運(yùn)載火箭出廠測試多余物的控制與檢測

樊玉婷　孫明慶　王秀芝　李萬利　高琪　王珊珊

摘 要：運(yùn)載火箭出廠測試作為生產(chǎn)航天產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)會涉及各種多余物的產(chǎn)生，而多余物的存在對運(yùn)載火箭有嚴(yán)重危害。該文針對運(yùn)載火箭出廠測試實(shí)際操作中易出現(xiàn)的多余物種類和主要表現(xiàn)形式，根據(jù)運(yùn)載火箭各系統(tǒng)（主要為電氣系統(tǒng)和動力系統(tǒng)）的特點(diǎn)，具體討論了對多余物的控制方法；并結(jié)合出廠測試實(shí)際操作，提出了正確預(yù)防多余物的方法；以及針對運(yùn)載火箭不同部位多余物提出了檢查、檢測方法，為在出廠測試中有效地預(yù)防和控制航天型號產(chǎn)品多余物提供了重要參考。

關(guān)鍵詞：多余物種類 出廠測試 控制措施 檢測

中圖分類號：V55 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0084-04

Abstract：Launch vehicle factory test， as an important step in producing aerospace products， tends to involve the generation of various redundant substances. The existence of redundant substances will cause serious damage to the launch vehicle. According to the specialty of different systems of launch vehicle（mainly electric system and dynamical system）， this paper concretely discusses the control measures and the correct methods to prevent redundant substances in factory test aiming at common types of redundant substances and main representation in launching vehicle factory test. This paper also discusses the inspection measures for redundant substances according to different part of launch vehicle， thus provides important reference for preventing and controlling redundant substances in aerospace products effectively.

Key Words：Redundant substances types；Launch vehicle；Factory test；Control measures；Inspection

運(yùn)載火箭作為航天器生產(chǎn)環(huán)節(jié)較多，工藝復(fù)雜，對質(zhì)量要求極高。多余物雖然微小，卻是影響運(yùn)載火箭質(zhì)量的重要因素之一，可導(dǎo)致產(chǎn)品喪失其規(guī)定的功能，造成運(yùn)載火箭產(chǎn)品故障或失效。生產(chǎn)運(yùn)載火箭各個環(huán)節(jié)的包括零件、儀器和殼體等的制造生產(chǎn)以及總裝過程都涉及多余物的控制，而運(yùn)載火箭的出廠測試作為航天產(chǎn)品研制生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，更是航天系統(tǒng)工程的重要組成部分。測試過程中需要加強(qiáng)對多余物的控制和預(yù)防，發(fā)現(xiàn)多余物后及時正確地處理，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1 運(yùn)載火箭出廠測試中多余物的主要表現(xiàn)形式

多余物是指產(chǎn)品中存在的由外部進(jìn)入或內(nèi)部產(chǎn)生的與產(chǎn)品規(guī)定狀態(tài)無關(guān)的一切物質(zhì)[1]。運(yùn)載火箭出廠測試是在發(fā)動機(jī)和其他各單機(jī)在殼體中經(jīng)總裝完成后，進(jìn)行全箭整體性能測試，可以覆蓋箭上所有電氣系統(tǒng)和動力系統(tǒng)設(shè)備。作為出廠前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，多余物的控制極其重要。

測試過程中所涉及到的多余物主要有以下4個方面。

1.1 運(yùn)載火箭的單機(jī)產(chǎn)品本身存在多余物

（1）電氣和電子產(chǎn)品存在多余物。

存在于電氣和電子產(chǎn)品中的多余物，在測試通電條件下，多余物對電氣和電子產(chǎn)品的功能可能造成嚴(yán)重危害。其危害形式一般有引起電弧跳電短路、電氣觸點(diǎn)接觸斷續(xù)或開路、運(yùn)動件（如伺服機(jī)構(gòu)）動作不暢或卡滯等。造成其安全性、可靠性、精度等各項(xiàng)指標(biāo)下降[1]。對于如慣性器件產(chǎn)品此類高精度、高可靠性產(chǎn)品更是如此。

