Комплекс методик оперативного контроля состава газовой среды в криогенных системах объектов ракетно-космической техники

• Автор: Хмельщиков, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 05.07.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 177 с. : ил.

Содержание:

Глава 1. Анализ состояния работ в области оперативного контроля газовой среда в криогенных топливных системах

1.1. Обзор существующих методов газового контроля в криогенных

системах

1.2. Сравнительный анализ эффективности используемых методов газового

контроля

1.3. Постановка научной задачи и методическая схема ее решения

Глава 2. Теоретический анализ физических процессов, используемых

при оперативном контроле газовых сред

2.1. Эмиссионный спектральный анализ в задаче определения примеси

азота и кислорода в гелии

2.1.1. Определение малых концентраций азота в гелии
2.1.2. Определение малых концентраций кислорода в гелии
2.1.3. Особенности определения сложных смесей азота и кислорода в гелии
2.2. Физико-химические основы методов обнаружения утечек водорода и
кислорода
2.2.1. Методики оперативного определения концентрации водорода
2.2.2. Методика оперативного определения концентрации кислорода
Глава 3. Экспериментальное обоснование принципов оперативного
контроля газовых сред в криогенных топливных системах
3.1. Описание экспериментальной установки и методик проведения
экспериментальных исследований
3.2. Экспериментальное обоснование и оптимизация методики контроля
малых концентраций кислорода и азота в гелии
3.3. Экспериментальное обоснование использования методов и
аппаратуры контроля утечек водорода и кислорода в криогенных топливных системах
4. Экспериментальные и теоретические результаты обоснования методик оперативного контроля газовых сред
4.1. Методика оперативного контроля малых примесей азота и кислорода
в гелии
4.2. Приборно-аппаратурная реализация методики оперативного контроля
малых примесей азота и кислорода в гелии
4.2.1. Разработка газоанализатора азота ГАЗ
4.2.2. Разработка газоанализатора азота и кислорода Г АЗ

4.2.3. Применение приборов ГАЗ при подготовке РКТ на стендах предприятия и космодроме «Шрихарикота»
4.3. Методики определения концентраций водорода и кислорода при
утечках в криогенных системах
4.4. Аппаратная реализация методик контроля утечек кислорода и водорода в криогенных системах
4.4.1. Разработка и испытания макета системы контроля утечек кислорода
и водорода для испытаний РКТ
4.4.2. Испытания сенсора кислорода
Заключение
Литература
Приложения

Широкое использование и продолжающееся внедрение криогенных компонентов ракетного топлива, в первую очередь жидкого водорода и кислорода, в практику создания и эксплуатации объектов ракетно-космической техники (ракеты-носители, разгонные блоки, межорбитальные буксиры) ставят целый ряд специфических задач, связанных с высокочувствительным оперативным газовым контролем компонентов топлива и рабочих тел на содержание малых концентраций примесей различной природы. Особую значимость эти задачи приобретают в процессе подготовки и применения по целевому назначению ракетно-космической техники, использующей в жидкостных ракетных двигательных установках (ЖРДУ) в качестве горючего жидкий водород.
Жидкий водород, в отличие от других компонентов топлива, имеет экстремально низкую температуру кипения и обладает аномально широким диапазоном концентраций, образующих взрывоопасные смеси с кислородом и воздухом. В связи с этим весьма актуальной является задача оперативного и высокоточного определения не только утечек водорода, но и качественного состава гелия, применяемого для подготовки водородных систем. При этом в качестве определяемых в гелии примесей наибольшее значение имеют кислород и азот, как следы воздуха.
Традиционно для контроля чистоты гелия при работе с изделиями ракетно-космической техники используется хроматографический метод.
К недостаткам метода относится длительность процесса анализа, что не позволяет в оперативном режиме контролировать процессы газозамещения в полостях изделий. Сложность подготовки и работы хроматографической аппаратуры вызывает необходимость дублирования газоаналитических работ при ответственных измерениях. В настоящее время отсутствуют методики и аппаратура, обеспечивающие высокочувствительное и оперативное измерение малых примесей азота и кислорода в гелии.
Несколько иная ситуация сложилась в области контроля утечек водорода. Существует широкий спектр сенсоров водорода, использующих в своей основе различные физические принципы. Несмотря на это, системы контроля утечек водорода, применяемые в отечественной и зарубежной ракетной технике не в полной мере отвечают современным требованиям, в первую очередь, по показателям оперативности и взрывобезопасности проводимого анализа. Для многих сенсоров имеются ограничения на присутствие других газов - кислорода и гелия, а также ограничения на максимальную концентрацию водорода. Указанные особенности применяемых методов измерения концентрации водорода не позволяют использовать их для оперативного - с задержкой не более одной секунды -взрывобезопасного контроля утечек водорода в среде азота или воздуха с переменным составом по кислороду и гелию.
В этой связи исследования и разработки методов и методик, . направленных на парирование указанных выше недостатков, представляются

Рис.2.