一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法技术

本发明专利技术涉及一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，属于航天热控产品寿命预测技术领域；包括如下步骤：步骤一、建立环路热管寿命测试系统；步骤二、拟合成时间‑不凝气体含量曲线图；步骤三、拟合成氮气容量‑温度的曲线图；步骤四、建立时间‑不凝气体含量的外推线性图；步骤五、根据时间‑不凝气体含量的外推线性图和氮气容量‑温度的曲线图，判断环路热管在寿命时长内是否失效；本发明专利技术实现了在相对短的时间内估算出环路热管的寿命，具有试验周期短，预估准确度高等特点，在环路热管的工程应用中具有很强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法
本专利技术属于航天热控产品寿命预测
，涉及一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法。
技术介绍
环路热管作为一种航天热控产品，需满足航天器在轨不可维修且长寿命的使用要求。环路热管是由蒸发器、散热面、储液器和管路构成的回路，蒸发器内装有由致密多孔材料制成的毛细芯，用来产生足够的毛细力，驱动回路内工质循环，多孔材料表层的液体吸收热量后蒸发，蒸气通过管路流到散热面冷凝散热，然后在毛细力的作用下，从另一根管路返回储液器，再进入蒸发器内的毛细芯完成整个循环。目前，以液氨作为工质的环路热管在运行过程中，失效的自身原因有两个，一是LHP内不凝气体的生成，二是运行期间工质的泄露。对于工质的泄露问题随着现代焊接技术及漏率检测手段的发展已经基本解决。因此对于LHP寿命的研究多集中在了NCG的生成以及其对热管运行的影响上。了解环路热管内部氨工质分解速率及不凝气体对环路热管的性能影响，是研究、评估环路热管使用寿命的重要手段。环路热管内部氨工质的分解是一个非常缓慢的过程。以往研究中关注了不凝气体的生成速率及不凝气体对于环路热管热性能的影响，普遍达成的共识是NCG会聚集在储液器，因此通常用不凝气体的体积与储液器体积的比值来表征环路热管系统中不凝气体的量。同时储液器中NCG分压导致LHP稳定运行时饱和温度上升，LHP稳定温度也会随之上升，但对于导致环路热管失效的不凝气体的量及时间缺乏理论和试验的研究，目前对于环路热管寿命预估最准确的方法是地面1:1寿命试验，即在环路热管实际使用条件相同条件下运行多套环路热管，直至其失效，以此来判断其寿命，这种方法虽然可行，但存在两个明显的缺点，一是试验周期长，现在环路热管的制造技术下，一般寿命都在五年以上。二是参考价值低，环路热管由于结构差异，充灌量及运行条件的不同，不凝气体的生成速率也不同。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，实现了在相对短的时间内估算出环路热管的寿命，具有试验周期短，预估准确度高等特点，在环路热管的工程应用中具有很强的实用性。本专利技术解决技术的方案是：一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，包括如下步骤：步骤一、建立环路热管寿命测试系统，包括储液器、蒸发器、环路热管、恒温水槽和冷水机组；其中，环路热管包括气体管路、冷凝管路和液体管路；步骤二、选取8套完全一致的环路热管作为实验样本；在环路热管寿命测试系统中进行试验；以2个月为周期，分4个周期对环路热管中不凝气体的含量进行测量；所述不凝气体为氨气；获得不同周期环路热管中不凝气体的含量；根据四个周期的不凝气体的含量拟合成时间-不凝气体含量曲线图；步骤三、建立不凝气体参杂试验系统，包括标准容器、压力表、第一阀门、第二阀门、第三阀门和真空泵；重新选取1套完全一致的环路热管，对该环路热管进行不凝气体参杂试验；拟合成氮气容量-温度的曲线图；步骤四、根据时间-不凝气体含量曲线图，建立时间-不凝气体含量的外推线性图；步骤五、设定环路热管的失效阈值为Tmax；根据时间-不凝气体含量的外推线性图和氮气容量-温度的曲线图，判断环路热管在寿命时长内是否失效。在上述的一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，所述步骤一中，环路热管寿命测试系统的建立方法为：气体管路、冷凝管路和液体管路依次连通；蒸发器与储液器连通；气体管路与蒸发器连通；液体管路与储液器连通；储液器内部贮存液氨；冷凝管路设置在恒温水槽内；冷水机组与恒温水槽连通，实现对恒温水槽的恒温温度控制；环路热管寿命测试系统的工作过程为：蒸发器将储液器内的液氨加热蒸发成氨气；氨气经气体管路进入冷凝管路；通过恒温水槽对冷凝管路中的氨气进行冷凝形成液氨；液氨从液体管路流回储液器。