一种面向航天器多孔密封材料渗漏特性评估的测控系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向航天器多孔密封材料渗漏特性评估的测控系统与方法，包括外部气源装置、减压阀门、超高温电加热系统、瞬时切换管线、密封测试试验器工装本体、高温气体冷却器、以PLC为主控制器的智能主动测控系统、变送器及泄漏检测仪表；根据实际多孔密封材料的运行工况和安装结构特点，依托此试验系统平台，针对性地开展多孔密封材料的渗透与泄漏测试试验，评估泄漏量得到密封材料在典型状态下的流动渗透和热量传递特性。测试过程中，提出了一种新的针对密封件、密封结构泄漏监检测的测试手段及方法。本发明专利技术测控系统主要针对多孔密封材料进行控制软件开发与试验器本体结构设计，为后续开展多工况密封渗漏原理性验证试验创造条件。创造条件。创造条件。

【技术实现步骤摘要】
一种面向航天器多孔密封材料渗漏特性评估的测控系统与方法


[0001]本
技术实现思路
提供了一种面向航天器多孔密封材料渗漏特性评估的测控系统与方法，具体属于密封材料测试评估领域，尤其是适用于超高温环境多孔密封介质的流动渗漏与热量传递特性测试。本专利技术涉及一种可以同时满足多工况(不同温度、压差、压缩率)条件下的多孔密封材料渗漏特性评估与测控系统。

