低溫發(fā)動機(jī)常用氦質(zhì)譜檢漏方法

王志猛，康紅雷，張 振，王春炎，霍福帥，郭亞明

（1.北京航天動力研究所，北京 100076；2.首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076）

0 引言

檢漏是航天產(chǎn)品研制過程中的重要環(huán)節(jié)，即使是微小的漏孔泄漏也可能造成航天器任務(wù)的失敗。由于泄漏而造成的航天器試驗(yàn)故障或發(fā)射失敗的例子比比皆是，在SA502 飛行中，土星V 運(yùn)載火箭在起飛695 s 后J-2 發(fā)動機(jī)低溫管路發(fā)生泄漏，發(fā)動機(jī)性能發(fā)生偏差，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)提前關(guān)機(jī)，造成阿波羅6 號無人飛船發(fā)射失敗。HM-7 發(fā)動機(jī)在研制過程中，閥門上使用的聚酯樹脂唇形密封件在發(fā)動機(jī)預(yù)冷中發(fā)生破裂，密封失效，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)發(fā)生故障。挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)更是因?yàn)橐粋€(gè)O 型密封圈失效，右側(cè)助推器后結(jié)合部靠近外貯箱的部位發(fā)生蒸發(fā)物泄漏，導(dǎo)致升空后不久發(fā)生爆炸解體。為保證航天產(chǎn)品工作可靠，必須對存在的漏孔或可能在航天產(chǎn)品工作時(shí)發(fā)生泄漏的部位采取措施。氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)具有檢漏靈敏度高、測量范圍廣、檢測結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用到各行業(yè)的泄漏檢測工作中,是目前國內(nèi)外應(yīng)用最先進(jìn)的一種泄漏檢測技術(shù)。低溫發(fā)動機(jī)在零組件裝配、整機(jī)裝配及發(fā)動機(jī)試車后檢查測試等階段均需進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，若發(fā)現(xiàn)被檢位置漏率超標(biāo)，則需對漏率超標(biāo)部位進(jìn)行處理，避免低溫發(fā)動機(jī)在工作時(shí)發(fā)生泄漏事故。低溫發(fā)動機(jī)采用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)進(jìn)行泄漏檢測的幾種常用方法。

1 氦質(zhì)譜檢漏原理

氦質(zhì)譜檢漏是以氦氣為示漏氣體，通過使用氦質(zhì)譜檢漏儀對被檢件進(jìn)行漏孔定位、漏率定量的檢測過程。氦質(zhì)譜檢漏儀的主要結(jié)構(gòu)為質(zhì)譜室，質(zhì)譜室由燈絲、離化室和離子加速極組成離子源，由外加均勻磁場構(gòu)成分析器，由出口縫隙和收集極構(gòu)成收集器，如圖1 所示。

圖1 氦質(zhì)譜檢漏儀質(zhì)譜室

在離化室內(nèi)，氣體分子被由燈絲發(fā)射的并具有一定能量的電子電離成離子，離子在電場作用下聚焦成束，并在加速電壓作用下（離子加速極），以一定的速度經(jīng)過離子加速極的縫隙進(jìn)入分析器。在分析器中，在與離子運(yùn)動方向相垂直的均勻磁場作用下，具有一定速度的離子將按圓形軌道運(yùn)動，其圓周偏轉(zhuǎn)半徑R為[1]：

式中，R為圓周偏轉(zhuǎn)半徑；B為磁場密度；U加為加速電壓；M為離子質(zhì)量；Z為離子所帶電荷。

從式（1）可知，當(dāng)磁場強(qiáng)度和加速電壓一定時(shí)，離子束偏轉(zhuǎn)半徑取決于離子的質(zhì)荷比（M/Z），即當(dāng)B和U加為定值時(shí)，不同質(zhì)荷比的離子有不同的偏轉(zhuǎn)半徑，所以只有離子的偏轉(zhuǎn)半徑與分析器的幾何半徑相等且具有一定能量的離子束才能通過出口縫隙S2和抑制柵到達(dá)收集極D形成離子流，而其他質(zhì)荷比的離子束，則以不同于分析器幾何半徑的偏轉(zhuǎn)半徑而被分離掉。一般收集極收集到的離子電流很小，只有10-12～ 10-13A（氦離子流），需對此離子電流進(jìn)行放大顯示[2]。

