CC BY
3
УДК 629.78
АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЯ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ТОПЛИВНОГО БАКА
В.В. Бурмакин Научный руководитель - Г.М. Гринберг
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Email: [email protected]
В работе рассмотрен используемый при испытании топливного бака на герметичность метод обнаружения, локализации и регистрации течи. В результате анализа используемого метода выявлены его недостатки. Предложено техническое решение для устранения этих недостатков.
Ключевые слова: испытания на герметичность, автоматизация испытания на герметичность.
AUTOMATED FUEL TANK TIGHTNESS TEST
V.V. Burmakin Scientific supervisor - G.M. Greenberg
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Email: [email protected]
The paper considers the method of detection, localization and registration of leaks used when testing a fuel tank for tightness. As a result of the analysis of the method used, its shortcomings were revealed. A technical solution is proposed to eliminate these shortcomings.
Keywords: leak test, leak test automation.
Надежность изделий ракетно-космической техники (РКТ) напрямую связана с качеством наземной экспериментальной отработки узлов, сборочных единиц и изделия в целом, а так же важнейшей конструктивной характеристикой, в значительной степени, определяющей выбор варианта испытаний, является норма герметичности. Повышенные требования предъявляются к герметичности агрегатов с высокотемпературной средой, систем токсичных, пожаро- и взрывоопасных веществ, изделий длительного хранения в заправленном состоянии, а также агрегатов и систем космических аппаратов (КА) с регламентированными сроками активного существования [1; 2].
Абсолютная герметичность неосуществима, так как все конструкционные материалы обладают определенной проницаемостью. Технически значимыми источниками негерметичности изделий РКТ являются течи в виде неплотностей разъемных стыков, микротрещин и микропор основного материала или сварных и паяных соединений, вызывающие утечки рабочих веществ из замкнутых полостей конструкций агрегатов и систем, определяющие уровень качества их изготовления и регламентируемые нормами герметичности [3].
Секция «Автоматика и электроника»
Одним из важных узлов носителя космического аппарата является топливный отсек, который в свою очередь состоит из несущих баков окислителя и горючего, имеющих совмещенное днище [4].
Основой бака корпуса ракеты являются несколько обечаек 1, стыкуемых последовательно друг к другу путем создания между ними неразъемного соединения, выполняемого обычно сваркой. Фрагмент корпуса топливного бака, состоящий из двух обечаек 1, имеющих сварные соединения 2, показан на рис. 1.
При изготовлении топливного бака, возникают критические места, для образования течей, которые будут напрямую влиять на общую герметичность отсека. Такие места в основном являются любые сварные соединения. Для выявления таких мест проводят испытания на герметичность, как на заводах-изготовителях, так и на технических комплексах космодром в крупногабаритных вакуумных камерах (ВК). Метод испытаний на суммарную герметичность в ВК является наиболее чувствительным, точным и менее затратным по продолжительности в сравнении с другими методами таких испытаний. Поэтому он не имеет альтернатив при использовании на заводах изготовителях [5].
В тех случаях, когда необходимо определить место негерметичности, то обычно применяют способ гелиевого течеискателя, для чего испытуемый объект заполняют смесью гелия с воздухом определенной концентрации под избыточным давлением и обходят его наружную поверхность гелиевым течеискателем. Сам же данный способ выполняется непосредственно рабочим, который вручную щупом течеискателя выполняет сканирование поверхности. Вследствие малых размеров дефектов, вызывающих течи, процесс их обнаружения является трудоемким. Для сокращения исследуемого времени по поиску течи и максимально исключить человеческий фактор, данный процесс, который будет проходить непосредственно в ВК, предлагается автоматизировать по следующей схеме, указанной на рис. 2:
1. Для обеспечения вращательных движений объекта испытания (ОИ) поз.1, на заранее определенные места, устанавливаются прокруточные кольца поз. 2.
Примечание: Для испытания на герметичность обечаек требуется на свободные торцы устанавливать технологические заглушки, при этом сами заглушки на рис. 1 не отражены.
2. ОИ с прокруточными кольцами располагают на тележки для прокрутки (поз. 3).
3. Выполняется синхронизация 3Б-модели ОИ, для определения алгоритма сканирования наружной поверхности ОИ в зависимости от нахождения критических, для образования течей, мест.
2
Рис. 1. Корпус топливного бака
4. После запуска программы и подачи сжатого воздуха, гелия (поз. 7) при помощи пневмопульта с трубопроводами (поз. 6), происходить вращение ОИ и стендом (поз. 4), с расположенным на ней течеискателем (поз. 5), происходит сканирование поверхности ИО путем движения стенда параллельно оси вращения ИО.
тк1 П
1 ) —> 1^1
Рис. 2. Принципиальная схема поиска локальной течи на поверхности топливного бака
При обнаружении течеискателем паров гелия, происходит регистрация координат нахождения течи по ЭБ-модели, либо выполняется разметка путем выжигания лазером на поверхности ИО места, наиболее высокой концентрации паров гелия, для дальнейшего ремонта по устранению течи.
Данный способ определения местоположения течи требует детальной проработки в части обеспечения нахождения торца щупа течеискателя относительно поверхности ИО на расстоянии по возможности минимальным, т.к. величина регистрируемых потоков зависит от размера отверстий в объектах, концентрации гелия, избыточного давления гелия в объекте, наличием воздушных потоков в зоне измерения, скорости перемещения всасывающего сопла относительно течи и др. факторов. Так же требуется проработка возможности, при движении щупа, огибания препятствий и прохождения по контуру ИО с выполненным, на наружной поверхности, вафельным фоном.
Библиографические ссылки
1. Афанасьев В. А. и др. Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов / Под редакцией Н. В. Холодкова. М. : Изд-во МАИ, 1994. 412 с.
2. Гурвич А. К., Ермолов И. Н., Сажин С. Г. Неразрушающий контроль. Кн. 1. Общие вопросы / под ред. В. В. Сухорукова. М. : Высш. шк., 1992. 488 с.
3. ГОСТ 28517-90. Контроль неразрушающий. Масс-спектрометрический метод течеискания. Общие требования.
4. ГОСТ 22Э50-91. Корпус ракеты на жидком топливе. Термины и определения.
5. Тестоедов Н. А. Технология производства космических аппаратов: учебник для вузов. Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009. Э52 с.
© Бурмакин В. В., 2022
