高熱阻的密封艙管路穿艙法蘭的製作方法

2023-09-19 19:48:35 1

本實用新型屬於太空飛行器總裝結構設計領域，具體涉及太空飛行器密封艙艙體的管路穿艙法蘭。

背景技術：

穿艙法蘭是實現太空飛行器密封艙體內外管路連接的主要形式，對於管路系統複雜的太空飛行器，其使用的管路穿艙法蘭能夠多達幾十個。穿艙法蘭的密封性能對密封艙體內介質的保壓及洩漏造成具有至關重要的作用，對於沒有供氣保壓功能的自密封太空飛行器，密封艙體內的氣體介質洩漏，將直接影響艙內的壓力及熱控環境，造成艙內所搭載試驗載荷的失效；對於具有供氣保壓的太空飛行器，穿艙法蘭造成的介質洩漏，將造成供氣系統所攜帶的大量氣體流失，艙壓供應不足，若密封艙內為有人員參與的航天活動，會對航天員的生命造成威脅；太空飛行器在軌運行處於向陽側和背陽側時，其艙體結構會存在很大的溫差，能否延緩艙體結構的高低溫效應傳遞至管路系統與穿艙法蘭的熱傳導特性具有直接的關係，管路系統內流通的多為液體工質，若艙體結構的低溫在管路熱控還未發揮作用時，已經沿穿艙法蘭迅速傳遞至管路，則過低的溫度會造成液體的局部凝固而堵塞管路，截斷整個管路系統的流通，若管路內流經的是推進劑，則會造成太空飛行器動力系統的失效。

綜上所述，太空飛行器密封艙體管路穿艙法蘭不僅需要具有高度的密封性能，且需要具備高熱阻特性。穿艙法蘭的高密封性能一般通過如下3種方式保證：(1)選用沒有氣孔、夾雜和裂紋的高緻密性材料；(2)法蘭加工過程中對切削、銑削等的控制要求，不允許對材料造成劃傷、擠壓等二次損傷破壞；(3)穿艙法蘭加工完成後，對穿艙管路段和內腔進行正壓氦質譜檢漏，對焊縫進行真空氦質譜檢漏。太空飛行器總裝設計中對提高法蘭的高熱阻特性主要採用如下2種措施：(1)在法蘭和結構間增加非金屬的隔熱墊；(2)使用F46板或玻璃鋼板等非金屬材料加工成沒有支撐強度要求的法蘭。密封艙體管路穿艙法蘭與結構的密封連接採用金屬面對接，內嵌O形密封圈的形式，所以為提高穿艙法蘭的熱阻特性，在法蘭與結構間增加非金屬的隔熱墊，不能滿足穿艙法蘭與艙體的密封連接；若選用非金屬材料的隔熱穿艙法蘭，除不能滿足穿艙管路的支撐強度外，也無法滿足法蘭能連接的密封性。

目前，在太空飛行器總裝設計中，密封艙管路的穿艙法蘭結構設計均採用普通法蘭面、兩側伸出一定長度的管路螺接或焊接段的形式，其結構設計簡單，既可以滿足穿艙管路強度支撐，又能夠實現法蘭面與艙體結構連接的密封性，但艙體的溫度可以近乎沒有延遲的通過法蘭平面即直接傳遞至管路，此種結構形式的法蘭不具備高熱阻特性。

技術實現要素：

本實用新型的目的是：提供一種用於太空飛行器密封艙體管路穿艙的高熱阻穿艙法蘭。

本實用新型的技術方案是：高熱阻的密封艙管路穿艙法蘭，它包括：杯狀法蘭座、導管以及支撐墊圈；

杯狀法蘭座包括：筒形杯身以及法蘭盤；法蘭盤的中心設有通孔，杯身的開口端焊接在法蘭盤的端面上；法蘭盤的端面上還周向的設有與艙體結構連接用的安裝孔；

導管一端穿過杯狀法蘭座中杯身杯底，並進行焊接固定，另一端穿過法蘭盤的中心通孔，並通過支撐墊圈填補導管與法蘭盤的中心通孔間的空隙；支撐墊圈上周向均布有通氣孔。

有益效果：1.本實用新型中對導管設計有輔助用的支撐墊圈，可對餘量過長的導管進行固定，導管的自由端長度僅需要滿足最短的焊接需求即可，可以有效降低穿艙管路在太空飛行器發射階段的響應；

2.本實用新型中的杯狀法蘭座具有高熱阻特性，採用高聳杯身式設計，能夠延長太空飛行器艙體結構的熱量傳遞至導管的路徑，有效的減緩了熱量的傳遞效能。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為圖1的剖視圖；