氦氣因在空氣中的含量極小，本身為惰性氣體不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)荷比與兩側(cè)離子的質(zhì)荷比偏差較大等原因而被選做示漏氣體。進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏時(shí)，若被檢件存在泄漏，則示漏氣體氦氣會通過被檢件的漏孔進(jìn)入到氦質(zhì)譜檢漏儀的質(zhì)譜室內(nèi)，進(jìn)而被氦質(zhì)譜檢漏儀中的儀表反映出來，再將此反應(yīng)值與標(biāo)準(zhǔn)漏孔反應(yīng)值進(jìn)行比對，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了漏孔定位、漏率定量的檢漏目的。

2 檢漏方法的選擇

一般可根據(jù)被檢件的工作狀態(tài)選擇檢漏方法，當(dāng)被檢件工作處于“真空”狀態(tài)時(shí)，可選用真空氦質(zhì)譜檢漏法進(jìn)行檢漏，當(dāng)被檢件工作狀處于“正壓”狀態(tài)時(shí)，可選用正壓氦質(zhì)譜檢漏法進(jìn)行檢漏。在選擇檢漏方法時(shí)，不要錯(cuò)用真空和正壓兩種檢漏方法，否則會對檢漏結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，因在進(jìn)行真空檢漏時(shí)，被檢件內(nèi)腔被抽真空，在大氣壓力的作用下，被檢件上的漏孔尺寸會縮小[3]，而在進(jìn)行正壓檢漏時(shí)，被檢件內(nèi)腔充正壓，在內(nèi)腔正壓的作用下，漏孔尺寸會被放大。所以需根據(jù)產(chǎn)品工作狀態(tài)來確定檢漏方法。

3 真空氦質(zhì)譜檢漏法

所謂真空氦質(zhì)譜檢漏是指：使用氦質(zhì)譜檢漏儀將被檢件抽真空（若被檢件容積較大，可同時(shí)使用輔助泵進(jìn)行抽真空，但在進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏操作時(shí)，應(yīng)關(guān)閉或減小輔助泵抽空閥門開度），在被檢件外部施加氦氣，若被檢件存在漏孔，則氦氣會通過漏孔進(jìn)入到氦質(zhì)譜檢漏儀的質(zhì)譜室內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了漏孔的定位和定量檢測。

發(fā)動機(jī)整機(jī)工作時(shí)，因本身處于“正壓”狀態(tài)，所以發(fā)動機(jī)整機(jī)不進(jìn)行真空氦質(zhì)譜檢漏，但組成發(fā)動機(jī)的部分組件在發(fā)動機(jī)工作時(shí)處于“真空”狀態(tài)（如搖擺軟管，本身為雙層結(jié)構(gòu)，發(fā)動機(jī)工作時(shí)，由雙層結(jié)構(gòu)組成的夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)就會變成真空狀態(tài)），則必須對此組件進(jìn)行真空氦質(zhì)譜檢漏，以保證此結(jié)構(gòu)處于真空狀態(tài)時(shí)不會發(fā)生泄漏。常用的真空檢漏方法有噴吹法和氦罩法，檢漏原理如圖2 所示。

圖2 噴吹法（左）和氦罩法（右）檢漏原理

噴吹法和氦罩法都用于對產(chǎn)品進(jìn)行真空氦質(zhì)譜檢漏，區(qū)別是，氦罩法用于對產(chǎn)品進(jìn)行總漏率檢測，而噴吹法用于對產(chǎn)品進(jìn)行單點(diǎn)漏率檢測。在實(shí)際生產(chǎn)中，先使用氦罩法對產(chǎn)品進(jìn)行總漏率檢測，若總漏率超標(biāo)，再使用噴吹法對產(chǎn)品進(jìn)行單點(diǎn)漏率檢測，查找泄漏位置，即氦罩法用于對產(chǎn)品進(jìn)行漏率定量，而噴吹法用于對產(chǎn)品進(jìn)行漏孔定位[4]。

以組成搖擺軟管內(nèi)層結(jié)構(gòu)的波紋管為例（因搖擺軟管工作時(shí)夾層結(jié)構(gòu)為真空狀態(tài)，則需對組成夾層結(jié)構(gòu)的波紋管進(jìn)行真空氦質(zhì)譜檢漏），介紹氦罩法的檢漏步驟及漏率計(jì)算方法（噴吹法檢漏步驟和計(jì)算方法與氦罩法類似，不再贅述）。