此外連接電氣和電子產(chǎn)品的箭上電纜或地面電纜組裝件中也可能存在多余物，如因多余物引起短路，電流過大可能導(dǎo)致電纜外皮起火等不良后果。

（2）伺服機(jī)構(gòu)存在多余物。

伺服機(jī)構(gòu)是運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按控制指令驅(qū)動燃?xì)舛婊驍[動發(fā)動機(jī)，實(shí)現(xiàn)航天器俯仰、偏航和滾動的姿態(tài)控制[1]。運(yùn)載火箭在進(jìn)行出廠測試之前，需由測試人員安裝伺服機(jī)構(gòu)后參加全箭性能測試。在安裝過程中，如有磕碰、摩擦可能導(dǎo)致多余物阻塞內(nèi)部閥門；或?qū)е录?xì)小多余物進(jìn)入液壓油，而液壓油受污染也會導(dǎo)致油液本身的性能下降。

1.2 動力系統(tǒng)組件存在多余物

運(yùn)載火箭測試中動力系統(tǒng)為箭上閥門、氣瓶、發(fā)動機(jī)提供壓力，通過向箭上充氣加壓，配合電氣系統(tǒng)測試箭上閥門、發(fā)動機(jī)等設(shè)備的性能。在一些測試中，動力系統(tǒng)通過箭上管路對壓力傳感器進(jìn)行充壓測試，模擬發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，并與電氣系統(tǒng)進(jìn)行匹配及模飛測試。動力系統(tǒng)主要包括氣源、導(dǎo)管和閥門組件以及地面配氣臺。由于閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，運(yùn)動件導(dǎo)向配合間隙小，多余物往往隨著流體的流動積聚于縫隙處，嚴(yán)重時多余物會造成閥門功能失效。而多余物堵塞導(dǎo)管影響增壓、輸送功能，影響發(fā)動機(jī)正常工作，甚至?xí)斐苫鸺l(fā)射失敗[1]。

動力系統(tǒng)中的多余物主要有以下3個來源。

（1）氣源中含有的水氣、顆粒較大的塵埃粒子等雜質(zhì)；裝配進(jìn)行氣密試驗(yàn)后，殘留在管路及閥門上的肥皂水、真空封泥、塑料皮等。

（2）閥門和導(dǎo)管的毛刺翻邊、起皮、劃傷、拉線、銹蝕以及其他異物；管路內(nèi)的灰塵；經(jīng)打磨、修孔后產(chǎn)生的碎屑、焊接飛濺、金屬屑等多余物。

（3）配氣臺入口、出口處產(chǎn)生的灰塵堆積。

1.3 由于人員進(jìn)艙操作而產(chǎn)生的多余物

隨零、部組件帶來的平墊圈、彈簧墊圈、螺釘、螺母、堵蓋；測試工作過程中產(chǎn)生的保險絲頭、線頭、鉛封球等、工作中遺留下來的扳手、螺刀、儀表螺刀、鉗子等工具、測試人員帶入的個人物品。電連接器的操作和保管過程中產(chǎn)生的灰塵、油漬、銹蝕及金屬屑。

另外還有箭上設(shè)備、地面設(shè)備運(yùn)輸和保管過程中的灰塵、雜質(zhì)、銹蝕及其他多余物。

2 運(yùn)載火箭出廠測試中多余物的控制方法

2.1 電氣系統(tǒng)的多余物控制

操作人員按照規(guī)范進(jìn)行操作，若發(fā)現(xiàn)零、部組件掉落立即停止工作，認(rèn)真排查；工作過程中需要剪斷保險絲、寬布帶或亞麻繩等耗材，剪下的物品放在專用工作袋中。解除鉛封后將鉛封球放入專用工作袋內(nèi)，出艙后核對數(shù)目。進(jìn)艙工作前應(yīng)備有工具袋，將工具放入工作袋內(nèi)；工具應(yīng)有防脫落措施。帶進(jìn)艙內(nèi)的工具、零件要登記，出艙后核查使用數(shù)量。箭上操作號手在進(jìn)艙前要按規(guī)定著裝。不得攜帶打火機(jī)、手表、首飾等個人物品。進(jìn)艙后，檢查并確認(rèn)艙內(nèi)無遺留下來的多余物和清潔情況。劃分核心產(chǎn)品區(qū)和輔助工作區(qū)，并用護(hù)欄分割，核心產(chǎn)品區(qū)只有直接操作者能進(jìn)入，確保產(chǎn)品質(zhì)量受控。

