運(yùn)載火箭測試過程中多余物控制現(xiàn)狀分析

【機(jī)械制造與檢測技術(shù)】

運(yùn)載火箭測試過程中多余物控制現(xiàn)狀分析

甄曉改1,侯穎1,甄曉鵬2,王東1,傅國強(qiáng)1,肖冉3

(1.首都航天機(jī)械公司，北京100076； 2.國防科技大學(xué)，長沙410073；

3.天津航天長征火箭制造有限公司，天津300462)

摘要：闡述運(yùn)載火箭多余物控制的重要性，分析了火箭在不同測試階段多余物產(chǎn)生的主要模式、誘因和表現(xiàn)形式，總結(jié)了目前我國火箭測試過程中多余物預(yù)防、控制和自動(dòng)檢測方法，并提出進(jìn)一步的研究方向，為未來運(yùn)載火箭多余物控制技術(shù)發(fā)展提供了很好的參考。

關(guān)鍵詞：運(yùn)載火箭；多余物；檢測控制

收稿日期：2015-01-06

作者簡介：甄曉改(1986—)，女，碩士研究生，主要從事火箭測試技術(shù)研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.06.019

中圖分類號：V554;TJ7

文章編號：1006-0707(2015)06-0074-04

本文引用格式：甄曉改,侯穎,甄曉鵬,等.運(yùn)載火箭測試過程中多余物控制現(xiàn)狀分析[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(6):74-76.

Citationformat:ZHENXiao-gai，HOUYing，ZHENXiao-peng,etal.CurrentAnalysisofRemainder’sControlinRocketTestingProcess[J].JournalofSichuanOrdnance,2015(6):74-76.

CurrentAnalysisofRemainder’sControlinRocketTestingProcess

ZHENXiao-gai1，HOU Ying1，ZHEN Xiao-peng2，

WANGDong1，F(xiàn)U Guo-qiang1，XIAO Ran3

(1.CapitalAerospaceMachineryCompany,Beijing100076,China; 2.UniversityofDefenseTechnology,

Changsha410073,China; 3.TianjinLongMarchLaunchVehicleManufacturingCo.,Ltd.,Tianjin300462,China)

Abstract:This paper described the importance of remainder’s control for the rocket, and analyzed the remainder’s main mode, incentive and performance produced in the different test stages of rocket. It summarized the remainder’s prevention, control and detection method in the current testing process of rocket, and proposed future research directions. These provide a good reference for the future development of the rocket remainder’s control technology.

Keywords:rocket;remainder;detectionandcontrol

“質(zhì)量是航天事業(yè)的生命”已成為每個(gè)航天人的座右銘。然而，在影響航天產(chǎn)品質(zhì)量的眾多因素中，多余物是主要原因之一。多余物看似微小，不易覺察，但其造成的影響和帶來的損失往往是巨大的，因多余物造成的災(zāi)難性航天事故屢見不鮮[1]。1992年3月中國發(fā)射美制澳大利亞通訊衛(wèi)星，因火箭內(nèi)殘留有鋁質(zhì)多余物，造成衛(wèi)星發(fā)射失敗；1989年4月蘇聯(lián)和平號空間站與量子號天體物理艙對接時(shí)，因?qū)用嫔险尺B一塊異物，使2個(gè)航天器在距離僅剩20cm時(shí)對接失敗。

控制多余物是貫穿整個(gè)生產(chǎn)過程的一項(xiàng)關(guān)鍵工作，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到零件生產(chǎn)，從部件組裝到火箭總裝測試發(fā)射，每個(gè)環(huán)節(jié)無不需要對多余物嚴(yán)格控制。測試作為火箭制造和發(fā)射的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，多余物的控制就顯得尤為重要。

1運(yùn)載火箭測試過程多余物種類

多余物是指產(chǎn)品中存在的與產(chǎn)品規(guī)定狀態(tài)無關(guān)的一切物質(zhì)。多余物既有正常視力可以看得見的，也有需要借助放大工具才能觀察到的[2-3]，為火箭生產(chǎn)過程中多余物存在模式及表現(xiàn)形式如表1示，實(shí)際情況還要復(fù)雜得多。