波紋管結(jié)構(gòu)如圖3 所示，其主要成型工藝有：管坯鋼帶焊縱縫-3 層管坯鋼帶套合-漲型-氦質(zhì)譜檢漏。漲型后對波紋管進(jìn)行氦罩法檢漏，設(shè)計(jì)文件要求其總漏率不大于1 伊10-10Pa·m3/s。

圖3 波紋管結(jié)構(gòu)

對波紋管進(jìn)行氦罩法檢漏時(shí)，使用檢漏工裝和真空封泥密封波紋管，檢漏工裝上設(shè)有抽空管與檢漏儀連接，檢漏示意如圖4 所示。

圖4 波紋管氦罩法檢漏

檢漏步驟：

（1）將已知漏率為Qs的真空標(biāo)準(zhǔn)漏孔連接在氦質(zhì)譜檢漏儀抽真空管路末端，待示數(shù)穩(wěn)定后，讀取標(biāo)準(zhǔn)漏孔的反應(yīng)值Is，關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)漏孔閥門，待示數(shù)穩(wěn)定后，讀取檢漏系統(tǒng)的本底值I0和噪聲In。

（2）計(jì)算檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率Qemin，要求Qemin要比被檢件漏率要求值小1個(gè)數(shù)量級。

式中：In為本底噪聲值，mv；I0為系統(tǒng)本底值，mv；Is為標(biāo)準(zhǔn)漏孔反應(yīng)值，mv；Qs為標(biāo)準(zhǔn)漏孔標(biāo)定漏率值，Pam3/s。

系統(tǒng)有效最小可檢漏率滿足要求后繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)工作，若不滿足要求，則需對檢漏系統(tǒng)進(jìn)行檢查，直至系統(tǒng)有效最小可檢漏率滿足要求。

（3）將氦質(zhì)譜檢漏儀抽空管路連接波紋管檢漏工裝，對波紋管進(jìn)行抽真空檢漏，待氦質(zhì)譜檢漏儀示數(shù)穩(wěn)定后，讀取系統(tǒng)本底值I1。

（4）向柔性包封材料內(nèi)充入氦氣，待氦質(zhì)譜檢漏儀示數(shù)穩(wěn)定后，讀取被檢件反應(yīng)值；

（5）計(jì)算波紋管漏率Q：

式中：I1為系統(tǒng)本底值，mv；I2為被檢件反應(yīng)值，mv；D為氦氣濃度（使用柔性包封材料，充氦氣前，將包封材料內(nèi)空氣擠出，計(jì)算時(shí)氦氣濃度可取值100%）；Q為被檢件漏率值，Pa·m3/s。

在波紋管檢漏過程中，各記錄數(shù)據(jù)見表1。

表1 波紋管檢漏數(shù)據(jù)記錄值

已知真空標(biāo)準(zhǔn)漏孔標(biāo)定漏率值Qs為7 伊10-9Pa·m3/s，按式（2）計(jì)算檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率Qemin= 2.5 伊10-12Pa·m3/s，滿足比被檢件漏率要求值（1 伊10-10Pa·m3/s）小1個(gè)數(shù)量級的要求。按式（3）計(jì)算被檢件波紋管總漏率Q =2.25 伊10-11Pa·m3/s，滿足設(shè)計(jì)文件要求。

注：標(biāo)準(zhǔn)QJ3089A《氦質(zhì)譜檢漏方法》要求進(jìn)行真空標(biāo)準(zhǔn)漏孔檢漏操作時(shí)，需將其安裝在被檢件上（檢漏儀的遠(yuǎn)端），但許多被檢件因結(jié)構(gòu)原因無法將標(biāo)準(zhǔn)漏孔安裝在標(biāo)準(zhǔn)漏孔上，所以實(shí)際在使用標(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行檢漏操作時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)漏孔直接安裝在檢漏儀抽空管路的末端（試驗(yàn)表明，針對小容腔被檢件，標(biāo)準(zhǔn)漏孔安裝在被檢件上和安裝在抽空管路末端與對檢漏結(jié)果影響較小）。

