一种贮箱容积及膜片翻转状态测试方法、装置与流程

本发明属于贮箱制造，涉及一种贮箱容积测量方法，用于贮箱有效容积测量并判断贮箱膜片的翻转情况，也可用于其他领域贮箱类产品的有效容积测量。

背景技术：

1、贮箱作为航天动力系统的主要压力容器，用于液体介质(如推进剂等)的贮存，承载一定的压力，实现压力供给等功能，其性能的优劣直接影响了航天器的使用寿命和可靠性。根据结构和工作原理的不同，贮箱主要分为表面张力贮箱、膜片式贮箱、胶囊式贮箱、膜盒式贮箱等，而不论哪种贮箱，壳体作为主要承力件，其结构和性能都直接影响了贮箱的性能。

2、由于贮箱结构的特殊性，国内外研究者在结构上投入和关注度较多，由于膜片贮箱的可重复使用和良好性能，因此更多关注点在金属膜片贮箱的设计上，要求有良好的延展性、耐用性和轻薄性；膜片主要采用有色金属中的钛合金、铝合金等轻金属材料研制而成。贮箱金属膜片和壳体制造已成为贮箱研制的主攻方向。在机械加工和制造领域，因推进剂的特殊属性，企业重要关注点在于贮箱产品的强度设计、低温性能、焊接产品质量与防热性能等等，在贮箱有效容积测试和如何判断贮箱膜片翻转情况方面关注度较少。

3、以下列举了三篇与贮箱容积测量相关的现有技术：

4、申请号为cn201510064006.x的专利文献公开了一种5m级贮箱容积标定装备和方法，在测量贮箱容积前对流量计进行标定，提高容积标定精度；该贮箱容积测量装置从标准件方面进行考虑，提高了流量计的计量精度，加注推进剂等液体时，测量更加精确；但是该装置并不能在加注前测量贮箱有效容积，且并不能判定贮箱膜片等翻转情况，只单纯提高了流量计的计量精度，测量加注液体更加精确。

5、申请号为cn202010296337.7的专利文献公开了运载火箭贮箱容积测量数据判定分析方法、系统及介质，产品选择模块选择待判定分析的产品种类，数据输入模块将测量到的容积输入至软件中，数据计算模块利用计算机将输入的数据转换为所需的v15℃标准容积，包络判定模块通过软件自带数据库对测量数据是否超包络进行判定等；该装置利用计算机上应用软件进行测量分析，有一定的局限性和单一性，过于依靠电子产品软件，不一定得出准确无误的结果；且装置是将预知的贮箱容积输入软件，通过软件数据库进行对比，获得相关参考数据，并不能实时测量贮箱容积，更不能作为贮箱膜片是否翻转的判断依据。

6、申请号为cn202011398530.8的专利文献公开了一种贮箱测定小车及使用方法。该测试方法只能测试无贮箱膜片的贮箱，测试方法为：在贮箱表面粘贴温度传感器，称量贮箱加注前重量g1，加满纯水后，称量加注后重量g2，得到v1＝g2-g1/ρ；重复该方法得到管路截止阀前容积为v01，截止阀后容积为v02；打开一号截止阀，对贮箱充气，记录压力稳定后p1和t1；打开二号截止阀，对贮箱充气，记录压力稳定后p2和t2；贮箱容积v2：

7、v2＝v1(p1t2/p2t1)-1)+(p1t2/p2t1×v01)-v02；该测试方法不仅受贮箱类型和加注介质局限，而且要通过传感器的修正，给结果造成不必要的偏差影响；且该方法加入了纯水，须洁净度检测和烘干，增加了总体工作时间，也增加测试测试成本，更不能判断膜片贮箱的膜片翻转情况。