在上述的一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，所述步骤一中，蒸发器的工作功率为50W；控制加热温度为13-17℃。在上述的一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，所述步骤二中，8套环路热管中不凝气体含量的测量方法为：S1、测试2个月时，随机选取2套环路热管；并测量这两套环路热管中不凝气体的含量；取平均值，记录为a；这2套环路热管不继续进行试验；S2、测试4个月时，从剩余6套环路热管中随机选取2套环路热管；并测量这两套环路热管中不凝气体的含量；取平均值，记录为b；这2套环路热管不继续进行试验；S3、测试6个月时，从剩余4套环路热管中随机选取2套环路热管；并测量这两套环路热管中不凝气体的含量；取平均值，记录为c；这2套环路热管不继续进行试验；S4、测试8个月时，测量剩余2套环路热管中不凝气体的含量；取平均值，记录为d；根据四个周期的不凝气体的含量a、b、c、d及对应试验时间，拟合成时间-不凝气体含量曲线图。在上述的一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，所述步骤三中，不凝气体参杂试验系统的建立方法为：第一阀门、第二阀门、第三阀门分别通过独立管路与标准容器连通；压力表与标准容器连通，实现对标准容器内部压力的测量；真空泵与第三阀门所在管路连通；环路热管与第二阀门所在管路连通；环路热管的温度始终保持在-20℃；环路热管内部填充氨，且环路热管内部状态为氨在-20℃的气液饱和状态。在上述的一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，所述步骤三中，不凝气体参杂试验的具体方法为：S1、第一阀门、第二阀门和第三阀门保持在关闭状态，将标准容器的温度保持在Tcont；S2、打开第三阀门，通过真空泵对标准容器进行抽真空处理；关闭第三阀门；S3、打开第一阀门，向标准容器内充入高纯氮气，直至标准容器内氮气压力到达P0；关闭第一阀门；S4、测量环路热管内部压力为P1；打开第二阀门，标准容器中的氮气向环路热管内移动；观测压力表，直至标准容器内的压力从P0降至P1；关闭第二阀门；S5、计算此时充入环路热管内部氮气的容量n；并测量此时环路热管的温度T；S6、另取3个不同值的P0；重复3次S3至S5，获得3个不同P0情况下，充入环路热管内部氮气的容量n和对应环路热管的温度T；拟合成氮气容量-温度的曲线图。在上述的一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，所述S1中，Tcont为300K；S2中，标准容器的真空度为10-3Pa以上；S4中，P1＜P0。8、根据权利要求7所述的一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，其特征在于：所述S5中，充入环路热管内部氮气的容量n的计算方法为：式中，R为气体常数；V0为标准容器体积。在上述的一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，所述步骤四中，时间-不凝气体含量外推线性图的建立方法为：y＝6.5×10-4x式中，y为不凝气体含量；x为时间；以0时间、0不凝气体含量为初值，以测试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一、建立环路热管寿命测试系统，包括储液器、蒸发器、环路热管、恒温水槽和冷水机组；其中，环路热管包括气体管路、冷凝管路和液体管路；/n步骤二、选取8套完全一致的环路热管作为实验样本；在环路热管寿命测试系统中进行试验；以2个月为周期，分4个周期对环路热管中不凝气体的含量进行测量；所述不凝气体为氨气；获得不同周期环路热管中不凝气体的含量；根据四个周期的不凝气体的含量拟合成时间-不凝气体含量曲线图；/n步骤三、建立不凝气体参杂试验系统，包括标准容器、压力表、第一阀门、第二阀门、第三阀门和真空泵；重新选取1套完全一致的环路热管，对该环路热管进行不凝气体参杂试验；拟合成氮气容量-温度的曲线图；/n步骤四、根据时间-不凝气体含量曲线图，建立时间-不凝气体含量的外推线性图；/n步骤五、设定环路热管的失效阈值为T