4 正壓氦質(zhì)譜檢漏法

所謂正壓氦質(zhì)譜檢漏是指：在被檢件中，充入大于一個(gè)大氣壓的一定氦氣濃度的示漏氣體，使用氦質(zhì)譜檢漏儀，用吸槍在大氣環(huán)境條件下獲得示漏氦氣的方法。若被檢件存在漏孔，則氦氣會通過漏孔進(jìn)入到氦質(zhì)譜檢漏儀的質(zhì)譜室內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了漏孔的定位和定量檢測。

低溫發(fā)動機(jī)連接結(jié)構(gòu)主要由法蘭連接結(jié)構(gòu)和球頭螺母-接管嘴連接結(jié)構(gòu)組成，發(fā)動機(jī)工作時(shí)，因本身處于“正壓”狀態(tài)（如發(fā)動機(jī)內(nèi)腔有高壓液氫、液氧及氣氫等推進(jìn)劑），所以需對發(fā)動機(jī)連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行正壓氦質(zhì)譜檢漏。低溫發(fā)動機(jī)常用的正壓氦質(zhì)譜檢漏方法有直測法和包覆法，其檢漏原理如圖5 所示。

圖5 直測法（左）和包覆法（右）檢漏原理

直測法和包覆法都用于對產(chǎn)品進(jìn)行正壓檢漏，區(qū)別是，直測法用于對產(chǎn)品進(jìn)行單點(diǎn)漏率檢測，包覆法用于對某個(gè)接頭或焊縫進(jìn)行總漏率檢測。在實(shí)際生產(chǎn)中，直測法一般用于對漏孔進(jìn)行定位而不用于對漏孔進(jìn)行定量（被檢件泄漏出的微量氦氣，進(jìn)入到大氣中后立即消散[5]，吸槍無法將其全部吸收至質(zhì)譜室內(nèi)，所以測定的檢漏值不準(zhǔn)確），包覆法用于某個(gè)接頭進(jìn)行漏率定量。

下面以球頭螺母-接管嘴式連接接頭漏率測定為例，介紹包覆法的檢漏步驟和漏率計(jì)算方法（直測法檢漏步驟和漏率計(jì)算方法與包覆法類似，不再贅述）。

4.1 正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔

正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔為在特定壓力、溫度和氣體條件下，已知漏率的一種裝置。通過正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔在氦質(zhì)譜檢漏儀上生產(chǎn)的信號值與被檢漏孔在同一檢漏儀上產(chǎn)生的信號值進(jìn)行比對，即可計(jì)算出被檢漏孔的漏率大小。正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔的使用要求為：正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔的使用壓力與正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔的校準(zhǔn)壓力一致，正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔內(nèi)的氦氣濃度與被檢件內(nèi)的氦氣濃度一致。正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔分為有氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔和無氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔，如圖6、圖7 所示。

圖7 有氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔

無氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔在使用時(shí)需連接充氣試驗(yàn)臺，由試驗(yàn)臺對正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔充入指定壓力和濃度的氦氣，因其輸出端結(jié)構(gòu)細(xì)長，可同時(shí)用于直測法和包覆法比對定量。有氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔，本身自帶氣室和壓力表，通過充氣管嘴在氣室內(nèi)充入指定壓力和濃度的氦氣，因其輸出端結(jié)構(gòu)較短，不方便將其插入到比對裝置內(nèi)進(jìn)行比對定量，所以一般有氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔只用于進(jìn)行直測法比對定量。

4.2 包覆檢漏法

低溫發(fā)動機(jī)上有大量球頭螺母-接管嘴式連接接頭（圖8），連接接頭工作時(shí)內(nèi)腔多為高壓推進(jìn)劑和高壓氣體。為保證連接接頭連接可靠，需對連接接頭進(jìn)行正壓包覆法檢漏，要求連接接頭在0.5 MPa 純氦下的漏率不大于5 伊10-6Pa·m3/s。以球頭螺母-接管嘴式連接接頭為例介紹氦罩法的檢漏步驟和漏率計(jì)算方法。

圖8 球頭螺母-接管嘴式連接接頭

檢漏步驟：

（1）制作連接接頭比對裝置：

發(fā)動機(jī)上有大量不同規(guī)格的球頭螺母-接管嘴式連接接頭，在制作比對裝置時(shí)，每種規(guī)格連接接頭只需要制作1個(gè)比對裝置即可。取每種規(guī)格的球頭、螺母、接管嘴各1 件，按連接接頭裝配要求進(jìn)行裝配。