8、在实际工作中，因总体设计有各零部组件重量、载重、产品质量和加注时间要求，所以设计人员必须要计算零部组件的总体重量且保证产品质量。其中，贮箱组件总体重量＝贮箱组件重量+推进剂重量。贮箱组件在总体装配完成后，才能进行推进剂加注，还需考虑操作空间、设备或技术能否满足贮箱有效容积测量，以及是否满足总体时间要求，并判断贮箱膜片的翻转情况。

9、基于上述原因，需要提供简便有效的贮箱容积测试方法及装置，能有效测量贮箱有效容积和判断贮箱膜片是否翻转，能及时为工作人员计算贮箱组件重量提供有效数据，及时判断贮箱产品内部膜片翻转情况，从侧面证明或说明了该贮箱膜片有无翻转，从而为总体工作节约时间成本，节约生产、检测成本，保证产品质量及后续工作顺利开展。因此，对于贮箱有效容积测量和判断膜片翻转情况研究尤其重要。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种贮箱容积及膜片翻转状态测试方法、装置，能够快速准确的、低成本的、一次性测量出贮箱的有效容积，并且能够判断其膜片的翻转状态是否正常。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种贮箱容积及膜片翻转状态测试装置，包括：

4、贮箱组件，所述贮箱组件为一个空腔球体，空腔球体表面设置有与空腔连通的进气接口和排气接口；

5、进气管路，所述进气管路的进气端与气源连接，进气管路的排气端与贮箱组件的进气接口连通，且进气管路上设置有截止阀和压力表；

6、排气管路，所述排气管路的进气端与贮箱组件的排气接口连通，排气管路的排气端与待测试贮箱的液腔进口连通。

7、需要说明的是，贮箱组件的形状不限制于球体，也可以选择其它形状，但要确保贮箱组件的容积与待测试贮箱的有效容积接近，因此为了方便，一般选择与待测试贮箱外形一致的形状，容易获得相近的容积。

8、作为一种选择，贮箱容积及膜片翻转状态测试装置还包括：

9、支架，所述支架的内部形成了贮箱组件的安装空间；

10、第一管路组件和第二管路组件，所述第二管路组件的第一端与贮箱组件的排气接口连通，第二端与截止阀的入口连接，所述第一管路组件的第一端与截止阀的出口连接，第二端连接在支架上作为与待测试贮箱的液腔进口连接的排气端；

11、第三管路组件和第四管路组件，所述第三管路组件的第一端与贮箱组件的进气接口连通，第二端与截止阀的入口连接，所述第四管路组件的第一端连接在支架上作为与气源连接的进气端，第二端与压力表连接，第三端与截止阀的出口连接。

12、作为一种选择，所述贮箱组件包括两个半球壳体，两个半球壳体通过焊接形成了空腔球体，空腔球体上安装有吊耳，贮箱组件通过吊耳安装在支架内。

13、作为一种选择，

14、所述第一管路组件与支架连接的第二端设置有直通接头；

15、所述第二管路组件的第一端通过直通接头与贮箱组件的排气接口连通；

16、所述第四管路组件与支架连接的第一端设置有直通接头；

17、所述第三管路组件的第一端通过直通接头与贮箱组件的进气接口连通。

18、作为一种选择，

19、所述支架包括多根水平和竖直布置的钢管，以及安装在支架顶面的面板，所述压力表和截止阀位于面板上方，所述贮箱组件位于面板下方。

20、一种贮箱容积及膜片翻转状态测试方法，采用前述的测试装置，且包括：

21、将进气管路的进气端与气源连接，将排气管路的排气端与待测试贮箱的液腔进口连通，打开气源，打开进气管路和排气管路的截止阀，当贮箱组件的进气接口和排气接口压力值平衡后，读取进气管路上压力表的数值，并按照下述公式计算待测试贮箱液腔与贮箱组件压力平衡后的理论压力值p2和待测试贮箱液腔容积计算值vzx′：

22、p2＝vzx/(vgz+vzx)·p1；

23、vzx′＝vzx·p2′/p2；

24、上述公式中，p1为待测试贮箱液腔压力，vzx为待测试贮箱液腔容积，以出厂测试数据为准，vgz为贮箱组件容积(本发明中为球体的内腔容积)，p2′为压力表实测值；