進(jìn)行加電測試前，需要檢查各電連接器外觀，插頭（座）內(nèi)應(yīng)無多余物，確定為清潔狀態(tài)，插針、插孔的鍍層不應(yīng)出現(xiàn)脫落、銹蝕情況，插頭（座）內(nèi)不應(yīng)進(jìn)水或油。出現(xiàn)時要及時報告并采取必要措施。暫不插接的電纜插頭（座）應(yīng)加蓋工藝堵蓋。測試結(jié)束后，檢查產(chǎn)品上儀器、電纜對應(yīng)的電連接器，敞口部位應(yīng)蓋好堵蓋。在排除故障需要斷開插頭（座）時應(yīng)在所斷插頭（座）下墊白布以免有多余物而未被發(fā)現(xiàn)。所有操作和檢查應(yīng)堅(jiān)持三檢制。

2.2 動力系統(tǒng)的多余物控制

氣源：每年1、4、7、8、10月進(jìn)行露點(diǎn)檢測，每月進(jìn)行塵埃粒子檢測，并進(jìn)行記錄。每發(fā)火箭在需要使用氣源時，要在測試前對氣源進(jìn)行檢查，確保氣源露點(diǎn)在要求范圍內(nèi)，地面氣源進(jìn)入箭體前，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查。氣源管路與地面管路連接前，緩慢打開氣源開關(guān)，充分放氣1 min。來自氣源的高壓空氣質(zhì)量要求如下所述。

一般要求：（1）輸送管路出口處，常壓露點(diǎn)≤-55 ℃；（2）輸送管路出口處固體顆?！?0μm。

當(dāng)產(chǎn)品對高壓氣壓含油量有要求時，輸送管路出口處含油量按≤0.3 PPm控制。

地面供氣管路：與火箭連接的地面供氣管路上設(shè)置過濾器。過濾器連接在靠近氣源、配氣臺入口、出口處和靠近產(chǎn)品處。連接管路前，用酒精對管接頭處進(jìn)行清洗，清洗后用高壓氣吹干。

在動力系統(tǒng)參加測試前，需要對連接配氣臺的導(dǎo)管以及測試設(shè)備與發(fā)動機(jī)連接的測壓軟管進(jìn)行多余物吹除。在測試現(xiàn)場使用高壓氣源連接產(chǎn)品前應(yīng)充分放氣吹除，吹除壓力不低于0.5 MPa，以每2 m不少于1 min計(jì)算吹除時間。吹除后可用浸蘸酒精的呈半干狀態(tài)干凈白色綢布或?yàn)V紙對準(zhǔn)放氣口，關(guān)閉氣源后，目視檢查綢布或?yàn)V紙是否有多余物。同一管路系統(tǒng)在一個工作日內(nèi)多次使用時，允許只吹除、檢查一次。

用皂泡法進(jìn)行密封性檢查時，應(yīng)在系統(tǒng)放氣前擦凈皂液或取出試驗(yàn)軟管，防止產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，使介質(zhì)進(jìn)入內(nèi)腔。同時保證配氣臺管口處的清潔。

2.3 設(shè)備周轉(zhuǎn)過程中的多余物控制

在移動、周轉(zhuǎn)某些暫不裝箭的箭上設(shè)備時，周轉(zhuǎn)過程應(yīng)使用周轉(zhuǎn)箱，須保證周轉(zhuǎn)箱的清潔，嚴(yán)格防止設(shè)備碰壞或劃傷，從而防止產(chǎn)生多余物。對于較長時間不用的地面設(shè)備，應(yīng)在確認(rèn)無多余物后將其封存，并采取防塵、防污染措施。有干燥度要求的設(shè)備應(yīng)檢查周轉(zhuǎn)箱內(nèi)是否有干燥劑。

2.4 總裝與測試交接過程的多余物控制

運(yùn)載火箭產(chǎn)品在總裝過程中，可能會由于一些人為因素遺留多余物。如插座涂膠凝固后未處理干凈，導(dǎo)致碎屑進(jìn)行插孔等。測試之前要進(jìn)行嚴(yán)格檢查并與總裝人員妥善交接。

3 運(yùn)載火箭出廠測試過程中多余物的檢測

3.1 運(yùn)載火箭測試中多余物的一般檢查方法

針對不同原因、不同部位產(chǎn)生的多余物部位，其檢測方法主要有以下3種。

（1） 直接通過目視或借助手電筒、反光鏡、放大鏡等對箭上產(chǎn)品、電連接器和管路管嘴等進(jìn)行檢查。

（2） 聽聲檢查主要是通過對單機(jī)儀器的晃動，以檢查是否有多余物的聲響來進(jìn)行判斷，對于體積大的產(chǎn)品，可使其滾轉(zhuǎn)來進(jìn)行檢查。