（2）用相同的包覆材料和包覆方法包覆發(fā)動機(jī)上的連接接頭和用于比對的連接接頭，確保兩種接頭包覆空間容積一致。

（3）起動氦質(zhì)譜檢漏儀，測定大氣環(huán)境下的本底值I0和噪聲In。

（4）將已知漏率為Qs的正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔（充入氦氣壓力與校準(zhǔn)壓力一致，氦氣濃度與發(fā)動機(jī)內(nèi)腔氦氣濃度一致）插入到比對裝置包覆空間內(nèi)，累積時(shí)間tmin（累積時(shí)間，可通過試驗(yàn)確定）后將吸槍插入到包覆空間內(nèi)，待示數(shù)穩(wěn)定后，讀取標(biāo)準(zhǔn)漏孔反應(yīng)值，記為Is。

（5）按式（2）計(jì)算檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率，并確認(rèn)檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率是否滿足要求。

（6）向發(fā)動機(jī)內(nèi)腔充入壓力為0.5 MPa 純度為100%的氦氣。

（7）累積時(shí)間tmin 后，將吸槍插入到發(fā)動機(jī)接頭包覆空間內(nèi)，待示數(shù)穩(wěn)定后，讀取被檢接頭反應(yīng)值，記為。

（8）計(jì)算連接接頭漏率Q：

在連接接頭檢漏過程中，各記錄數(shù)據(jù)見表2。

表2 發(fā)動機(jī)連接接頭檢漏數(shù)據(jù)記錄值

已知正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔標(biāo)定漏率值Qs為1.5 伊10-6Pa·m3/s，按式（2）計(jì)算檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率Qemin=6.1 伊10-9Pa·m3/s，滿足比被檢件漏率要求值（5 伊10-6Pa·m3/s）小1個(gè)數(shù)量級的要求。按公式（4）計(jì)算被檢件連接接頭總漏率Q= 3 伊10-7Pa·m3/s，連接接頭漏率滿足設(shè)計(jì)文件要求。

5 低溫高壓工況漏孔漏率計(jì)算方法

低溫發(fā)動機(jī)進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏時(shí)的溫度為環(huán)境溫度，發(fā)動機(jī)內(nèi)腔壓力為0.5 MPa，而低溫發(fā)動機(jī)工作時(shí)的內(nèi)腔最低溫度為20 K，最大工作壓力將近11 MPa，發(fā)動機(jī)檢漏狀態(tài)與發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)的溫度和壓力差異較大。因發(fā)動機(jī)檢漏狀態(tài)和工作狀態(tài)差異較大，所以會出現(xiàn)“常溫不漏低溫漏、低壓不漏高壓漏”的情況[6,7]，所以對漏孔在低溫高壓下狀態(tài)下的漏率計(jì)算方法進(jìn)行了研究，進(jìn)而計(jì)算出漏孔在發(fā)動機(jī)工作時(shí)的漏率。漏孔在壓力和溫度的影響下是一個(gè)復(fù)雜的狀態(tài)，目前尚不能對溫度和壓力同時(shí)進(jìn)行研究，只能分別對壓力和溫度影響進(jìn)行研究，然后進(jìn)行綜合考慮[8]。

5.1 溫度變化對漏孔漏率的影響

溫度變化，漏孔尺寸熱脹冷縮并不是導(dǎo)致漏孔漏率發(fā)生變化的主要原因，導(dǎo)致漏孔漏率發(fā)生變化的主要原因是因?yàn)闇囟茸兓剐孤┑臍怏w的黏滯系數(shù)發(fā)生了變化，氣體黏滯系數(shù)發(fā)生變化后，致使漏孔漏率發(fā)生了變化。

氣體粘滯系數(shù)是有關(guān)溫度的變量，其與溫度間存在的關(guān)系為：

式中，濁T和濁0分別表示氣體在溫度T和T0時(shí)的粘滯系數(shù)，C為肖節(jié)輪特常數(shù)，琢為與氣體有關(guān)的常數(shù)。

對于漏孔來說，當(dāng)漏孔漏率大于10-6Pa·m3/s 時(shí)，一般可認(rèn)為漏孔內(nèi)的氣體狀態(tài)為粘滯流狀態(tài)[9]。假設(shè)漏孔為長圓柱理想狀態(tài)的漏孔，其長度為l，半徑為R0，漏孔出口端和入口端壓力分別為P1和P2。根據(jù)泊稷葉定律，體積流速S與壓強(qiáng)差、管子半徑、和漏孔內(nèi)氣體粘滯系數(shù)之間的關(guān)系為：

