運(yùn)載火箭出廠測試多余物的控制與檢測

張 妍 胡經(jīng)民 王 東 甄曉改

（首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076）

1 多余物的存在原因

運(yùn)載火箭的測試是完成火箭的發(fā)動機(jī)部位或其他單機(jī)的裝配后，對火箭的整體進(jìn)行吸能測試的環(huán)節(jié)。在這一過程中，多余物存在的原因有以下幾個方面。

1.1 人為操作導(dǎo)致

技術(shù)人員在對運(yùn)載火箭進(jìn)行出廠檢測過程中，可能會因使用彈簧圈、橡皮圈等零部件而產(chǎn)生類似保險(xiǎn)絲類多余物等。檢測完成后可能將工具以及技術(shù)人員的私人物品等落在檢測部位，從而產(chǎn)生多余物。另外，人為操作產(chǎn)生的多余物還包括工具使用后產(chǎn)生的油漆、灰塵和油漬等。這些多余物都有可能影響運(yùn)載火箭的質(zhì)量安全。

1.2 機(jī)體自身攜帶

運(yùn)載火箭的機(jī)體本身部件也存在攜帶多余物的可能性，如伺服機(jī)構(gòu)和電子電氣產(chǎn)品中的多余物等[1]。伺服機(jī)構(gòu)是火箭控制系統(tǒng)中的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，能夠結(jié)合指令要求對系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)航天器俯仰、偏航和滾動等姿態(tài)控制[2]。安裝伺服機(jī)構(gòu)時，若與火箭內(nèi)部的墻壁發(fā)生摩擦或磕碰將會堵塞閥門，從而導(dǎo)致液壓油污染控制系統(tǒng)，因此需要注意相關(guān)設(shè)備安裝過程對火箭性能的影響。

1.3 動力系統(tǒng)存在問題

動力系統(tǒng)是運(yùn)載火箭的核心，包括氣瓶、箭上閥門和發(fā)動機(jī)等結(jié)構(gòu)。它是在電氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)上為火箭充氣加壓，從而實(shí)現(xiàn)火箭驅(qū)動的動力裝置[3]。動力系統(tǒng)的測試過程中，需要通過管路的壓力傳感器測試其壓力值。在模擬飛行與系統(tǒng)匹配后，它還要通過模擬發(fā)動機(jī)狀態(tài)來完成動力系統(tǒng)的測試。由于閥門結(jié)構(gòu)特殊且運(yùn)動配合空間較小，在流體的作用下，其中的多余物通常會匯集于縫隙處，嚴(yán)重時可能會破壞閥門的基礎(chǔ)性能而影響火箭的正常發(fā)射。動力系統(tǒng)中的多余物主要包括氣源進(jìn)氣室密封后殘留在閥門上的塑料皮和肥皂水、配氣臺出入口的灰塵以及閥門和管道出入口外產(chǎn)生的金屬碎屑等。動力系統(tǒng)中多余物的部位及類型如表1所示。

表1 多余物部位及類型

2 測試中多余物的控制方法

2.1 交接多余物控制

人為操作安裝運(yùn)載火箭的過程中，可能會由于一些人為的疏忽而產(chǎn)生金屬廢棄物等多余物，從而影響運(yùn)載火箭的出廠質(zhì)量。例如，技術(shù)人員在固定插座后，由于操作不合理導(dǎo)致人為碎屑進(jìn)入插孔等。因此，在出廠測試開始前要確認(rèn)運(yùn)載火箭是否具備檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，需要嚴(yán)格檢查并與總裝人員妥善交接。

2.2 機(jī)體自帶多余物控制

技術(shù)人員在測試運(yùn)載火箭的相關(guān)性能指標(biāo)前，需要加強(qiáng)專業(yè)素質(zhì)能力的培訓(xùn)，仔細(xì)排查機(jī)體自身掉落的零部件等問題，并針對性地處理存在的問題，以保障航天產(chǎn)品研制的安全性和穩(wěn)定性。工作排查過程中，需要剪斷保險(xiǎn)絲并將其放入專用的工作袋中，便于后續(xù)工作中排查問題。針對試驗(yàn)測試人員的測試效果，技術(shù)人員需要登記后進(jìn)倉工作，并將必要的工具裝入工具袋中，且工具應(yīng)設(shè)有防脫落措施[4-5]。進(jìn)倉工作前，要登記帶進(jìn)艙內(nèi)的工具和零件，便于出艙后核查使用數(shù)量。此外，工作人員要按規(guī)定著裝，禁止將手表、打火機(jī)等個人物品帶入艙內(nèi)。進(jìn)入艙內(nèi)后，為控制產(chǎn)品的質(zhì)量，需要將艙內(nèi)的核心功能區(qū)劃分為核心區(qū)與輔助區(qū)，以分區(qū)的方式檢測艙內(nèi)部位。

