一种高气密性要求的大型飞艇囊体保压试验方法技术

本发明专利技术公开了一种高气密性要求的大型飞艇囊体保压试验方法，具体过程为：在大型囊体温度变化最稳定、最能代表囊体内部气体平均温度的区域布设温度传感器、露点仪及压差计，其中压差计引压管出口与囊体中心位置齐平，各传感器通过法兰上预留孔与囊体外部计算机相连；向囊体内充空气直至囊体成形；对囊体上的接口进行检漏；继续向囊体内充空气，直至囊体压差值达到保压试验值要求；等待囊体内部气体温度和压力达到平衡后，保压试验正式开始，传感器自动记录数据；当试验有效时间大于设定的保压时间后，计算囊体一段时间后的压降。该方法测量精度高，能够准确描述囊体一定压力下一段时间后的压降，即囊体的泄漏率。

A Pressure-holding Test Method for Large Airship Bladder with High Air-tightness Requirements

The invention discloses a pressure holding test method for large airship capsule with high air tightness requirement. The specific process is as follows: temperature sensors, dew point meters and pressure differential meters are arranged in the area where the temperature of large airship capsule changes most steadily and can represent the average temperature of gas inside the capsule. The outlet of pressure differential gauge and the center of the capsule are in the same position, and each sensor passes through a reserved hole on the flange and outside of the capsule. The computer is connected to each other; the air is filled into the capsule until the capsule is formed; the interface on the capsule is leaked; the air is filled into the capsule until the pressure difference of the capsule reaches the requirement of the holding test value; when the temperature and pressure of the gas inside the capsule are balanced, the pressure holding test begins formally and the sensor records the data automatically; when the effective time of the test is longer than the setting holding time, the pressure holding test will be completed. Calculate the pressure drop of the cyst after a period of time. This method has high measurement accuracy and can accurately describe the pressure drop of the cyst after a certain period of time under a certain pressure, that is, the leakage rate of the cyst.