則氣體的流量（氣體通過漏孔的漏率）為：

在進(jìn)行漏孔氦質(zhì)譜檢漏時(shí)，漏孔出口與氦質(zhì)譜檢漏儀相連，當(dāng)吸槍在漏孔處停留時(shí)，漏孔處的壓力P1越0[10]（或因漏孔出口壓力值相比漏孔入口壓力值太小，可以將其忽略不計(jì)）。假設(shè)將漏孔從常溫溫度環(huán)境放置到低溫溫度TD的低溫液體中，待漏孔溫度平衡達(dá)到TD時(shí)，漏孔在溫度為TD時(shí)的漏率與漏孔在溫度為TC時(shí)的漏率之比為：

將式（5）帶入到公式（8）中，得到：

從式（9）中可知，漏孔漏率與漏孔處溫度成反比例關(guān)系，即溫度越低，漏率越大。

假設(shè)一漏孔，在20 益常溫環(huán)境下其漏率Q1為1 伊10-6Pa·m3/s，則此漏孔在20 K 溫度下的漏率Q2，其中TC越293 K，TD=20 K，琢=0.64[11]，經(jīng)過計(jì)算Q2= 5.6 伊10-6Pa·m3/s，即當(dāng)漏孔所處環(huán)境溫度為20 K 時(shí)，漏孔針對氦氣的漏率是5.6 伊10-6Pa·m3/s。

注：本節(jié)計(jì)算時(shí)僅考慮了溫度變化對漏孔漏率的影響，未考慮壓力變化對漏孔漏率的影響。

5.2 壓力變化對漏孔漏率的影響

影響漏孔漏率的因素有很多，如漏孔尺寸的大小，漏孔兩端的壓差、示漏氣體種類及環(huán)境溫度等，當(dāng)漏孔尺寸、環(huán)境溫度及示漏氣體種類確定后，影響漏孔漏率的最大因素就是漏孔兩端的壓力差。一般對低溫發(fā)動機(jī)進(jìn)行正壓氦質(zhì)譜檢漏時(shí)，發(fā)動機(jī)漏孔內(nèi)的氣體多為粘滯流狀態(tài)，此時(shí)漏孔的漏率與漏孔兩端的壓力的平方差成正比。

假設(shè)低溫發(fā)動機(jī)進(jìn)行正壓氦質(zhì)譜檢漏時(shí)，漏孔兩端的壓力分別為P1（高壓端）和P2（低壓端），漏孔漏率為Q，低溫發(fā)動機(jī)工作時(shí)，漏孔兩端的壓力分別為P3（高壓端）和P4（低壓端）。低溫發(fā)動機(jī)在工作時(shí)，漏孔漏率Q1的計(jì)算方法為：

低溫發(fā)動機(jī)進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏時(shí)，均使用氦氣作為示漏氣體，而低溫發(fā)動機(jī)工作時(shí)，發(fā)動機(jī)內(nèi)腔的介質(zhì)將會變成氫氣或氧氣等，為準(zhǔn)確計(jì)算發(fā)動機(jī)工作時(shí)介質(zhì)的漏率，需將漏孔對氦氣的漏率轉(zhuǎn)換成漏孔對相應(yīng)漏孔的漏率。設(shè)Q和Q1仍為漏孔在檢漏壓力下和發(fā)動機(jī)工作壓力下的漏孔漏率，漏孔對某種介質(zhì)的漏率為Q2，則Q2的計(jì)算方法為：

式中：濁1 為氦氣的粘滯系數(shù)；濁2 為某種介質(zhì)的粘滯系數(shù)。

注院本節(jié)計(jì)算時(shí)僅考慮了壓力變化對漏孔漏率的影響袁未考慮溫度變化對漏孔漏率的影響遙

6 結(jié)語

幾種低溫發(fā)動機(jī)常用的氦質(zhì)譜檢漏方法，對檢漏原理、檢漏步驟和漏率計(jì)算進(jìn)行了舉例。針對低溫發(fā)動機(jī)“低溫高壓”的工作特點(diǎn)，對溫度變化和壓力變化對漏孔漏率的影響進(jìn)行了研究，并給出了漏孔漏率關(guān)于溫度和壓力的計(jì)算式。