表1　火箭測試多余物模式及其誘因和表現(xiàn)形式

火箭整個(gè)“生命”過程共經(jīng)歷3個(gè)測試階段：單元測試、出廠測試、發(fā)射場測試。而每個(gè)階段多余物產(chǎn)生機(jī)理及存在形式有所差異。

1.1運(yùn)載火箭單元測試過程多余物種類

單元測試即為所有箭上儀器及部段在總裝前的測試，主要是對單機(jī)儀器內(nèi)部及部段的性能檢測。由于單元測試是儀器部段加工后的初步測試，因此其多余物主要包括加工方法殘留物及能源污染，各多余物形式所占比例如圖1所示，這些多余物極易造成產(chǎn)品電氣性能的損失，嚴(yán)重影響后續(xù)總裝測試工作，因此操作過程中要進(jìn)行嚴(yán)格的防控。

圖1　火箭測試前多余物種類比例統(tǒng)計(jì)表

1.2運(yùn)載火箭出廠測試過程多余物種類

火箭出廠測試是在總裝工作完成后對全箭電氣系統(tǒng)整體性能的測試，是產(chǎn)品出廠前暴露問題的最后關(guān)卡，是防止產(chǎn)品帶“物”出廠的有效控制手段。經(jīng)分析統(tǒng)計(jì)單元測試后，產(chǎn)品加工過程殘留物得到基本控制，而非加電過程遺留物以及加電測試過程中能源污染成為火箭出廠測試中多余物的主要形式，各多余物形式所占比例見圖2所示。

圖2　火箭測試前多余物種類比例統(tǒng)計(jì)表

1.3運(yùn)載火箭靶場測試過程多余物種類

火箭靶場測試是產(chǎn)品進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)最后也是最全面的一次性能檢驗(yàn)，是關(guān)系飛行試驗(yàn)成敗的決定性步驟。靶場測試階段各種形式的遺留物污染得到有效控制，但由于發(fā)射場與總裝廠環(huán)境條件變化，自然物成為(特別是導(dǎo)電顆粒、飛蟲、冷凝水)影響產(chǎn)品可靠性的重要因素，各多余物形式所占比例見圖3所示。

圖3　火箭測試多余物種類比例統(tǒng)計(jì)表

2火箭測試過程多余物檢測控制方法

2.1火箭測試過程中多余物常規(guī)檢測控制方法

1) 測試前，除了常規(guī)的管理檢查如人員穿戴、測試場所、測試環(huán)境的控制預(yù)防外，控制多余物的重點(diǎn)就在產(chǎn)品接收檢查時(shí)，對儀器電纜插頭、插座以及艙體的檢查。此時(shí)多借助光學(xué)顯微鏡及工業(yè)內(nèi)窺鏡等使用目檢法、聽檢法等常規(guī)方法檢查插頭(座)內(nèi)有無因“加工方法、腐蝕、斷裂”模式下所產(chǎn)生多余物。

2) 測試中，為了確保火箭整體電氣系統(tǒng)的安全性，在地面設(shè)備加電后，通過專門的漏電檢測電路，進(jìn)行“實(shí)時(shí)漏電監(jiān)測”，來觀察產(chǎn)品是否因“磨損和能源污染” 模式而可能產(chǎn)生多余物[4]，其檢測原理可用數(shù)學(xué)關(guān)系式表示為

式中：I為漏電表漏電流(μA)；R為絕緣電阻(MΩ)；U為表示對箭上設(shè)備所加的漏電壓(V)。

當(dāng)I值為零時(shí)，表明箭上電氣系統(tǒng)正常；當(dāng)I不為零時(shí)，則表明絕緣阻值下降，箭上電氣系統(tǒng)可能存在多余物。

3) 每項(xiàng)工作結(jié)束后，認(rèn)真整理測試現(xiàn)場，清點(diǎn)工具及圖紙資料，以防留在產(chǎn)品上形成遺留物模式多余物，確認(rèn)無誤后，方可離開現(xiàn)場。

另外，在產(chǎn)品交接、保管、使用及運(yùn)輸全過程，也應(yīng)嚴(yán)格控制多余物。

2.2火箭測試過程中多余物自動(dòng)檢測控制方法

由于火箭在測試階段往往處于封閉或半封閉狀態(tài)，目視法和聽檢法存在著分辨率低、誤漏判比例大、對操作人員要求高等缺點(diǎn)，使產(chǎn)品的質(zhì)量始終存在著不穩(wěn)定因素。下面將介紹幾種自動(dòng)檢測方法。

