雙共裝置氣密式防護(hù)研究

韓 熒，張馨倩

（北京航天長征飛行器研究所，北京 100076）

某些飛行器，需配置兩套遙測系統(tǒng)，雙共裝置就是將兩個(gè)不同頻率的電磁波合成一路輸出的電子設(shè)備。它在飛行環(huán)境中面臨的最大難題是抗低氣壓擊穿，雙共裝置失效將使兩套遙測系統(tǒng)失效，其抗低氣壓擊穿的防護(hù)也就成為一個(gè)重要的課題被提了出來。

1 雙共裝置的防護(hù)選擇

雙共裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，其內(nèi)部零件的曲率半徑較小且不同極性零件間距較近，在輸入功率較高的情況下極易發(fā)生低氣壓擊穿現(xiàn)象。

對于雙共裝置，首先考慮的是絕緣式防護(hù)，也是傳統(tǒng)防護(hù)方法，即在產(chǎn)品可能出現(xiàn)擊穿的部位安置絕緣零件。安置時(shí)有兩種方案：一種是在擊穿試驗(yàn)后的碳黑部位安置絕緣套；另一種是在整個(gè)諧振腔中填充介電常數(shù)低、容重小的聚氨酯泡沫。結(jié)果是前者仍然擊穿，后者產(chǎn)品電性能指標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)。因此只能采用另一種防護(hù)方式——?dú)饷苁椒雷o(hù)，即將產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成氣密封式，使雙共裝置內(nèi)部在常壓下不出現(xiàn)較多的泄漏，以保證產(chǎn)品內(nèi)部不出現(xiàn)低氣壓的環(huán)境，從而避免擊穿現(xiàn)象的發(fā)生。

但雙共裝置的另一個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，產(chǎn)品外形不規(guī)則且所有外表面分布著無數(shù)的縫隙。采用氣密式防護(hù)，需要在產(chǎn)品的外面加一個(gè)鋁合金殼，在產(chǎn)品和鋁合金殼之間灌封密封膠，見圖1.產(chǎn)品與殼之間要保持一定的間距，以有效防止灌封膠層出現(xiàn)貫穿性氣泡，灌封時(shí)還要進(jìn)行排氣除濕的工藝處理。

2 密封膠種類的選擇

密封膠種類的選擇是研制的難點(diǎn)。

2.1 硅橡膠的選用和驗(yàn)證

硅橡膠的優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)良的耐高溫、低溫穩(wěn)定性，良好的耐老化性能，較好的密封、黏接性能；缺點(diǎn)是內(nèi)聚強(qiáng)度低、黏附力弱[1]?？稍冢?0～200℃長期使用，剝離強(qiáng)度（鋁與帆布）為0.8 N/cm。用硅橡膠灌封經(jīng)低氣壓試驗(yàn)驗(yàn)證，產(chǎn)品擊穿，選用失敗。

圖1 氣密式防護(hù)結(jié)構(gòu)

2.2 環(huán)氧樹脂膠的選用和驗(yàn)證

環(huán)氧樹脂膠的優(yōu)點(diǎn)是膠接強(qiáng)度高、收縮率小、耐水性能優(yōu)良；缺點(diǎn)是較脆、耐沖擊性能較差。另外，固化劑用量過多，影響膠接強(qiáng)度（發(fā)脆）；用量過少，影響膠聯(lián)密度[1]。其耐溫范圍為－45～110℃，剝離強(qiáng)度（鋁與鋁）為30 N/cm。用環(huán)氧樹脂膠灌封經(jīng)低氣壓試驗(yàn)驗(yàn)證，產(chǎn)品擊穿，選用失敗。

2.3 聚氨酯膠的選用和驗(yàn)證

在黏接性能上，聚氨酯膠可與金屬之間形成軟-硬過渡層，不僅黏接力強(qiáng)，同時(shí)還具有緩沖、減震功能。其優(yōu)點(diǎn)是膠膜堅(jiān)韌、附著力良好、耐沖擊、剝離強(qiáng)度高，缺點(diǎn)是耐熱性、耐蝕性稍差[1]。聚氨酯膠耐溫范圍為－45～90℃，剝離強(qiáng)度為350 N/cm。

整體灌封防護(hù)是對產(chǎn)品的外表面進(jìn)行防護(hù)，要滿足密封、黏接兩方面要求。在耐高、低溫上，3種膠都滿足要求，但從剝離強(qiáng)度看，聚氨酯膠無疑是理想的選擇，這也是前2種膠黏接力弱，存在界面泄漏，未能通過低氣壓試驗(yàn)的原因。

最后決定產(chǎn)品與鋁殼之間選用雙組分聚氨酯膠黏劑，3個(gè)插座處選用單組分聚氨酯膠黏劑的方案。雙組分聚氨酯是化學(xué)反應(yīng)完成固化，便于在殼內(nèi)固化；單組分聚氨酯是吸水反應(yīng)完成固化，便于插座黏接面的牢固。經(jīng)低氣壓試驗(yàn)驗(yàn)證，產(chǎn)品未擊穿，選用成功。

該產(chǎn)品設(shè)計(jì)上最大的不足是維修性較差，產(chǎn)品若要修整，需將鋁合金殼、膠層用機(jī)械加工的方法才能去除，修整后，還要再生產(chǎn)鋁合金殼和重新灌膠，其過程較為復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不適用于批量生產(chǎn)。

3 采用密封圈的氣密封設(shè)計(jì)

經(jīng)過一系列的不斷改進(jìn)，雙共裝置的結(jié)構(gòu)終于發(fā)生了重大改變，產(chǎn)品變規(guī)則了，只保留一面有縫隙，其余外表面已無縫隙，這樣就可以采用密封圈的氣密封設(shè)計(jì)。

將長方形密封槽處的內(nèi)邊尺寸換算成O形圈的內(nèi)徑D＝99.54 mm，選D為 100±0.55（mm），查國標(biāo) GB 3452.1—92中的表格，選取中間項(xiàng)，得到截面直徑d為3.55±0.1（mm）。按照國標(biāo)中軸向密封的受外部壓力的溝槽，由截面直徑d從表中查到溝槽寬度b為5+00.25（mm），但工程上常取b＝1.3d，則b為4.6 mm；從表中查到溝槽深度h為2.75+00.1（mm）。在GB/T 3452.3—2005的表中，D為100 mm，用于靜密封的d有3個(gè)選項(xiàng)，即2.65，3.55和5.3，可再次明確3.55取值。壓縮率可補(bǔ)償密封圈拉伸引起的截面直徑減小和溝槽加工誤差。通過修改溝槽深度來增加或減少壓縮率，達(dá)到合適的密封要求。壓縮率過小，易引起泄漏；但壓縮率過大，會(huì)將密封圈壓裂或壓潰。按國標(biāo)要求，d為3.55 mm的壓縮率應(yīng)滿足17.5～24.7%.

計(jì)算最小壓縮率為：

式（1）中：y＝｛[3.45（取下差）－2.85（取上差）]/3.45｝×100%≈17.4%，未能滿足要求，將h調(diào)整為2.75+00.05（mm），計(jì)算的壓縮率為18.8%，調(diào)整后符合國標(biāo)要求。

4 結(jié)束語

經(jīng)過多年的研制和應(yīng)用，雙共裝置設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平日臻成熟，其低氣壓防護(hù)是電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中難度較大的一個(gè)領(lǐng)域，其防護(hù)設(shè)計(jì)的思路、經(jīng)驗(yàn)也可以應(yīng)用到其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上。

參考文獻(xiàn)：

［1］王孟鐘，黃應(yīng)昌.膠粘劑應(yīng)用手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1987.