【技术实现步骤摘要】
一种高气密性要求的大型飞艇囊体保压试验方法技术邻域本专利技术属于气密性检测
，具体涉及一种高气密性要求的大型飞艇囊体保压试验方法。
技术介绍
飞艇是一种由氦气作为浮升气体提供浮力的飞行器，飞艇囊体的气体总泄漏率是飞艇驻空性能的一个重要性能指标。通过地面保压试验可以定量测算飞艇囊体在一定压力下经过一段时间以后的气体(空气)泄漏量，以此为参考可以进一步评估其驻空飞行时间。传统压力容器不仅体积小，而且容器基本为刚性结构，其工作特点是：工作载荷压力较大(以MPa为单位)；在不同压力下压力容器体积基本保持不变；压力容器内部温度随外界温度变化反应基本一致；压力容器内部气压对环境大气压周期性变化反应相对较弱。因此，计算压降时折算的精度相对较高。飞艇囊体不同于刚性结构密闭容器，其主要特点有：(1)囊体体积巨大，最大长度可达百米量级，最大高度可达几十米，空间环境内各点温度(垂直和水平方向)、压力(高度方向)差异较大；(2)飞艇囊体工作载荷压力相对于刚性结构容器压力较低，尺寸越大，需要的工作载荷压力越小，计算压降时相对误差容易放大；(3)囊体织物厚度较薄，囊体内部温度和气压对于外界环境变化较为敏感；(4)囊体织物具有一定的伸长率，囊体体积随气压容易发生变化，开始与结束状态体积差异较大。因此在进行基于压力变化检漏试验时，需要考虑试验条件选取，温度修正，露点气压修正和体积修正因素，尽可能减小压力折算误差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种高气密性要求的大型飞艇囊体保压试验方法，该方法能够精确测量囊体的压降，即囊体的泄漏率。实现本专利技术的技术方案如下：一种高气密性要求的大型飞艇囊体保压试验方法，具体过程为：(1)在囊体内温度变化最稳定、最能代表囊体内部气体温度的中间区域布设高精度温度传感器、露点仪及压差计，囊体外部布设高精度气压计，其中压差计上引压管出口与囊体中心位置齐平，各传感器通过法兰上预留孔与计算计相连；(2)打开轴流风机和开关阀，向囊体充气直至囊体成形；(3)对囊体上的接口检漏，确保连接处无泄漏；(4)关闭轴流风机和开关阀，打开高压风机和开关阀I，继续向囊体充气，直至囊体压力达到保压值要求；(5)等待囊体内部气体温度和压力平衡后，关闭开关阀II，当囊体压差值达到预设时间的平衡区间，保压试验正式开始，传感器记录数据；(6)当试验有效时间大于设定的保压时间后，选择与起始点相似条件的结束时刻点传感器参数，按照气体状态方程将结束时的囊体压差折算到起始时刻，计算囊体一段时间后的压力下降(简称“压降”)；根据保压试验开始、结束时传感器采集的数据，计算囊体的压降：其中，p1为囊体内起始相对压力，p2为囊体内结束相对压力，V1为开始时囊体体积，V2为结束时囊体体积，Δp1为开始时外界环境大气压力，Δp2为结束时外界环境大气压力，T1为起始时囊体内的温度，T2为结束时囊体内的温度，p折为折算到起始温度状态时的容器内相对压力，Δp为囊体的压降；所述囊体内起始相对压力p1为起始时囊体内所加的空气总压力减去水蒸气分压力；所述囊体内结束相对压力p2为结束时囊体内所加的空气总压力减去水蒸气分压力pν。进一步地，本专利技术当所述囊体为球形时，采用如下两种方法中的一种来获得囊体体积，当所述囊体为非球形时，采用下述方法二来获得囊体体积：方法一：利用囊体材料力学参数，计算不同充气压力条件下囊体的半径R，其中，R0为零压差下囊体的设计半径，t为囊体材料的厚度，E为囊体材料的弹性模量，ν为囊体材料的泊松比，P为囊体内的压力；根据所述半径R计算囊体的体积；方法二：利用高精度三维激光扫描仪直接测量试验开始时和结束时囊体的真实体积。进一步地，本专利技术在进行试验前，还包括通过充放气过程去除囊体预应力。进一步地，本专利技术所述设置传感器的区域的获取过程为：首先，通过流体力学仿真软件，仿真一个周期内，囊体内部气体的温度场分布情况及动态变化规律；其次，通过在囊体内部多点布设温度传感器，校核温度场仿真结果正确性；选择温度变化最稳定、最能代表囊体内部气体温度的区域布设温度传感器；最后，选择最能代表囊体内气体温度的传感器测量的温度的均值作为囊体内气体温度值。进一步地，本专利技术保压试验条件如下：(1)环境条件：试验区环境稳定，无明显强烈对流；(2)天气条件：晴天，且试验期间天气过程平稳；(3)温度条件：起始和结束点环境最高温度基本一致。进一步地，本专利技术起始点和结束点数据选取为：起始点数据选取：当囊体压力升至试验规定工作压力，停止加载，让囊体内温度和压力稳定一段时间达到平衡态，同时等待囊体内部压力平衡，选取平衡态均值或典型中间值的囊体内外起始温度、压力、露点参数作为起始点数据；结束点数据选取：当试验接近或超过规定试验时间段时候后，且囊体内温度和压力稳定一段时间达到平衡态时，选取平衡态均值或典型中间值的囊体内外起始温度、压力、露点参数作为结束点数据。进一步地，本专利技术所述当囊体压降无法准确评估时，可增加保压试验时间。有益效果(1)将压力变化检漏法(保压试验)应用到大型柔性结构密闭压力容器，即无基准物的差压检漏法，能够精确测量囊体的压降，即囊体的泄漏率。(2)提出了两种体积修正方法(方法一直径计算公式为已有知识，只适用于球形囊体)，第二种体积直接测量法适应于其它形状的飞艇囊体，由于囊体在不同压力下体积会发生变化，因此利用上述两种方法修正可以保证试验结果更加准确。(3)对温度的布设依据、布设位置进行了规定，并采用多点测量取平均值，由于囊体体积巨大，采用这种方法所获取的温度可以代表囊体内部的温度，使得试验计算的结果具有更高的准确性。(4)由于高度变化对压差的影响也必须考虑在内，因此本专利技术对压差计的布设进行了设计，使得试验计算的结果具有更高的准确性。(5)本专利技术保压试验的环境条件进行了明确规定，确保了试验期间环境条件稳定(一个周期为24小时，试验周期一般为连续多个周期)，减少环境变化(热交换，大气压、温度和湿度变化)对试验误差的影响。(6)本专利技术提出了数据选取的依据，确保了起始与结束时刻点囊体压差处于囊体内部压力的平衡区间，减小结束时刻点囊体压差折算到起始点压差时的折算误差。(7)本专利技术为了能够精确测量囊体的气体泄漏率，试验系统的精度必须在20～80Pa以内(保压压力值越低，要求试验系统精度越高)，并将囊体内水蒸气分压力、囊体指定区域测量的压差和温度值，纳入到参数修正范围，减小保压试验结束时刻点囊体压差折算误差。附图说明图1为囊体地面保压试验系统。其中，1-轴流风机，2-高压风机，3-开关阀I，4开关阀II，5-气囊，6-温度计I，7-温度计II，8-湿度计I，9-露点仪I，10-压差计，11-湿度计II，12-露点仪II，13大气压计，14-计算机。具体实施方式下面结合附图和具体实例对本专利技术进行详细说明。本专利技术基于无基准物的压力变化检漏法，利用高精度压力传感器(大气压计和压差计)、温度传感器、露点传感器和湿度传感器，测量并自动记录一定初始压力下一段时间以后飞艇囊体的各项参数，根据被测囊体所处环境和时间，考虑温度、湿度和体积修正，将结束时囊体的压力折算到起始时的温度、湿度和大气压条件下，从而计算得出囊体的压降。保压试验方案飞艇囊体保压试验主要是利用充气系统、压力计(或压差计)、温度计、湿度计、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高气密性要求的大型飞艇囊体保压试验方法，其特征在于，具体过程为：(1)在囊体内温度变化最稳定、最能代表囊体内部气体温度的中间区域布设多个高精度温度传感器、露点仪及压差计，其中压差计上引压管出口与囊体中心位置齐平，各传感器通过法兰上预留孔与计算计相连；(2)打开轴流风机和开关阀，向囊体充气直至囊体成形；(3)对囊体上的接口检漏，确保连接处无泄漏；(4)关闭轴流风机和开关阀，打开高压风机和开关阀I，继续向囊体充气，直至囊体压力达到保压值要求；(5)等待囊体内部气体温度和压力平衡后，关闭开关阀II，当囊体压差值达到预设时间的平衡区间，保压试验正式开始，传感器记录数据；(6)当试验有效时间大于设定的保压试验时间后，选择与起始点相似条件的结束时刻点传感器参数，按照气体状态方程将结束时的囊体压差折算到起始时刻，计算囊体一段时间后的压降；

