大尺寸飞艇囊体恒压差气密性高效测试方法

本发明属于浮空器飞艇囊体地面测试，具体涉及一种大尺寸飞艇囊体恒压差气密性高效测试方法。

背景技术：

1、目前，飞艇囊体气密性测试方法共分为两类，其一为利用浮升气体，如氢气、氦气等，通过实时测量飞艇囊体的净浮力来直接得到浮升气体的泄漏量；其二为利用理想气体状态方程计算。理想气体状态方程：pv＝nrt，其描述为：一定质量的某种理想气体，在从一个状态变化到另一个状态时，尽管p、v、t都可能改变，但压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。其中：p为气体绝对压强；v为气体体积；n为气体的物质的量，单位为mol；r为普适气体常量(比例常数8.31)单位是j/(mol·k)；t为体系的温度；还有几种形式的变化，但本质是没变的，比如以气体质量的形式来表示：带入后公式变为：此时，是与气体种类相关的常值。m是气体平均分子量，与气体种类相关(如空气是29，氦气为4)。

2、专利号为cn202210562236.9的发明专利提出了一种浮空器囊体材料气密性快速验证的方法，但是该方法只适合飞艇材料的气密性检测，不适合对大型飞艇气密性进行检测。

3、专利号为cn202111670414.1的发明专利提出了一种浮空器囊体气密性及泄漏率检测系统及方法。该发明中公开了“缓冲气囊2”，该气囊置于浮空器囊体外部，存在漏气可能性，影响泄漏率检测精度，且该方法中仍然涉及到大尺寸飞艇囊体体积的计算误差，且整个气密性试验需要较长时间以使飞艇囊体气体泄漏总量变大后才有效。

4、专利号为cn201811619988.4的发明专利提供了一种用于浮空器囊体样件泄漏率检测装置。但是该发明只适合于浮空器囊体样件的气密性检测，无法对大尺寸飞艇结构的气密性进行检测。

5、对于大尺寸飞艇囊体，采用浮升气体进行地面气密性测试其操作难度、试验成本以及试验风险是不可接受的，如果使用氢气，现场的静电容易引发爆炸；如果使用氦气则实验成本过高，如对于1万立方的大型飞艇囊体，氦气成本大约四百万，其浮升气体的用量以及净浮力的测量等都是现实条件下难以实现的，因此，该方法仅适用于小尺寸飞艇囊体，如体积在100m3以下的囊体。

6、采用理想气体状态方程计算飞艇囊体的泄漏量，根据公式可知，需要实时测量飞艇囊体的内外压差△p、外界大气压p、囊体体积v以及囊体内温度t分布。对于大尺寸飞艇囊体，外界大气压具有高度梯度变化效应，以高度为40m的囊体为例，其外界大气压变化量约为400pa-500pa，导致囊体内外压差的误差，进而影响气密性测试结果；另一方面，大尺寸飞艇囊体体积的测量难度大、测量误差难以控制，对囊体气密性测试的精度影响很大，目前暂无可行的解决办法。由于以上原因，使得大尺寸飞艇囊体的地面气密性测试结果准确度不高，与实际飞行试验结果差异性较大，严重制约飞艇的发展和应用。

7、此外，目前大尺寸飞艇囊体的加工水平及材料制造水平日益提升，囊体的气体泄漏量很小，由于仪器误差、算法误差、体积误差等引入的误差总和已经超过了囊体泄漏导致的囊体内部气体质量的变化，甚至出现气密性试验过程中，囊体内部气体质量随试验进行逐渐增加的现象，所以需要加长试验时间，使囊体气体泄漏总质量随试验时间的增加而不断增大，而该时间一般在15天以上。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，进而提供一种适用于大尺寸浮空器囊体地面气密性性能评估的恒压差、低误差、高效测试方法。