25、以待测试贮箱液腔容积计算值vzx′作为待测试贮箱的容积；

26、比较待测试贮箱液腔与贮箱组件压力平衡后的理论压力值p2与压力表实测值p2′，如果二者的偏差值在预设偏差范围内，则待测试贮箱有效容积满足设计要求且膜片未出现异常翻转，则待测试贮箱有效容积满足设计要求且膜片未出现异常翻转。

27、进一步，如果待测试贮箱液腔与贮箱组件压力平衡后的理论压力值p2与压力表实测值p2′的比值大于等于98.5％且小于等于101.5％，则待测试贮箱有效容积满足设计要求且膜片未出现异常翻转。

28、进一步，作为附加判断，比较待测试贮箱液腔容积计算值vzx′与待测试贮箱液腔容积vzx，当待测试贮箱液腔容积计算值vzx′与待测试贮箱液腔容积vzx的比值偏差落入预设偏差范围内，则待测试贮箱有效容积满足设计要求且膜片未出现异常翻转。偏差范围取值与p2和p2′的偏差范围一致，即大于等于98.5％且小于等于101.5％，则待测试贮箱有效容积满足设计要求且膜片未出现异常翻转。

29、进一步，所述贮箱组件的内腔表面在测试前需进行酸洗处理，酸洗处理后吹干。

30、作为一种选择，所述气源为氮气源。

31、与现有技术相比，通过本发明的贮箱容积测试方法和装置可有效测量贮箱容积并判断贮箱膜片的翻转情况。本发明测试装置上的压力表可快速测量贮箱平衡后压力，并通过计算理论压力值，从而计算贮箱有效容积，将贮箱有效容积与出厂设计容积进行对比，可知道实际贮箱的容积是否符合设计要求和判断贮箱膜片翻转情况。本发明的测试方法原理简单，测试装置加工容易，维护成本低，操作方便，节约生产制造和检测成本，可满足大多数贮箱容积测量要求。

32、本发明的测试方法和测试装置具有以下特点：

33、1、本发明的贮箱容积测试方法将贮箱组件的排气端接口与待测试的贮箱液腔接口进行连接，并缓慢通入氮气；观察贮箱组件进气口和出气口压力值(等价于待测试贮箱液腔压力与贮箱组件中球体内腔压力平衡，进气口压力值由进气管路的压力表读取，而出口压力值通过待测试贮箱液腔安装的压力表读取)，压力值平衡后，记录平衡后压力值，按照公式并计算贮箱在该平衡压力下理论压力值p2，将该平衡压力下理论压力值p2与实测值p2′进行比较，偏差不大于1.5％说明贮箱容积满足设计要求，证明贮箱膜片未出现异常翻转。本发明的测试方法既测量出了贮箱有效容积，又判断了膜片为异常翻转，测量方法简单可行，不用通入纯水或重复通入气体，减少产品的测试次数，保证产品质量。

34、2、本发明的贮箱容积测试装置主要骨架由一定数量的不锈钢钢管焊接而成，外加贮箱组件、管路组件与铝合金平板(平板选择材料质量较轻的铝合金)，均采用减重设计，很大程度上较少了该装置的重量，方便人工搬运和运输。

35、3、本发明的测试方法不仅可以测量并计算贮箱液腔容积，还可以从侧面表明贮箱膜片未异常翻转。不仅保证了产品的质量可靠性，而且为后续工作节约了时间成本，节约了生产制造和检测成本。

36、综上，本发明的贮箱测试方法原理可靠，工艺装置结构简单合理，操作简单，运输方便，维护成本低，节约制造与使用成本，可以测量大多数的贮箱容积，并判断贮箱膜片的翻转情况，及时为设计人员提供数据，从而有利于后续工作的顺利开展。