新一代运载火箭总装及测试的检验检测技术探究

2023-08-17天津航天长征火箭制造有限公司朱迎新周国星刘月鹏

军民两用技术与产品 2023年3期

天津航天长征火箭制造有限公司朱迎新周国星刘月鹏杨瑞

当前，我国航天强国建设已进入新的发展阶段，呈现出新的特征，同时面临新的挑战。中国航天科技集团有限公司党组书记、董事长吴燕生指出，加快推动由“保成功、保交付、保增长”向“高质量保证成功、高效率完成任务、高效益推动航天强国和国防建设”（以下简称“三高”）转变。探究火箭总装及测试的检验检测技术对于提升检验检测效率、提高火箭装配质量和控制施工成本等方面有着重要意义。完善的检验检测技术能够使火箭总装及测试的过程可控可追溯，在一定程度上避免低层次人为或重复性质量问题的发生，满足我国航天事业发展的要求。

一、新一代运载火箭总装及测试的检验检测技术与“三高”发展要求存在的差距

受多方面因素综合影响，新一代运载火箭总装及测试的检验检测技术与“三高”发展要求存在差距，主要体现在以下3个方面。

一是总体检验水平有待提高。一方面，由于检验人员工作年限尚短、经验较少，自身水平不高，未能做到对质量问题的完全把关和预防，没有把质量问题消灭在“萌芽阶段”，偶有发生“检不准、检不快”“错漏检”的现象。另一方面，检验人员目前在检验方法、检验流程、检验点等方面没有形成一套成熟可靠、规范健全的检验检测技术。

二是部分工序检测效率不高或不能达到实时检测。检测工装设备不合适或缺少，将导致部分工序进行时检测效率不高或不能达到实时检测，具体表现在2个方面：一方面，部分项目进行导通阻值与绝缘性能检测时，缺少与之对应的转接电缆，只能使用表笔线直接接触箭体上插头的插针与屏蔽层进行操作。由于插针与屏蔽层之间间隙较小，检测十分不便，项目进行效率不高。另外，表笔线直接接触点位会对箭上的插针和屏蔽层造成磨损。另一方面，检验人员进行保压检测时，未充分利用箭上管路系统布置的压力传感器测点，仅通过地面配气台与高压软管搭建检测系统，在保压结束后读取压力示数，未能实现实时检测。

三是存在易错难检验项目。火箭箭体自身涉及的技术和工艺结构复杂程度很高，必然存在一些易错难检验项目：首先是产品固有特性及工艺性限制，检查项目的位置难以触及。例如，仪器设备的电连接器插接插头较多且安装位置较近，同时舱内操作空间小，插接时操作困难，插接后难以检查。其次是箭体加工误差或变形等因素，使检测项目控制难度增加。对于无固定理论长度的捆绑连杆，需要在工作平台上对连杆进行调节，捆绑连杆两拉耳之间的水平度、捆绑连杆长度的变化量检测难于控制。最后是部分产品外观完全一致，未采取“防差错”设计，且产品图号喷涂或电刻不够醒目，安装检查时易混淆。

二、探究新一代运载火箭总装及测试的检验检测技术

面对与“三高”发展要求存在的差距，为保证每一次发射任务圆满成功，新一代运载火箭总装及测试团队不断探索检验检测技术，下面将从火箭总装及测试中的8个方面分别探究其检验检测技术手段。

1.快速识别极性产品安装

极性产品安装涉及箭上和箭下2个部分。箭下产品主要是地面配气系统中的滤网过滤器和麂皮过滤器，这两种过滤器壳体外部均刻有箭头标识。在进行气密检漏时，系统中过滤器的数量多达几十个，检验人员需要逐个核对箭头标识来辨别过滤器安装方向的正确性。但过滤器两端连接高压软管以后，箭头标识经常在贴近地面一侧，并且过滤器两端被束缚，不易转动，检查时费时费力。

通过研究对比发现，总装及测试现场使用的过滤器共有3种图号，其壳体的可拆卸端均为出口，通过外观形状便可对过滤器的方向快速准确地作出判断，不必刻意核对箭头标识。检验人员采用此方法，极大地缩短了识别过滤器方向的时间，提升了气密检漏中地面准备工序的检验效率。因此，箭上的单向阀、电磁阀、卸荷开关、孔板等极性产品除了用箭头标识辨识方向外，均可通过外观形状快速准确地作出判断。

2.采用标识检验法

标识检验法主要用于区分外观相似、检查时容易混淆的产品。标识包含颜色标识、数量标识、文字标识等。例如，在搭建气检配气系统时，配气台面板操作开关、配气台气体出口与箭上接口，容易发生三者不对应的情况，尤其是配气台出口压力相同或者箭上接口通径相同时，更是增加了因上述3个因素不对应而发生质量问题的概率。

为应对上述情况，在配气台操作面板分别粘贴开关所控制通道的文字标识，明确每个开关所控制的通道；针对配气系统的地面高压软管较长的特点，在高压软管的两端分别粘贴不同数量的色环标识；高压软管与配气台连接后，记录软管粘贴的色环数量与操作面板开关文字标识的对应关系；高压软管与箭上接口连接时，按照上述已经明确的对应关系连接。色环标识与文字标识的结合检验，有效提高了检验人员检查配气系统的地面高压软管连接状态的效率与准确率。

