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1、再入回收卫星橡胶密封件皮逢春赞前言本文通过对橡胶材料,密封结构 和密封形式 的选择试验,以及 对星体上 重要典型 密封件的地 面模拟试验,确定了仪器舱大舱门空间曲面 密封,物像机玻璃窗口密封,暗道分离 面 密封,电磁阀安装口密封,余压阀及 其安装口密封等部位的 密封形 式和密封 材料。经三颗卫 星的实际飞行试验表 明:本文所确定的 密封材料和 密封形式 经发射运行和再入返回大地等各种考验 后,气密 系统性 能良好,所 拍像片清晰,.密封件满足 设计 使用要求。为今后空间飞行器密封 设计 提供了一些参考数据。本文最 后提 出了研制 中存在问 题及今后改 进意见。卫 星上 采用 的SDL一1一4
2、3硅 密封剂配方和涂敷工艺研 究 由70 3所 二室 承担。密封件和密封技术研制是在所 内外 许 多单位的协助下完成的。其中有五O 一部、五O 八所、五二O所、五 一一 站、五二 九厂、北京橡胶六厂、吉林化工研究所和 七O三所二、六室的有关工 人、技术人员,在此表示 感谢!表1技术要求(1) 整星密封要求初始工 作压 力:0.5大 气压最小工作压力:五天运 行后不低于0.1大气压。(2) 轨道运 行段工 作条件:温度:一100十1 0Q交变周 期不大于9 0 分钟真空度:1xio一 “(千)一lxlo一“(千) 宇宙辐照:电子:能谱:0一ZM.v积 分通量:10合个/厘米,质子:能谱:6.8旅
3、v、。一23Mev积 分通量:l。玉。个/厘米2二、密封材料的选择一、技术要求卫星密封件就是在卫星轨道运 行 中保证仪 器舱、暗 道、回收片盒系统内的压 力维持在一 定范 围 内。从而保 证卫星的正常工 作。其技术要 求见表ll、2。.参加人:荣钟汇、冯小荣、徐忠信根据卫星环境对密封件提出 的技术要求( 主要 是高真空,辐 照,土100的交 变)国外在同类 卫星 及宇宙飞船 中都大量采 用硅橡胶 作为密封材料。如“水星”、“双 子星座”飞船采用 硅橡胶 圈二,阿波罗8号压力容器 窗口玻 璃密封 采用R Tv一5 6。硅橡胶作密封剂“q根据我国现有生产和技 术水平,我们选用了甲苯基 硅 橡胶和R
4、TV一S O L一1一43密封 剂作为密封材料。同时选用天然橡胶。丁腊橡胶,聚氨醋橡胶在真空、辐 照、温度三个方面进行对比试验。如 表2和表3所示。口、?从表2和表3数据可知:甲苯基硅橡胶和RTvsDL一l一4 3 硅密封剂是 能 全面 满足九种橡胶材料真空辐照前后 力学性能73 1一3连RTV硅橡胶1 1 7 65 2 769 1 0 2甲苯基 硅 橡胶S DL一i一4 3硅 密封剂I天 然橡胶j丁腊 一261聚氨醋HA一lnn尸O八曰。一b1土勺扯 断强度(公斤/厘米2)相对伸长率(拓 )永久变形( 拓 )硬度( 邵 氏A)粘结力(公 斤/厘 米“)8:2:17 41.28 12 0 07
5、4015.45322 25 2 612.4682642 764.88 4LFe一LF04 7.3 L F。一K,(磨光 )27.7L F。一K。(未磨)30原始.的l. e s.e s. e se s!f八O.QUg峨o .d、.了、J Z扯断强度(公 斤一/ 厘 米2)、,了、,了、,护、 刀了形厂A辐1相对伸长率照永久变形硬度粘结力(召卜 氏8 425248 O241 080.848LF。二L Fo46.1 LF一K,(磨光 LF。一K:(未磨1 6880017.26 62 2 86 4 41 4.06 82 7 238 03.28 0公斤/厘米辐照条件:电子:能 谱IMe v,积分通量5
6、x1 01 1个/厘 米“,在S r“”。Y“蜕变 中进 行质子:能谱6.SMe v,积 分通量sx1o个/厘米2,在 质子回旋 加速 中进行真空度 1X10一5壬表3几种橡胶材料脆性温度性能材必,刁 日 石毛 性群类731一3连RTV硅橡胶甲苯基硅橡 胶ISDL一1一4 3 胶脆性温度一12 0不断一1 20不 断1 1 1 17 6 6 65 2 76 6 6天天 然橡胶胶丁睛 一2 6 6 6上述 要 求的较 好密 封材料。R T vSDL一1一4 3胶 作为 密封 剂其配方和涂敷工 艺等详见文献23。理 论和经验表明“、“:甲苯基硅 橡 胶的分子量、苯基含量对材料 的工艺性特别是耐寒性