【技术特征摘要】
1.一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、建立环路热管寿命测试系统，包括储液器、蒸发器、环路热管、恒温水槽和冷水机组；其中，环路热管包括气体管路、冷凝管路和液体管路；
步骤二、选取8套完全一致的环路热管作为实验样本；在环路热管寿命测试系统中进行试验；以2个月为周期，分4个周期对环路热管中不凝气体的含量进行测量；所述不凝气体为氨气；获得不同周期环路热管中不凝气体的含量；根据四个周期的不凝气体的含量拟合成时间-不凝气体含量曲线图；
步骤三、建立不凝气体参杂试验系统，包括标准容器、压力表、第一阀门、第二阀门、第三阀门和真空泵；重新选取1套完全一致的环路热管，对该环路热管进行不凝气体参杂试验；拟合成氮气容量-温度的曲线图；
步骤四、根据时间-不凝气体含量曲线图，建立时间-不凝气体含量的外推线性图；
步骤五、设定环路热管的失效阈值为Tmax；根据时间-不凝气体含量的外推线性图和氮气容量-温度的曲线图，判断环路热管在寿命时长内是否失效。


2.根据权利要求1所述的一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，其特征在于：所述步骤一中，环路热管寿命测试系统的建立方法为：气体管路、冷凝管路和液体管路依次连通；蒸发器与储液器连通；气体管路与蒸发器连通；液体管路与储液器连通；储液器内部贮存液氨；冷凝管路设置在恒温水槽内；冷水机组与恒温水槽连通，实现对恒温水槽的恒温温度控制；
环路热管寿命测试系统的工作过程为：
蒸发器将储液器内的液氨加热蒸发成氨气；氨气经气体管路进入冷凝管路；通过恒温水槽对冷凝管路中的氨气进行冷凝形成液氨；液氨从液体管路流回储液器。


3.根据权利要求2所述的一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，其特征在于：所述步骤一中，蒸发器的工作功率为50W；控制加热温度为13-17℃。


4.根据权利要求1所述的一种基于不凝气体组合试验的环路热管寿命预估方法，其特征在于：所述步骤二中，8套环路热管中不凝气体含量的测量方法为：
S1、测试2个月时，随机选取2套环路热管；并测量这两套环路热管中不凝气体的含量；取平均值，记录为a；这2套环路热管不继续进行试验；
S2、测试4个月时，从剩余6套环路热管中随机选取2套环路热管；并测量这两套环路热管中不凝气体的含量；取平均值，记录为b；这2套环路热管不继续进行试验；
S3、测试6个月时，从剩余4套环路热管中随机选取2套环路热管；并测量这两套环路热管中不凝气体的含量；取平均值，记录为c；这2套环路热管不继续进行试验；
S4、测试8个月时，测量剩余2套环路热管中不凝气体的含量；取平均值，记录为d；
根据四个周期的不凝气体的含量a、b、c、d及对应试验时间，拟合成时间-不凝气体含量曲线图。


5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵石磊，杨涛，高腾，张明佳，罗世魁，李春林，徐培麒，颜吟雪，潘浩，吕宠，孙海洋，张宁，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11