运载火箭出厂测试多余物的控制与检测

2021-10-27胡经民甄晓改

现代制造技术与装备 2021年9期

关键词：气源自动检测阀门

张妍胡经民王东甄晓改

（首都航天机械有限公司，北京 100076）

1 多余物的存在原因

运载火箭的测试是完成火箭的发动机部位或其他单机的装配后，对火箭的整体进行吸能测试的环节。在这一过程中，多余物存在的原因有以下几个方面。

1.1 人为操作导致

技术人员在对运载火箭进行出厂检测过程中，可能会因使用弹簧圈、橡皮圈等零部件而产生类似保险丝类多余物等。检测完成后可能将工具以及技术人员的私人物品等落在检测部位，从而产生多余物。另外，人为操作产生的多余物还包括工具使用后产生的油漆、灰尘和油渍等。这些多余物都有可能影响运载火箭的质量安全。

1.2 机体自身携带

运载火箭的机体本身部件也存在携带多余物的可能性，如伺服机构和电子电气产品中的多余物等[1]。伺服机构是火箭控制系统中的重要执行机构之一，能够结合指令要求对系统进行控制，从而实现航天器俯仰、偏航和滚动等姿态控制[2]。安装伺服机构时，若与火箭内部的墙壁发生摩擦或磕碰将会堵塞阀门，从而导致液压油污染控制系统，因此需要注意相关设备安装过程对火箭性能的影响。

1.3 动力系统存在问题

动力系统是运载火箭的核心，包括气瓶、箭上阀门和发动机等结构。它是在电气系统的基础上为火箭充气加压，从而实现火箭驱动的动力装置[3]。动力系统的测试过程中，需要通过管路的压力传感器测试其压力值。在模拟飞行与系统匹配后，它还要通过模拟发动机状态来完成动力系统的测试。由于阀门结构特殊且运动配合空间较小，在流体的作用下，其中的多余物通常会汇集于缝隙处，严重时可能会破坏阀门的基础性能而影响火箭的正常发射。动力系统中的多余物主要包括气源进气室密封后残留在阀门上的塑料皮和肥皂水、配气台出入口的灰尘以及阀门和管道出入口外产生的金属碎屑等。动力系统中多余物的部位及类型如表1所示。

表1 多余物部位及类型

2 测试中多余物的控制方法

2.1 交接多余物控制

人为操作安装运载火箭的过程中，可能会由于一些人为的疏忽而产生金属废弃物等多余物，从而影响运载火箭的出厂质量。例如，技术人员在固定插座后，由于操作不合理导致人为碎屑进入插孔等。因此，在出厂测试开始前要确认运载火箭是否具备检验的标准，需要严格检查并与总装人员妥善交接。

2.2 机体自带多余物控制

技术人员在测试运载火箭的相关性能指标前，需要加强专业素质能力的培训，仔细排查机体自身掉落的零部件等问题，并针对性地处理存在的问题，以保障航天产品研制的安全性和稳定性。工作排查过程中，需要剪断保险丝并将其放入专用的工作袋中，便于后续工作中排查问题。针对试验测试人员的测试效果，技术人员需要登记后进仓工作，并将必要的工具装入工具袋中，且工具应设有防脱落措施[4-5]。进仓工作前，要登记带进舱内的工具和零件，便于出舱后核查使用数量。此外，工作人员要按规定着装，禁止将手表、打火机等个人物品带入舱内。进入舱内后，为控制产品的质量，需要将舱内的核心功能区划分为核心区与辅助区，以分区的方式检测舱内部位。

针对电子电器系统，技术人员需要先观测项目的外观是否受损，确保各部位的零件能够正常工作，同时保证航天产品内部的各元件连接处于正常状态。若技术人员观测到零件的状态不正常，应及时分析与解决航天产品所出现的问题。测试结束后，需要检查产品上仪器和电缆对应的电连接器，并将敞口部位盖好堵盖。在排除故障时，若需要断开连接部位，应在该部位下铺垫白布，以免有多余物脱落。

运载火箭的气源露点检测为一年5次，尘埃粒子的检测为每月1次。技术人员在检测过程中要注意气源的状态，保证气源的露点合理和地面气源能够进入箭体内部。在测试动力系统前，需要吹除连接配气台的导管和连接测试设备与发动机的测压软管中的多余物。技术人员在现场测试过程中，需要吹除气源连接口中的异物。关闭气源后，将蘸有酒精的半干白色绸布对准放气口，并检查白色绸布上是否有多余异物，以保证配气台管口处的清洁。

2.3 周转多余物控制

日常清洁周转箱是预防多余物的有效方法。周转箱是在设备移动和周转的过程中所要用到的设备，在其使用过程中，要防止磕碰与划伤，以避免产生多余物。对于长期暂停运转的地面设备要采取封存处理，以避免被污染。有干燥度要求的设备应检查周转箱内是否干燥。

3 多余物的检测方法

3.1 一般检查方法

检测不同部位的多余物时应用到的检测方法不同，通常用到的检测方式主要包括直接检测法、敲击检查法、设备检查法等。例如：技术人员在检测过程中使用到的手电筒、反光镜、电路管、连接器和箭上产品等均能用于直接检测；通过对硬件设备的摇动和敲击（主要是对箱体、壳段等用橡胶榔头轻轻敲打）等判断多余物声源的方式属于敲击检查；使用设备检查时，要检查铆接件和装配后形成的死角和夹缝等部位是否存在多余物并清理。

3.2 工业内窥检测

在航天结构类产品中，内窥检测发现的多余物一般分为活动类多余物和非活动类多余物。因为普通的检测装置无法适应航天产品复杂的内部结构，所以内窥检测成为检查航天产品复杂内型面结构中多余物的有效途径。内窥检测能够在多余物形貌图片的基础上，通过深入了解航天产品内部结构，精准检出多余物。

3.3 颗粒碰撞噪声检测法

目前，国际航天事业所认可的内窥检测方法为微粒碰撞噪声检测，颗粒碰撞噪声检测仪如图2所示。它由颗粒碰撞噪声检测（Particle Impact Noise Detection，PIND）系统的振动器发出一系列特定的机械冲击和振动，促使束缚粒子在航天产品内腔中碰撞，并通过传感器将产生的撞击声变成电信号，随后转化为示波器上波形，再由技术人员根据波形图像分析该部位是否有多余物。较为常用的多余物自动检测方法有航天电子装置自动检测法和利用声波分析的自动检测法。电子装置自动检测法是对传统PIND试验方法的升级。因为人为操作存在主观偏差，所以常出现疏漏或者误判，从而无法保障检测精度。传统检测仅能判断装置中是否存在多余物，并不能判断多余物的位置等信息。电子装置自动检测系统能够收集滑动与撞击混响信号，与传统检测相比，能更加精确地监测装置中的多余物。声波分析自动检测法是通过采集声波来实现检测的检测方式，在振动台产生振动的同时，用相关设备采集输出的声音信号，并将信号传输至软件分析系统，从而实现对多余物的监测。