2.2.1顆粒碰撞噪聲檢測(PIND)法

顆粒碰撞噪聲檢測(particleimpactnoisedetection)是目前比較廣泛使用的一種多余物檢測方法，該方法具有速度快、準(zhǔn)確度高、反應(yīng)靈敏、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)[5]。其工作原理如圖4所示：將被測產(chǎn)品固定于振動(dòng)臺(tái)的傳感器上，振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生一系列的機(jī)械沖擊和振動(dòng)，多余物在彈體內(nèi)部滑動(dòng)與撞擊，傳感器將撞擊的聲音以電壓的形式輸出，操作人員根據(jù)揚(yáng)聲器輸出的聲音和示波器上顯示的聲音信號波形判斷有無多余物[6]。

圖4　美軍規(guī)范規(guī)定的微粒碰撞噪聲檢測系統(tǒng)

目前國內(nèi)外科研工作者都在美國基礎(chǔ)PIND微粒檢測技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)研究。哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士生李海峰等人在原有PIND試驗(yàn)裝置上,增加數(shù)據(jù)采集部分和上位機(jī)分析軟件,研制了一種檢測系統(tǒng)[7]。鄭世才等人針對傳統(tǒng)PIND信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后分析,提出了基于沖擊響應(yīng)的多余物判別技術(shù)[8]。王淑娟等人由工控PC機(jī)控制振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生振動(dòng),同時(shí)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(dòng)檢測[6]。

2.2.2基于FPGA的實(shí)時(shí)小波消噪技術(shù)自動(dòng)檢測法

顆粒碰撞噪聲檢測(PIND)法單純依靠眼觀耳聽的方式判別，準(zhǔn)確率低，受人為因素影響大。文獻(xiàn)[2]中針對顆粒碰撞噪聲檢測(PIND)法的不足，提出利用小波消噪技術(shù)和小波變換理論，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于FPGA的小波消噪算法。實(shí)驗(yàn)表明,該算法消噪效果較為理性，達(dá)到了實(shí)時(shí)小波消噪的目的，應(yīng)用效果良好。

2.2.3利用X射線及小波變換自動(dòng)測定法

該方法利用X射線及小波變換自動(dòng)測定多余物空間位置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，控制系統(tǒng)通過機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整X射線源、物體和成像系統(tǒng)之間的位置，來獲得不同角度圖像，然后通過視差求得多余物的三維位置。其中視差的計(jì)算需借助小波變換理論，由此計(jì)算出的多余物三維位置尺寸比較接近實(shí)際測量值[2]。

圖5　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2.4利用X射線和顆粒碰撞噪聲檢測(PIND)法自動(dòng)測定多余物空間位置

該方法采用X射線照相法和顆粒碰撞噪聲檢測(PIND)法檢測可動(dòng)多余物的存在。對被測產(chǎn)品進(jìn)行X射線照相，判斷器件內(nèi)是否有多余物并進(jìn)行位置標(biāo)定，將器件進(jìn)行PIND試驗(yàn)，使器件內(nèi)多余物變換位置后再次照相。對比兩次照片中多余物位置，以驗(yàn)證多余物是否可動(dòng)。同時(shí)根據(jù)X射線圖像，判斷多余物的外形、位置和大小[9,10]。

3多余物處理方法

發(fā)現(xiàn)和檢測到多余物后，應(yīng)根據(jù)多余物本身特點(diǎn)、出現(xiàn)的位置等因素，有針對的清除多余物，目前常用到的處理方法如圖6所示。

圖6　多余物清除方法

4結(jié)論

近年來，航天產(chǎn)品暴露的多余物問題呈現(xiàn)多元化及復(fù)雜化趨勢，多余物控制除了加強(qiáng)常規(guī)檢測方法、強(qiáng)化管理制度、規(guī)范生產(chǎn)過程等方面外，還應(yīng)積極探索新技術(shù)、新方法、新工藝，將先進(jìn)技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)融合，提高我國的多余物自動(dòng)檢測技術(shù)，提升我國航天產(chǎn)品質(zhì)量，為未來航天事業(yè)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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(責(zé)任編輯楊繼森)