[发明专利]一种用于航天低温复合材料贮箱的渗漏性测试装置

说明书

本发明公开了一种用于航天低温复合材料贮箱的渗漏性测试装置，包括液氦瓶、真空泵、氦质谱检漏仪、液位计和测试罐，测试罐的顶盖上设有氦注入口A和排气口A，液氦瓶与氦注入口A相连，真空泵通过真空管路和氦质谱检漏仪与测试罐相连，测试罐的氦注入口A和排气口A分别与复合材料贮箱的氦注入口B和排气口B相连，液位计设置在复合材料贮箱上。本发明的渗漏性测试装置能够高度还原航天低温复合材料贮箱服役时所处低温环境，实现对复合材料贮箱进行低温渗漏性检测；通过引入真空泵和氦质谱检漏仪，可排除环境、材料中气体和水蒸气对压差法测试结果的影响，为复合材料贮箱的高品质制造提供了必要的检测装置。

技术领域

本发明涉及检测材料渗漏性能的装置技术领域，特别地，涉及一种用于航天低温复合材料贮箱的渗漏性测试装置。

背景技术

航天运载器作为能够将人造卫星、空间站、飞船等太空装置送入宇宙空间的重要飞行载具，是一个国家航天科技水平的重要标志。未来航天器及运载火箭的发展趋势是具备高运载能力，同时最大程度降低其制造成本，例如低成本航天器、可重复使用飞行器、单级入轨等航天器，这就需要将航天器的发射总重量降到最低。为了实现高运载力、低成本航天器的发展，首先必须解决的就是飞行器整体重量过大的问题。推进剂贮箱作为运载火箭的主要组成部分之一，占据了很大的空间，是主要的减重部件。

低温复合材料贮箱的发展是进行下一代空间探索和创造新型运载火箭的关键一步。目前，世界上主流的航空运载器均尝试使用复合材料来降低整机的重量以及生产成本，部分发达国家已成功将其应用在航天飞行器低温贮箱的制造之中。传统的低温燃料贮箱大都是由金属材料(例如高强铝合金等)通过焊接工艺制备而成，但是随着复合材料技术的高速发展以及在航空航天领域的逐步应用，特别是冷热循环力学性能优良的复合材料体系的不断研发，使得无内衬全复合材料低温贮箱成为航天运载器轻质化的主要发展方向。复合材料相比于金属材料，具有更高的比强度和比模量，同时兼具优良的抗疲劳性能。复合材料低温贮箱能够实现比目前的铝合金制贮箱低20-40％的减重目标，且其所采用的各种先进成型工艺可以大幅度减少零部件的装配，很大程度上提高了生产效率、缩短了生产周期，达到了降低生产成本的目的。然而，由于航天运载器贮箱内部盛放的低温介质(如液氧、液氢)的小分子特性，极易通过贮箱的制造缺陷渗入材料内部；同时，为了维持低温燃料的液体状态，贮箱内一般存在0.2-0.3MPa的压力，箱体内外的巨大压差及长期承受冷热交变循环应力等复杂工况会使得材料内部产生微裂纹，微裂纹的不断扩展和连通会引起低温介质渗漏的问题，最后导致贮箱失效并破坏。因此，在服役前对复合材料贮箱及试样进行常、低温渗漏性测试是十分必要的。

目前，国内普遍采用的复合材料渗漏性测试方法是基于GB/T 1038-2000的压差法。此方法适用于测定塑料薄膜和薄片的气体透过量和气体透过系数。利用塑料薄膜或薄片将高、低压室分隔开，向高压室中充入0.1MPa的试验气体，将试样密封后用真空泵将低压室中的空气抽到接近零值。采用测压计测量低压室内的压力增量，即可确定试验气体由高压室透过膜/片至低压室的以时间为函数的气体量。此方法可用于大部分气体的透过量测定，具有一定普适性；但是气体的透过量需要进行后续计算处理，步骤繁琐且会引入误差；同时，此方法仅可进行常温下气体透过量的测定，不涉及低温下液体渗漏性的测试。

本领域的技术人员对上述测试方法进行改进用于在常温或低温下检测材料的渗漏性能，例如申请号为CN201610810397.X的发明专利申请公开了一种在常温或低温下检测材料渗漏性能的方法和装置，该方法和装置基于压差法和荧光法双重原理，在测试试样的上表面覆盖荧光检漏液并通入指定压力的高压气体，根据下表面的气体压力变化计算试样的气体透过量，并通过紫外光照射试样下表面观察荧光渗漏情况，以确定渗漏位置。此外，通过将荧光剂与液氮混合制备得到低温荧光检漏液，可实现低温下材料渗漏性能的检测。但是，该方法仍然需要通过气体压力变化计算试样的气体透过量，步骤繁琐且不直观；同时，利用混合制备得到的低温荧光检漏液只是简单覆盖在试样表面，因此得到的低温渗漏检测结果也有偏差。