【技术特征摘要】
1.一种高气密性要求的大型飞艇囊体保压试验方法，其特征在于，具体过程为：(1)在囊体内温度变化最稳定、最能代表囊体内部气体温度的中间区域布设多个高精度温度传感器、露点仪及压差计，其中压差计上引压管出口与囊体中心位置齐平，各传感器通过法兰上预留孔与计算计相连；(2)打开轴流风机和开关阀，向囊体充气直至囊体成形；(3)对囊体上的接口检漏，确保连接处无泄漏；(4)关闭轴流风机和开关阀，打开高压风机和开关阀I，继续向囊体充气，直至囊体压力达到保压值要求；(5)等待囊体内部气体温度和压力平衡后，关闭开关阀II，当囊体压差值达到预设时间的平衡区间，保压试验正式开始，传感器记录数据；(6)当试验有效时间大于设定的保压试验时间后，选择与起始点相似条件的结束时刻点传感器参数，按照气体状态方程将结束时的囊体压差折算到起始时刻，计算囊体一段时间后的压降；其中，p1为囊体内起始相对压力，p2为囊体内结束相对压力，V1为开始时囊体体积，V2为结束时囊体体积，Δp1为开始时外界环境大气压力，Δp2为结束时外界环境大气压力，T1为起始时囊体内的温度，T2为结束时囊体内的温度，p折为折算到起始温度状态时的容器内相对压力，Δp为囊体的压降；所述囊体内起始相对压力p1为起始时囊体内所加的空气总压力减去水蒸气分压力；所述囊体内结束相对压力p2为结束时囊体内所加的空气总压力减去水蒸气分压力pν。2.根据权利要求1所述高气密性要求的大型飞艇囊体保压试验方法，其特征在于，当所述囊体为球形时，采用如下两种方法中的一种来获得囊体体积，当所述囊体为非球形时，采用下述方法二来获得囊体体积：方法一：利用囊体材料力学参数，计算不同充气压力条件下囊体的半径R，其中，R0为零压差下囊体的设计半径，t为囊体材料的厚度，E为囊体材料的弹性模量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小强，曹瑞，黄起强，郭颀，
申请(专利权)人：北京临近空间飞艇技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11