針對電子電器系統(tǒng)，技術(shù)人員需要先觀測項(xiàng)目的外觀是否受損，確保各部位的零件能夠正常工作，同時保證航天產(chǎn)品內(nèi)部的各元件連接處于正常狀態(tài)。若技術(shù)人員觀測到零件的狀態(tài)不正常，應(yīng)及時分析與解決航天產(chǎn)品所出現(xiàn)的問題。測試結(jié)束后，需要檢查產(chǎn)品上儀器和電纜對應(yīng)的電連接器，并將敞口部位蓋好堵蓋。在排除故障時，若需要斷開連接部位，應(yīng)在該部位下鋪墊白布，以免有多余物脫落。

運(yùn)載火箭的氣源露點(diǎn)檢測為一年5次，塵埃粒子的檢測為每月1次。技術(shù)人員在檢測過程中要注意氣源的狀態(tài)，保證氣源的露點(diǎn)合理和地面氣源能夠進(jìn)入箭體內(nèi)部。在測試動力系統(tǒng)前，需要吹除連接配氣臺的導(dǎo)管和連接測試設(shè)備與發(fā)動機(jī)的測壓軟管中的多余物。技術(shù)人員在現(xiàn)場測試過程中，需要吹除氣源連接口中的異物。關(guān)閉氣源后，將蘸有酒精的半干白色綢布對準(zhǔn)放氣口，并檢查白色綢布上是否有多余異物，以保證配氣臺管口處的清潔。

2.3 周轉(zhuǎn)多余物控制

日常清潔周轉(zhuǎn)箱是預(yù)防多余物的有效方法。周轉(zhuǎn)箱是在設(shè)備移動和周轉(zhuǎn)的過程中所要用到的設(shè)備，在其使用過程中，要防止磕碰與劃傷，以避免產(chǎn)生多余物。對于長期暫停運(yùn)轉(zhuǎn)的地面設(shè)備要采取封存處理，以避免被污染。有干燥度要求的設(shè)備應(yīng)檢查周轉(zhuǎn)箱內(nèi)是否干燥。

3 多余物的檢測方法

3.1 一般檢查方法

檢測不同部位的多余物時應(yīng)用到的檢測方法不同，通常用到的檢測方式主要包括直接檢測法、敲擊檢查法、設(shè)備檢查法等。例如：技術(shù)人員在檢測過程中使用到的手電筒、反光鏡、電路管、連接器和箭上產(chǎn)品等均能用于直接檢測；通過對硬件設(shè)備的搖動和敲擊（主要是對箱體、殼段等用橡膠榔頭輕輕敲打）等判斷多余物聲源的方式屬于敲擊檢查；使用設(shè)備檢查時，要檢查鉚接件和裝配后形成的死角和夾縫等部位是否存在多余物并清理。

3.2 工業(yè)內(nèi)窺檢測

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類多余物和非活動類多余物。因?yàn)槠胀ǖ臋z測裝置無法適應(yīng)航天產(chǎn)品復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以內(nèi)窺檢測成為檢查航天產(chǎn)品復(fù)雜內(nèi)型面結(jié)構(gòu)中多余物的有效途徑。內(nèi)窺檢測能夠在多余物形貌圖片的基礎(chǔ)上，通過深入了解航天產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)檢出多余物。

3.3 顆粒碰撞噪聲檢測法

目前，國際航天事業(yè)所認(rèn)可的內(nèi)窺檢測方法為微粒碰撞噪聲檢測，顆粒碰撞噪聲檢測儀如圖2所示。它由顆粒碰撞噪聲檢測（Particle Impact Noise Detection，PIND）系統(tǒng)的振動器發(fā)出一系列特定的機(jī)械沖擊和振動，促使束縛粒子在航天產(chǎn)品內(nèi)腔中碰撞，并通過傳感器將產(chǎn)生的撞擊聲變成電信號，隨后轉(zhuǎn)化為示波器上波形，再由技術(shù)人員根據(jù)波形圖像分析該部位是否有多余物。較為常用的多余物自動檢測方法有航天電子裝置自動檢測法和利用聲波分析的自動檢測法。電子裝置自動檢測法是對傳統(tǒng)PIND試驗(yàn)方法的升級。因?yàn)槿藶椴僮鞔嬖谥饔^偏差，所以常出現(xiàn)疏漏或者誤判，從而無法保障檢測精度。傳統(tǒng)檢測僅能判斷裝置中是否存在多余物，并不能判斷多余物的位置等信息。電子裝置自動檢測系統(tǒng)能夠收集滑動與撞擊混響信號，與傳統(tǒng)檢測相比，能更加精確地監(jiān)測裝置中的多余物。聲波分析自動檢測法是通過采集聲波來實(shí)現(xiàn)檢測的檢測方式，在振動臺產(chǎn)生振動的同時，用相關(guān)設(shè)備采集輸出的聲音信號，并將信號傳輸至軟件分析系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對多余物的監(jiān)測。

圖2 顆粒碰撞噪聲檢測儀器

4 結(jié)語

多余物的積累不利于航天設(shè)備的正常作業(yè)，因此要及時控制多余物的數(shù)量，仔細(xì)檢查航天設(shè)備內(nèi)部是否有殘留的多余物并及時清理，以保障其正常運(yùn)行。在進(jìn)行相關(guān)作業(yè)時，要將殘留的多余物清理干凈，不要將檢測工具等遺留在設(shè)備中，從而為航天設(shè)備的正常運(yùn)行提供保障。