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液体火箭发动机推进剂检漏技术的综述
来源:    作者:    发表时间:2009-12-07 13:57:11   
1  引  言
    在液体火箭发动机中,泄漏故障是最常见的和极其危险的故障,在火箭发射时,
泄漏(漏液、漏气)造成发射失败或推迟的情况屡见不鲜。1990年,NASA研制的空间
运输系统(STS)在STS-35和STS-38发射前和STS-41飞行中都经历了主推进系统(MPS)
过度氢泄漏事件。STS-35,STS-38发射前所发生的泄漏导致该运输系统在找到泄漏
源前被停飞[1]。美国洛克达因公司于1990年曾对其研制生产的SSME,F-1,J-2,
RS-27,LR89-NA5(7),LR105-AN5(7)7种泵压式火箭发动机在试验和飞行中出现的
84379次非正常事故进行了研究,从中筛选出1771次较为严重的故障,通过简单的
FMECA及FTA归结为16种失效模式,其中发动机泄漏故障几乎占70%[2]。
    在火箭推进工业中,发射的准备阶段包括许多检验测试,许多分零件的装配和
组合件装配的完整性检测过程包含对各种推进剂及其它液体系统的泄漏检测;外部
储箱装入时,要进行接管的泄漏试验;轨道飞行器需要尽极大的努力来充分检查小
推进剂系统和空间往返主发动机,任何一个液体管道零件更换和工作时,必须进行
泄漏检验以确定系统的完整性。所有这些高质量的检验要消耗大量的工时和费用[3],
建立一个快速有效的泄漏自动检测系统是很有必要的。90年代以来,AIAA召开的国
际推进技术会议中,液体火箭发动机的检漏技术占据了很重要的地位。早期采用的
泄漏检测偏重于硬件方面,如可燃气体探测器、压降检测器、电阻温度计(RTD)或热
电偶检漏、通过热导线点燃来检测氢外泄漏[4]等。由于计算机在各领域的应用和
现代控制理论的发展,近年来,逐渐出现了软硬件相结合的检漏新方法。本文将对
用于或可能用于液体火箭发动机检漏的技术进行归纳和评述。
2  检漏方法

    传统的检漏法需要人工参与和强度高的劳动,用这种方法检漏要消耗数以千计
的工时,直接影响地面工作的费用。这种方法适用于产品的检漏,评定产品的泄漏率。
    传统检漏法一般可分为“液体/气泡”试验法和“装袋”试验法。
    “液体/气泡”检漏法:“液体/气泡”法就是用一种液体涂抹在所有可疑泄
漏点(法兰盘、设备进出等),当给系统增压时,观察所涂液体处是否有气泡产生。
这种检漏方法的可靠性决定于能否保证在所检部位均涂上了一层液体,不要因液体
的流失而漏检。这种方法在阀门外泄漏和管道泄漏的检测中得到应用。    目前,NASA Lewis研究中心研制了基于氢微型传感器的自动检漏系统,并指出这
个系统用于火箭发动机氢泄漏检测的强大潜力;它可应用于地球至轨道的火箭发动机
的氢泄漏自动检测[15-17]。该系统由三部分组成:一个传感器阵列、一个信号处理
装置和一个诊断处理器[18],见图2。
    此泄漏检测系统的基本传感器是能提供指示本地氢压电信号的固态微型传感器。
这些传感器分布在推进系统的燃料箱,供应管路和发动机元件上。
    氢传感器通过网络系统连接起来,这个网络控制并接收传感器的原始读数,然
后将电信号转化为氢