2、本发明所采取的技术方案是：大尺寸飞艇囊体恒压差气密性高效测试方法，包括以下步骤：

3、s1.准备n个标准气囊；

4、s2.将标准气囊抽真空，并放置于飞艇囊体内部；

5、s3.飞艇囊体和标准气囊连接自动压控系统及自动记录系统，将飞艇囊体充压至气密性试验压差△p；

6、s4.利用自动压控系统实时监测飞艇囊体内外压差，当内外压差低于△p时，自动压控系统自行启动，向标准气囊内充气，使飞艇囊体内外压差回复到△p，直至试验结束；

7、s5.将标准气囊放气取出，并将标准气囊在外界充气至在飞艇囊体内部时的压差状态，通过体积测量手段进行测量；

8、s6.计算飞艇囊体气体泄漏质量和泄漏当量孔径；

9、s7.完成气密性试验，得到大尺寸飞艇囊体的气密性测试结果。

10、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

11、本发明通过在飞艇囊体内置n个小尺寸标准气囊的方式，将大尺寸飞艇囊体地面气密性测试转化为标准气囊体积相关的测试与计算，且飞艇囊体整个气密性测试过程均处于恒压状态，消除了大尺寸飞艇囊体压差测试误差和大气压压差高度方向梯度变化误差，将飞艇囊体由于不同压差作用下的体积变化引起的气密性测试误差降到了最低，且标准气囊位于飞艇囊体内部，消除了由于标准气囊的泄漏引起的测试误差，提升了大尺寸飞艇囊体地面气密性测试的精度，另外由于恒压差法的实施，缩短了气密性试验的周期(5小时以内完成实验)，提升了试验效率。

技术特征：

1.一种大尺寸飞艇囊体恒压差气密性高效测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的大尺寸飞艇囊体恒压差气密性高效测试方法，其特征在于：在夜间21:00-02:00时间段进行气密性试验。

3.根据权利要求1所述的大尺寸飞艇囊体恒压差气密性高效测试方法，其特征在于：所述s1中的标准气囊数量选择标准是，基于大尺寸飞艇制备过程中的蒙皮泄漏测试、焊缝泄漏测试及附属件泄漏测试结果，预估的气体泄漏量，初步评估标准气囊直径和数量。

4.根据权利要求1所述的大尺寸飞艇囊体恒压差气密性高效测试方法，其特征在于：所述s4的试验过程中，直到大气压差和温度较初始试验时刻的大气压差和温度偏差均＜1％时，试验完成。

5.根据权利要求4所述的大尺寸飞艇囊体恒压差气密性高效测试方法，其特征在于：所述s4中，飞艇囊体内外压差低于△p-5pa时，自动压控系统自行启动，对飞艇囊体内的标准气囊进行充气，至飞艇囊体内外压差达到△p+5pa。

6.根据权利要求1所述的大尺寸飞艇囊体恒压差气密性高效测试方法，其特征在于：所述s6中，采用气体泄漏质量公式计算飞艇囊体△t时间段内，压差为△p下的飞艇囊体气体泄漏质量和泄漏当量孔径：

技术总结
大尺寸飞艇囊体恒压差气密性高效测试方法，属于浮空器飞艇囊体地面测试技术领域。本发明通过在飞艇囊体内置N个小尺寸标准气囊的方式，将大尺寸飞艇囊体地面气密性测试转化为小体积的标准气囊体积的测量，且飞艇囊体整个气密性测试过程均处于恒压状态，消除了大尺寸飞艇囊体压差测试误差和大气压压差高度方向梯度变化误差，将飞艇囊体由于不同压差作用下的体积变化引起的气密性测试误差降到了最低，且标准气囊位于飞艇囊体内部，消除了由于标准气囊的泄漏引起的测试误差，提升了大尺寸飞艇囊体地面气密性测试的精度，另外由于恒压差法的实施，缩短了气密性试验的周期，提升了试验效率。

技术研发人员：林国昌,宋博,谭惠丰
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13