技术介绍

[0002]伴随现代航空工业的快速崛起与发展，航空航天飞行器运行速度越来越快，由此带来一系列问题。其中，最为典型的就是飞行器机体敏感部位的密封与隔热问题，高温高压高负载严苛环境下的结构密封已经被认为是未来航天飞行器发展的关键技术。尤其是高超声速飞行器领域，一方面极大提高了航天飞行器的综合性能，另一方面对飞行器的结构设计水平与材料性能有了更高的要求。这就需要飞行器本体结构能够承受高超声速飞行器所面临的复杂工作环境，主要包括较高的温度环境工况、飞行器整体的稳态及瞬态激波局部加热、较强的气动载荷以及可能出现的结构严重振动和环境侵蚀。当高超声速飞行器再入时，高温高压气流会漏入机身缝隙位置进而产生缝隙内流热及高速气动带来的温度提升。因此，无论是载人飞船、滑翔和巡航飞行器、再入弹头等航天飞行器，其整流罩和机身开口处的缝隙位置均需要进行高温热密封防护。
[0003]高温热密封技术在现代工业领域中发展迅速的同时应用也较为广泛，是较为关键的一种技术手段，在航空航天领域也扮演着重要角色，相关的高温热密封结构与密封材料也是各种航天器的关键技术部件之一。美国最早的阿波罗号航天器就已经开始大量使用高温热密封技术来保证飞行器的正常运转，除此之外，美国的大力神洲际导弹在敏感关键部位同样设计并使用了各类密封结构与密封件多达340多项、900多处。美国的航天飞机和X
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38项目飞行器也同样提出了几种密封方案，为未来高超声速飞行器的密封发展研究提供了理论支撑与借鉴。
[0004]跟踪国内外相关的高温热密封研究资料，可以发现已有的研究主要针对热密封件材料本身，通过开展各种常温以及高温测试试验及数值仿真计算得到密封材料的相关力学特性与热力性能，并依据此行为与试验数据进行密封泄漏效果的综合评定与可靠性分析。典型密封结构与密封件主要有橡胶圈、滑环共同组成的往复式动态密封结构、耐热氟橡胶制成的橡胶密封圈、金属材质的空心管O型密封圈、内嵌金属弹簧管的纤维编织密封绳，以上各种结构和材料特点及应用工况各不相同。因此面向航天飞行器的高温热密封技术显得尤为关键与重要，这使得发展高温热密封技术变成了目前亟待解决的重要问题。
[0005]本专利技术提出一种面向航天器多孔密封材料渗漏特性评估的测控系统与方法。针对已有的待测多孔密封材料与目标测试参数进行点对点试验工装设计与测控程序开发，调试硬件设备与软件系统为后续开展密封材料渗漏试验与评估提供技术保障。通过由高压充气泵、高压稳压罐、高功率空气压缩机、减压阀门、超高温电加热系统、瞬时切换管路、密封测
试试验器工装、高温气体冷却器、测试软件及控制柜、温度压力变送器、高精度质量流量计等共同组成的集状态监测、参数控制与数据记录为一体的自动智能化密封渗漏测控系统，能够实现组合工况(温度、压差、压缩率)条件下对于航天多孔密封材料的密封特性原理性验证测试与评估。测试方案面向不同多孔材料拟定具备一定参照与可移植性，试验方法与测试过程可复现保证测试结果的可靠性与一致性。
[0006]2014年，专利CN103867712A公开了一种金属箔高温密封方法。该专利技术的密封方法属于结构热强度试验领域，通过主动和被动冷却方式减小高温对目标件的影响。通过使用该专利技术可以实现1000℃条件下正负压环境的密封，有助于热强度试验目标件冲压加载方式的实现。和本专利相比，不同之处在于：本专利通过金云母电加热丝实现待测目标温度，并且冷却方式采用被动空气冷却，冷却时间较长。此外，本专利目的为实现待测目标物的高温渗漏测试，与参考专利的隔热冷却目标物存在一定差异。
[0007]2019年，专利CN110043665A公开了一种适用于高温环境的热密封结构及其组装方法。该专利装置主要由弹性元件、内外隔热层以及外包覆层组成，通过对装置各部分的合理设计与结合，组成了可以有效对飞行器控制翼缝隙以及舱门等机身开口部位进行热防护，避免飞行器敏感结构及零件因过热发生失效与损坏。和本专利相比，不同之处在于：本专利主要针对一种或多种典型密封材料开展密封渗漏测试与评估，且测试系统包含组件较多功能完备，侧重点在于原理性验证与测试。而参考专利主要是一种具体的热密封结构及其组装方法，侧重点在于实际应用与功能属性。
[0008]2021年，专利CN213064611U公开了一种飞机整流罩加热密封装置。该专利通过螺纹配合的旋进环带动进料柱，使密封连接料便捷地可控从压料仓向外供给，一定程度提高了对整流罩间隙纹路加热密封的质量。同时，通过在装置架下端设置照明灯，方便操作人员观察需要密封的整流罩纹路，提高了加热密封的工作效率。和本专利相比，不同之处在于：本专利测试的密封材料为疏松多孔材质，具备一定的可压缩性，而参考专利主要针对整流罩结构间隙的螺纹纹路实施加热密封；本专利技术的软件测控方面较为全面，可以实现过程多参数的实时监测记录与主动控制，自动化程度较好。
[0009]其他相关的专利还有：专利号CN110095364A，一种高温热密封件高温性能热力耦合试验平台；专利号CN111156222A，一种应用于液压缸的超高温密封装置及液压缸；专利号CN112963547A，磁性液体隔热密封装置等。通过对已有高温热密封领域专利资料的分析研究，不同的热密封装置与测试方法都有其各自的优势和创新点。目前已有的专利技术涵盖的点方方面面，有的是针对目标物的热防护展开创新设计，有的是设计高温密封结构以减小热损失。本专利技术提出的一种面向航天器多孔密封材料渗漏特性评估的测控系统与方法，旨在通过自主搭建的高温原理性测试验证平台(软件、硬件)完成多种工况条件下航天多孔密封材料的渗漏检测与特性评估。上位机控制程序可以实时更改试验参数并最优匹配硬件设备，以便最大限度的模拟待测密封件实际的工作环境，使测试数据具有一定的真实性与参考价值。本专利技术提出并设计的高温密封测试方法与试验装置从实际工程出发为此类高温密封介质的研发提供了思路与技术储备，同时缩短了材料研发周期并降低了使用生产成本，填补了航天器结构敏感部位热密封材料在试验阶段测试评估的技术空白。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提出一种面向航天器多孔密封材料渗漏特性评估的测控系统与方法，以实现对多孔密封材料在不同温度、压差、压缩率等复杂工况条件下材料密封渗漏特性的测试评估研究。
[0011]本专利技术采用的技术方案为一种面向航天器多孔密封材料渗漏特性评估的测控系统，包括外部气源装置、减压阀门、超高温电加热系统、瞬时切换管线、密封测试试验器工装本体、高温气体冷却器、以PLC为主控制器的智能主动测控系统、变送器及泄漏检测仪表。外部气源装置通过高压气管连接减压阀门进气口，减压阀门出气口连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向航天器多孔密封材料渗漏特性评估的测控系统，其特征在于：包括外部气源装置、减压阀门、超高温电加热系统、瞬时切换管线、密封测试试验器工装本体、高温气体冷却器、以PLC为主控制器的智能主动测控系统、变送器及泄漏检测仪表；外部气源装置通过高压气管连接减压阀门进气口，减压阀门出气口连接超高温电加热系统；电加热系统的远端与瞬时切换管线通过螺栓法兰连接，切换管线的出口端连接密封测试试验器工装本体，将各传感器以及变送器元件安装于测试试验器工装；试验器工装底部泄漏出口连接高温气体冷却器，接入泄漏检测仪表；安装于试验器测试工装上的变送器元件接入以PLC为主控制器的智能主动测控系统实现对整体密封测试过程的主动控制监测与数据实时读取；使用有限元仿真开展试验器测试工装温度场稳态热分析，采用仿真模拟与试验测试相互验证方法来提高设计效率与试验准确性。2.根据权利要求1所述的一种面向航天器多孔密封材料渗漏特性评估的测控系统，其特征在于：所述针对航天多孔密封材料渗漏特性的综合测试试验系统，搭建的测试流程平台包括外部气源装置用来提供测试所需流体，输出可控参数为流体压力与体积流量；减压阀门控制气路上游的压力以匹配下游的实际测试压力；高温电加热器用来加热目标气体使其满足测试的温度需求；试验器测试工装部分为核心装置，用来承载安装待测密封件并提供测试空间；高温冷却器的设计目的为了冷却高温渗漏气体；主控制柜中搭载了以PLC为主体的核心控制中枢，集控制、监测、数据记录、屏显、人机交互为一体的综合测控系统，包括，试验器工装本体、超高温电加热器、电加热器出口温度变送器、高功率空气压缩机、人机交互上位机测试软件、主控制柜、耐高温隔热手套、试验安全用灭火器；高功率空气压缩机通过高压气管连接超高温电加热器，电加热器出口温度变送器安装于超高温电加热器上用来监测出口温度，人机交互上位机测试软件嵌入主控制柜中实现测试过程的主动控制；耐高温隔热手套与试验安全用灭火器用来保证试验测试人员安全。3.根据权利要求1所述的一种面向航天器多孔密封材料渗漏特性评估的测控系统，其特征在于：所述密封测试试验器工装，包括：入口腔室压力变送器、待测试多孔密封材料、底板定位块、入口腔室出气管路、上加热器压盖、金云母电加热器、密封工装上盖、两侧定位块、密封工装箱体底座、工装底面隔热毡、底部泄漏管线；密封工装箱体底座放置在工装底面隔热毡上，底部泄漏管线通过螺纹连接在箱体底座下端，入口腔室压力变送器与入口腔室出气管路同理螺纹连接于箱体底座侧面与后端面，安...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立芳，郭仪翔，周宇航，吴伟，吴东涛，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：