качестве пробного газа применяют гелий. Он безопасен в работе, хорошо проникает через течи, у него низкая адсорбируемость.

Для реализации преимуществ статического режима испытаний из замкнутого объема перед началом проведения замеров удаляется гелийсодержащий воздух, а для получения минимальной концентрации гелия в пространстве замкнутого объема проводится заполнение испытательного объема гелийнесодержа-щий воздухом и регистрируется остаточное значение концентрации пробного газа (гелия) в атмосфере объема.

Решетневскуе чтения. 2017

Затем в тестируемый объект подают гелий. При наличии малых дефектов герметичности в объекте пробный газ через дефекты (течи) начинает вытекать из объекта и поступать в атмосферу замкнутого объема.

Цель тестирования - обнаружение этих течей и оценка величины интенсивности утечек пробного газа из объекта по изменению его концентрации в локальных зонах испытательного объема.

С этой целью значения концентрации гелия замеряются в разных точках испытательного объема вблизи поверхности тестируемого объекта для построения поля распределения концентраций.

Для получения сведений о местоположении утечки и величине ее интенсивности полученные характеристики поля обрабатываются с применением математического аппарата уравнения диффузии.

При этом величина интенсивности утечки с наибольшей точностью определяется известным способом накопления пробного газа в зоне утечки, например, под чехлом [6].

Величины обнаруженных утечек сравнивают с допустимыми значениями через соотношения посредством эталонов для их оценки и устранения дефектов.

Библиографические ссылки

1. Афанасьев В. А. и др. Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов / Под редакцией Н. В. Холодкова. М. : Изд-во МАИ, 1994. 412 с.

2. Гурвич А. К., Ермолов И. Н., Сажин С. Г. Не-разрушающий контроль. Кн. 1. Общие вопросы / под ред. В. В. Сухорукова. М. : Высш. шк., 1992. 488 с.

3. ГОСТ 28517-90. Контроль неразрушающий. Масс-спектрометрический метод течеискания. Общие требования.

4. Тестоедов Н. А. Технология производства космических аппаратов : учебник для вузов. Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009. 352 с.

5. Шешин Е. П. Вакуумные технологии : учеб. пособие. Долгопрудный : Интеллект. 2009. 504 с.

6. Тарасевич Р. М. Методы и средства проверки герметичности узлов, отсеков и систем летательных аппаратов : учеб. пособие. М. : Изд-во МАИ, 1974. 145 с.

References

1. Afanasyev V. A. Eksperimental'naya otrabotka kosmicheskikh letatel 'nykh apparatov [Experimental development of spacecraft]. Edited by N. V. Kholodkov, Moscow, MAI Publ, 1994, 412 p.

2. Gurvich A. K., Ermolov I. N., Sazhin S. G. Neraz-rushayushchiy kontrol'. Kn. 1. Obshchie voprosy [Un-brakable control. Part 1. General issues] / ed. V. V. Su-khorukov. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1992.

3. GOST 28517-90. Kontrol' nerazrushayushchiy. Mass-spektrometricheskiy metod techeiskaniya. Obshchie trebovaniya [Non-destructive testing. Mass spectrometric method of leak detection. General requirements].

4. Testoyedov N. A. Tekhnologiya proizvodstva kos-micheskikh apparatov [The technology of production of space vehicles. Sib. gos. aeroskomich. un-t Publ. Krasnoyarsk, 2009, 352 p.

5. Sheshin E. P. Vakuumnye tekhnologii [Vacuum technologies]. Dolgoprudny, Intellect, 2009, 504 p.

6. Tarasevich R. M. Metody i sredstva proverki ger-metichnosti uzlov, otsekov i sistem letatel 'nykh apparatov [Methods and means of testing the integrity of units, compartments and systems of aircraft], Moscow, MAI Publ., 1974, 145 p.

© Колчанов И. П., Кишкин А. А., Делков А. В., Мелкозеров В. Г., Хахленков А. В., 2017