危險氣體監測系統設計及特性
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3.2 性能指標測試
為了得到測試系統的性能指標，編制了共底安全監測系統測試大綱和操作細則，根據大綱和操作細則對系統指標進(jìn)行逐一測試，測試結果列于表1。
危險氣體監測系統已成功地用于長(cháng)征三號系列火箭的發(fā)射試驗，多次試驗證明，該系統性能穩定、質(zhì)量可靠、測量數據迅速準確，保證火箭安全發(fā)射。系統的應用包括共底真空性能測試和在燃料加注過(guò)程中的共底安全監測兩個(gè)方面。
4.1 共底真空性能測試
4.1.1共底極限壓力測定
共底極限壓力是指共底在操作規程規定的抽氣時(shí)間內，采用規定的抽氣系統，共底達到的壓力。該項指標是反應共底漏放氣率和抽氣性能的綜合指標。當共底的漏放氣率確定后，共底的極限壓力主要取決于抽氣系統的抽速。因此，測量該項指標時(shí)，必須保證抽氣系統正常工作條件：機械泵正常工作、抽氣管道不漏。
由于共底采用間斷抽氣的方法，因此，測量極限壓力的最好辦法是繪制共底壓力和抽氣時(shí)間關(guān)系的曲線(xiàn)，根據曲線(xiàn)的趨勢并在規定的時(shí)間點(diǎn)上，查到的對應壓力即為所測值。圖3為典型的共底抽氣曲線(xiàn)。由于采用間斷抽氣，因此在每次停止抽氣時(shí)因共底夾芯玻璃鋼出氣使共底壓力增加。從曲線(xiàn)上可查出共底的抽氣時(shí)間和極限壓力。
圖3 典型共底抽氣曲線(xiàn)
◆-壓力
共底停止抽氣后，壓力按P=Qt/V變化，式中Q為共底的總漏放氣率。正常條件下，共底的放氣率占主要部分。由于受共底蜂窩夾層流導的限制，其放氣過(guò)程是一個(gè)緩慢的過(guò)程。實(shí)驗表明，這個(gè)過(guò)程需要幾個(gè)小時(shí)。為了正確測量共底漏放氣率，必須選擇足夠長(cháng)的時(shí)間，通常為24 h。
共底漏放氣率測試，只有在共底抽氣足夠長(cháng)時(shí)間后進(jìn)行才有意義。在共底抽氣初期（累計抽氣時(shí)間小于10 h），由于共底的大量放氣，測量的數據很難正確反映共底的真實(shí)狀態(tài)。根據大量的共底漏放氣率測試的實(shí)驗數據，在測試規程中規定，共底累計抽氣時(shí)間30 h后，進(jìn)行常溫下24 h共底漏放率測定。
測試方法為：關(guān)閉共底箱閥，記錄共底24 h內的壓力，繪制壓力和時(shí)間變化曲線(xiàn)，計算共底漏放氣率。必要時(shí)，可以分別計算漏氣率和放氣率。
4.2 燃料加注過(guò)程中共底安全監測
在火箭低溫燃料液氫、液氧加注過(guò)程中，監測系統對共底壓力和氫濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，圖4為加注過(guò)程中共底無(wú)泄漏情況下壓力和濃度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)。
從變化曲線(xiàn)可以看出，在液氫加注預冷結束時(shí)，共底的壓力迅速下降，在不到2 min時(shí)間內，壓力下降3個(gè)數量級，這是由于共底的低溫面在液氫溫度下對共底抽氣造成的。如果共底沒(méi)有泄漏，壓力一直可維持在1×10-1 Pa。氫濃度在加注整個(gè)過(guò)程中，始終在1%波動(dòng)，該值可以認為是真空系統的本底。
圖4 液氫、液氧加注過(guò)程共底壓力和濃度變化曲線(xiàn)
◆-壓力；■-氫濃度
5 結 論
危險氣體監測系統采用質(zhì)譜技術(shù)對火箭危險氣體進(jìn)行監測，經(jīng)多次發(fā)射試驗驗證，該系統設計基本滿(mǎn)足使用要求。由于配有大氣取樣裝置，系統還可用于大氣環(huán)境下危險氣體監測。為了擴大應用范圍，系統可在提高檢測靈敏度、減小重量和體積、防止或減小污染等方面進(jìn)一步完善。
王榮宗：男，58歲，高級工程師，從事真空和質(zhì)譜技術(shù)研究，目前進(jìn)行空間質(zhì)譜測量和航天器危險氣體檢測工作
王榮宗（蘭州物理所 ，蘭州，730000）
孫天輝（蘭州物理所 ，蘭州，730000）
參考文獻
1，達道安等.真空設計手冊.國防工業(yè)出版社，1991.
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