（3） 敲擊檢查主要是對箱體、殼段用橡膠榔頭輕輕敲打，檢查鉚接件和裝配后形成死角、夾縫的部位是否存在多余物并清理。

3.2 使用工業(yè)內(nèi)窺檢測

對于結(jié)構(gòu)緊湊或不易觀察的航天產(chǎn)品，使用一般放大裝置無法檢測。內(nèi)窺檢測被認(rèn)為是檢查帶內(nèi)流道或復(fù)雜內(nèi)型面結(jié)構(gòu)航天產(chǎn)品內(nèi)部多余物的有效途徑。通過對航天產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)窺檢測，根據(jù)典型多余物形成的圖像與形貌特征，可以實(shí)現(xiàn)對多余物的準(zhǔn)確定位。在航天結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品中，內(nèi)窺檢測發(fā)現(xiàn)的多余物一般分為活動多余物和非活動類多余物。常見的多余物有：毛刺翻邊（見圖1）、起皮（見圖2）、劃傷（見圖3）等[2]。

3.3 顆粒碰撞噪聲檢測（PIND）法

微粒碰撞噪聲檢測是目前國際上普遍采用的一種航天繼電器多余物檢測方法。其主要原理是：PIND系統(tǒng)的振動器產(chǎn)生一系列特定的機(jī)械沖擊和振動， 使被束縛的微粒松動， 并同腔體內(nèi)壁發(fā)生撞擊， 撞擊聲音通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號， 并經(jīng)過電子線路轉(zhuǎn)換為聲音和示波器上波形， 由操作人員觀察判斷有無多余物[3]。下面介紹兩種基于該方法所研究產(chǎn)生的自動檢測法。

（1）利用聲波分析多余物自動檢測法。

由工控PC機(jī)控制振動臺產(chǎn)生振動，同時用高速AD板采集PIND檢測輸出聲音信號， 通過軟件分析實(shí)現(xiàn)多余物自動檢測。該文主要介紹各種多余物輸出信號的自動檢測算法， 并通過實(shí)際繼電器檢測驗(yàn)證算法的有效性[3]。

（2）航天電子裝置多余物自動檢測系統(tǒng)。

傳統(tǒng)PIND試驗(yàn)方法中，主要依靠目視和耳聽的方式判斷多余物是否存在。 在實(shí)際操作中會出現(xiàn)因操作上的疏漏引起漏檢或誤判，導(dǎo)致檢測精度不高，而且該方法只能對多余物微粒的有無作出判斷。該自動檢測系統(tǒng)中應(yīng)用的聲音傳感器能拾取滑動與撞擊混響信號，從而實(shí)現(xiàn)電子裝置多余物的檢測[4]。

針對不同質(zhì)量等級的顆粒信號特點(diǎn)， 利用小波分析、同態(tài)濾波及相關(guān)分析等信號處理技術(shù)， 濾除不同成分的噪聲信號， 實(shí)現(xiàn)多余物微粒的自動檢測； 應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論， 提取多余物微粒的分布特征， 建立不同材料多余物微粒特征樣本庫， 通過分析多余物微粒的信號特征量， 實(shí)現(xiàn)多余物顆粒金屬、非金屬材質(zhì)特征的判別[4]。該系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)如圖4。

4 結(jié)語

隨著運(yùn)載火箭的發(fā)射任務(wù)逐年增多，在出廠測試過程中更要加大力度保證產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計(jì)、嚴(yán)格管理、細(xì)心操作，時刻警惕避免多余物的產(chǎn)生，從而保證產(chǎn)品順利出廠，促進(jìn)航天工業(yè)產(chǎn)品快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2] 劉麗榮，馬俊，張立.航天產(chǎn)品工業(yè)內(nèi)窺檢測典型多余物的判別方法[J].航天制造技術(shù)，2013（3）：62-64.

[3] 王淑娟，高宏亮，翟國富.航天繼電器多余物自動檢測算法的研究[J].宇航學(xué)報，2008，29（1）：370-374.

[4] 徐冰，王世成，翟國富.航天電子裝置多余物自動檢測系統(tǒng)的研究[J].機(jī)電元件，2008（2）：5-10.