全北现代和川崎前锋:航天器單機產品真空室檢漏法測量結果的不確定度評定

真空檢漏 汪力 北京衛星環境工程研究所

大宫松鼠vs川崎前锋 www.lpfxlz.com.cn

  航天器推進系統的單機產品的漏率測試往往采用氦質譜真空室檢漏法,研究該方法測量結果的不確定度評定具有重要的工程應用價值。本文首先對大宫松鼠vs川崎前锋室檢漏法的原理進行了分析探討,并從不確定的基礎理論出發系統地研究了氦質譜真空室檢漏法測量結果的不確定度評定方法,并結合工作的具體案例給出了評價的具體步驟。

  真空室檢漏法由于其具有較高的靈敏度,且可以模擬航天器單機產品工作的真實環境,因此已廣泛應用于現階段航天器推進系統的單機產品的檢漏測試。當然,該種方法也可應用于小衛星的整星檢漏測試。值得一提的是,真空室檢漏法在某些文獻中也稱為“加壓真空檢漏法”,本文則采用文獻中的名稱。通常,真空室法的檢漏系統示意圖如圖1 所示,當然還有其它的系統示意圖,如將檢漏儀直接接在真空室上等,具體可參考文獻。

真空室法檢漏系統示意圖

圖1 真空室法檢漏系統示意圖

  本文重點闡述現已廣泛使用的如圖1 所示的真空室法的檢漏系統示意圖,其基本原理是利用真空校準漏孔比對被檢漏孔來進行測試。具體的試驗過程是:首先建立一個符合真空室檢漏方法并滿足檢漏靈敏度要求的檢漏系統。對真空室抽真空,達到檢漏要求的真空度時打開截止閥,使真空室與已經工作的檢漏儀連接,在儀器穩定后記錄系統本底值,然后打開真空校準漏孔,待儀器示值穩定,記錄反應值,關閉真空校準漏孔等待儀器回到本底初值,對被檢件充入工作壓力的氦氣,記錄檢漏儀的反應值,從而達到檢漏目的。目前航天器推進系統的單機產品的檢漏測試結果只能給出測量值,卻不能給出評價測試結果的參數———不確定度。本文嘗試從測試系統的不確定度和隨機因素所引起的不確定度兩方面對氦質譜真空室檢漏法測量結果的不確定度進行研究。

2、真空室檢漏法測量結果不確定度來源分析

  真空室檢漏法不確定度的來源主要有以下幾個方面:氦質譜檢漏儀、真空校準漏孔、測試環境、測試時間和不同操作者等。但在對真空室檢漏法測量結果的不確定度進行評定時,卻很難將以上各個影響因素的不確定度分量分別量化,然后再進行合成。原因在于有些因素是耦合的,如在測試不同操作者引入的不確定度分量時,會不可避免地將測試環境等因素引起的不確定度分量帶入了。因此,可將以上影響因素分成檢漏測試系統效應不確定度以及隨機因素引起的不確定度兩部分組成。其中,檢漏測試系統的不確定度將考慮氦質譜檢漏儀、真空校準漏孔等檢漏測試系統的重要組成部分導致的不確定度,這一部分不確定度是固定的;隨機因素引起的不確定度則包含了測試環境、不同操作者、測試時間等其它因素而帶來的不確定度,是不確定的,與具體每次檢漏測試的條件是相關的。

4、討論

  該被檢件其實是真空標準漏孔,其標稱值為2.60×10- 7 Pa·m3/s,U=18.0%(k=2), 由國防科技工業真空一級計量站提供,因此可以認為是被檢件的真值。若測試結果的置信水平為0.95,則真值將絕大部分落在測試結果的區間內,如圖2所示。圖中,細線部分為真值范圍,粗線部分為航天器單機產品真空室檢漏法的測試結果。圖3給出了置信水平為0.99 的分析圖。由圖3 可見,真值全部落在測試結果的范圍內。因此,可以認為評定結果正確。被檢件最終測試結果由公式(24)給出。

航天器單機產品真空室檢漏法測量結果的不確定度評定

圖2 測試結果取包含因子k=2 時的分析圖圖3 測試結果取包含因子k=3 時的分析圖

5、結束語

  本文基于不確定度的基礎理論,對航天器單機產品的真空室檢漏法測量結果的不確定度從測試的系統影響因素和隨機影響因素兩方面進行了研究,通過實際案例證明了該評定方法的正確性。本文的評價方法將對其它真空檢漏方法測量結果的不確定度評定具有一定的參考意義。