圖3為圖2的A-A向視圖。

具體實施方式

實施例1，參見附圖：高熱阻的密封艙管路穿艙法蘭，它包括：杯狀法蘭座1、導管2以及支撐墊圈3；

杯狀法蘭座1包括：筒形杯身以及由杯身開口的軸肩形成的法蘭座；杯身的外徑為法蘭座直徑的1/2，杯身的高度等於法蘭座的直徑；法蘭座的中心設有通孔，杯身的開口端焊接在法蘭座的端面上；法蘭座的端面上還周向的設有與艙體結構連接用的安裝孔；

導管2一端穿過杯狀法蘭座1中杯身杯底，並進行焊接固定，另一端穿過法蘭座的中心通孔，並通過支撐墊圈3填補導管2與法蘭座的中心通孔間的空隙；支撐墊圈3上周向均布有通氣孔。

進一步的，支撐墊圈3採用玻璃鋼材質，且與導管2之間為間隙配合。

利用本實用新型與艙體結構採用螺接密封，與星上管路系統焊接，焊接後可與管路系統一同裝星，穿艙管路連接點的漏率由原螺接形式的1×10-6Pa·m3/s降低為焊接1×10-7Pa·m3/s。

實施例2，高熱阻的密封艙管路穿艙法蘭的加工方法，包括以下步驟：

A.杯狀法蘭座1的杯身外徑設計為法蘭盤直徑的1/2，杯身高度與法蘭盤的直徑相等，或者根據被動熱控對熱阻的需求進行杯身直徑及杯身高度尺寸的設計；法蘭盤端面圓周均布有4～6個安裝孔，用於與艙體結構的密封連接；杯狀法蘭座1的材料與太空飛行器穿艙管路材料相同，在加工之前需要對毛坯料進行探傷，要求所選用的毛坯料內部無夾雜、無氣孔，表面無裂紋和壓痕，採用切削和銑削一體機加成型，加工過程中嚴格控制刀具的進給量和進給速度，以防對法蘭座造成擠壓和劃傷等二次損傷；

B.按照長度需求截取太空飛行器管路系統的導管2，完成探傷和清洗後將導管2從杯狀法蘭座1的底部開孔穿過，杯底側的預留導管2長度只需滿足管路焊接的最短長度要求即可，穿過杯身的導管2長度需要突出杯口端的底面，突出長度也需滿足管路焊接的最短長度要求，整段焊接導管穿過杯身後約有3/4的長度在杯身側；選定導管2與杯狀法蘭座1的結合位置後，導管2周向與杯底採用Ⅱ級焊縫的標準完成焊接，焊縫高度不得高於3mm；

C.杯狀法蘭座1與導管2完成焊接固定後，對杯身內腔進行正壓氦質譜檢漏，充壓大小為杯狀法蘭座1在軌承受密封艙內最大壓力的2倍，漏率指標不得高於1×10-6Pa·m3/s；對導管2與杯狀法蘭座1的焊縫進行真空氦質譜檢漏，漏率指標不得高於1×10-7Pa·m3/s；

D.由於焊接導管穿過杯身後約有3/4的長度置於杯身內腔並處於懸臂狀態，為使穿艙管路能夠在太空飛行器發射階段保持穩定，不致因響應過大，造成穿艙法蘭密封性能的損壞和管路的洩漏，需要在杯口端設計管路的輔助支撐，且不影響杯狀法蘭的高熱阻特性，故選用非金屬的玻璃鋼材質製作支撐墊圈3；支撐墊圈3的外側周向與法蘭座的中心通孔間隙配合，並使用Redux 420進行膠接；支撐墊圈3中心開有導管2間隙配合的通孔；

E.支撐墊圈3與杯狀法蘭座1內側面及焊接導管2的外表面均為小間隙配合，在杯身內腔形成近乎密封的腔體，太空飛行器發射過程中，隨著高度的攀升，壓力逐漸降低。太空飛行器在發射前，杯身腔體內密閉約一個大氣壓的壓力，對膠接的支撐墊圈3產生向外的推力，若膠接不牢，支撐墊圈3可能在太空飛行器入軌之前既已脫落，則失去對穿艙管路的輔助支撐作用。為保證杯身腔體內外氣流通暢、壓力平衡，在支撐墊圈3端面周向均布開設3個直徑為Φ2.5mm的通氣孔。

高熱阻的密封艙管路穿艙法蘭的安裝方法為：

首先在太空飛行器總裝階段，管路取樣焊接之前，先將穿艙法蘭完成臨時安裝，待管路取樣完畢後，將穿艙法蘭從艙體上拆下，與艙內管路完成焊接，再將艙內管路組件完成總裝，然後完成艙外管路與穿艙法蘭的焊接，最後將穿艙法蘭與艙體結構通過O形密封圈實現密封安裝；

然後在管路檢漏階段進行穿艙法蘭兩端與密封艙體內外管路焊接點的漏率檢測，漏率指標不高於1×10-7Pa·m3/s；在密封艙體檢漏階段，對穿艙法蘭安裝局部進行氦質譜檢漏，局部漏率指標不高於1×10-4Pa·m3/s。