3.形迹检验

箭体出厂零部组件的清点检查是一项繁琐的工作，不仅耗费人力，还极易发生零部组件种类、数量清点错误的情况，采用形迹检验能有效地解决该问题。形迹检验是将零部件、工具等，在包装箱内将物品的投影形状描画出来，按其投影形状嵌入凹模进行定位的检验手段。形迹检验尤其适用于箭体出厂时检查清点装箱零部组件的种类数量。首先利用废旧包装箱制作凹模，其次按照位置将单机产品、火工装置等的安装附件及紧固件一一安放，最后在出厂核对时一目了然，且便于各种零件在发射场的取用。

4.专用检测转接电缆、转接盒与跨接导线

箭上仪器与电缆的导通阻值与绝缘性能检测是箭体总装及测试中的一项重要工作，可以验证传感器是否正常、电连接器插接是否到位、箱内传感器导线压接是否合格等。对于以脱拔插座、密封法兰为代表的检测点位繁多的检测项目，仅使用传统的两根表笔线已不能满足高效率完成检测任务的要求。为提升检测效率，针对箭上不同的检测位置，检验检测人员制作专用检测转接电缆、转接盒与跨接导线。

例如，在检测箭上接口的绝缘性能时，转接电缆的一端与箭上接口连接，另一端与转接盒连接，转接盒上的点位排列顺序与箭上接口一一对应，使用跨接导线将转接盒上的的检测点位串联，使转接盒上的点位全部导通。检测转接盒第一个点位与另外任意一点位绝缘，则第一个点位与其他点位均绝缘，以此类推。检验检测人员使用转接电缆、转接盒和跨接导线后，不需要逐个检测点位之间的绝缘性，减少了表笔线直接接触箭上接口造成的磨损。

5.提高氦质谱泄漏检测覆盖率

氦质谱泄漏检测多用于液体运载火箭燃系统增压输送管路的接头、法兰盘等位置。但阀门在发射场时有内漏、漏率超标，以及增压气瓶系统在发射场出现保压不符合技术指标等情况。表明仅使用常规的皂泡法对箭上增压输送管路进行气密性检测已经不能满足运载火箭高可靠性的要求。因此，有必要在皂泡法检漏的基础上增加一次氦质谱泄漏检测。提高氦质谱泄漏检测覆盖率后，全箭约90%的管路系统都进行了皂泡法检漏与氦质谱泄漏检测的双重气密性检测，最大限度地保证了箭上管路系统的密封性，提高了运载火箭动力系统的可靠性。

6.施加力矩前现场检测校准

运载火箭的分离火工装置、部段壳体、仪器、管路阀门等总装均采用螺接形式，螺接所涉及紧固件均需使用扭力扳手施加力矩。扭力扳手按公司内部程序文件规定，由专业的北京航天计量测试技术研究所定期检定。扭力扳手在总装中属于高频次使用量具，损耗严重。若在规定的检定周期内，扭力扳手施加的力矩达不到扳手上所显示的数值，将会发生管路安装后泄漏等情况。

为保证总装现场扭力扳手所施加力矩值的准确性，避免扭力扳手可能在检定周期内失效，有必要在工作现场设置力矩检测校准装置。箭体上仪器、阀门等安装施加力矩前，首先使用扭力扳手在现场检测校准设备上施加5次，每次的力矩值与额定值误差不超过5%方可上箭施加。另外，重点部位在力矩施加完成后采用数显力矩扳手再复校一遍，确保施加的力矩万无一失。

7.改进串联单向阀漏率检测

串联单向阀是运载火箭增压系统惯用的冗余设计，常见于箭上的贮箱地面增压系统、氦引射系统等。单向阀漏率检测是检测安装上箭的单向阀在工作压力下的反向漏气量，是检测阀门启闭后性能的重要指标。串联单向阀漏率检测的传统方法是先检测上游单向阀漏率，再检测下游单向阀漏率。

通过对两个单向阀之间管路气体的压力监测得知，串联单向阀启闭后，两个单向阀之间的管路压力满足下游单向阀漏率检测的要求。因此可以调整两个阀门漏率检测顺序，先检测下游单向阀漏率，再检测上游单向阀漏率，达到对检测项目的改进。改进后的检测方法，减少了地面高压软管与箭上接口的拆装，减少了一次气体充压过程，提升了串联单向阀漏率检测项目的效率，降低了该检测项目的气体使用量。

8.多媒体图册检验法

多媒体图册检验法是把工艺一体化文件要求的检验点及操作细则制作成多媒体图册，用可视化的形式将检验点以及操作步骤表现出来。检验人员利用多媒体图册结合工艺一体化文件的文字描述去检查装配的部段，尤其是检查复杂的零部件装配，检验工作变得极为便捷和准确，在一定程度上减少了“老人新岗”和“新人新岗”发生质量问题的概率。

目前，新一代运载火箭正在研究总装脉动生产线将检验点信息与增强现实（AR）技术相结合，可实现仪器、管路等产品装配的智能检验检测与质量分析。