7、有明显影 响,如 表4所 示“。试 验数据 表明:分子量在79.4万,苯遨含量在5.8克分子厂的甲苯基 硅橡胶不但 其耐寒性能工 艺性能 好,而且密封件探索 试验的气密性也 好。为此,把上述分子 量和苯基含量作为对生 胶的技术 要 求。硅橡胶 密封件所用6376一1和6376一2硅橡 胶胶料及其压制 工艺等详见文献2 4。三、密封结构和密封 形式的选择为 保证卫 星拍照像片 清晰,对 密封提 出了严格的要 求。由于卫星上 仪器较 多,为了方便操 作不得不 使用较多的密封件,一 因而对 每个密封环 节的要 求更 高。但 分析 其特点,不 外表4甲苯基硅橡胶成分对耐寒性、工艺性的影响5 5 59一
8、1 1 15 9一2 2 27 1 1一21 1 17 1 1一2 2 2 27 12一21 1 1712一22 2 27023一3 3 3 5 08一1 1 17 1 1,6 1 1 17 7 7 05.9 9 97 11一2 2 2712一2 2 270 2 3一3 3 3 508一1 1 17 1一11一6 6 6生生生分 子量(万 ) ) )5 9.了了53.7 7 78 2.04 4 479.4 4 439 9 979.4 4 4胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶胶成成成苯基 含量量l,7 7 74.8 9 9
9、 95.86 6 62.1 1 13.5 5 54.69 9 9 分分分克分子(形) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) 乙乙乙烯 基 含量量0.11 7 7 70.108 8 80.31 1 10.174 4 40.1 66 6 60.08 8 8 克克克分子(形) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )挥挥挥发 份份0.6 7 7 70.54 4 40.3 3 3 30.8 05 5 50.72 2 20.12 2 2工工工混炼性性差差一 般般差差一般般好好好好好好一般般好好好好 艺艺艺挤出性性, 刀刀/ , , / / /, / / /, / / /
10、/差差, , , , , 性性性性性性性性性性性性性性2 2 20%一1000.0 0 0D.18 8 80.1 5 5 50.18 8 80.31 1 10.16 6 6一0.015 5 50.1 8 8 80.19 9 90.21 1 1压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压压 缩缩缩一800.5 5 5 5 5 5一0.0 1 1 1 1 10.36 6 6 6 6 耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐耐 寒寒寒一700.72 2 2 2 20.7
11、 9 9 9 9 90.4 9 9 9 9 9 系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系 数数数一400.8 4 4 4 4 40.8 8 8 8 8 80.76 6 6 6 6辐辐气气一90漏漏漏漏漏漏漏漏好好好漏漏漏好好好 照照 密密6大气压压压压压压压压压压压压 后后 性性性性性性性性性性性性性 澎蘸甲黝黔 应急扬。网、川犷加哪.那涎右淘功用图1国外舱门密 封形式乎两种结构:空间曲面密封和平 面法兰密封。(1) 空 间曲面密封这种 密封的典型代表就是 大舱门。它的尺寸大 (密封长度 为4 8 07.3毫 米。曲面 曲率
12、是9 2。,这 就给密封 带 来了极大的困难。也是密封研 究者到目前为 止所碰到的第一个尺寸特大、结构 特殊的 密封件。作 为卫 星、飞船的舱门密封,国外进行了大量工作盛、”,其结构如 图1所 示。采用充气密封 带、“O”型密封圈、“凹”密封圈和“凹”型 密封圈加 涂室温固化硅橡胶等密 封形式,在l:4仪 器 舱进行对比选择试验。试验示 意 图见图2,试验结果 见表5t12 试验结果表明,其气密性 能优劣的顺序为:凹型 密封圈加 涂RTv。凹型 密封件,“O”型 密封圈、充 气密封带。由于 凹型密封圈密封 结构 复杂,加工困难。故在实际的1:1仪器舱大 舱门中密封是 采用“O”型密封圈加 涂R
13、TV二道密封形 式。A诫结约图。型密封圈凹型蜜封圈枷时管时营 夹水州件压力扛川阱毗愿=不舷。六生二,._刃森. 飞.丽获硕藉画书(熟电!禺八4仃口般大般了试验客。二二二二二醚万万靛靛靛靛靛靛靛靛/ / / / / / / 卜、真低温试马全本章图图21:4仪器舱大舱门选择试验示 意图表5i:4仪器舱大舱门密封结构 选择试验结果密封形式 与 状 态1、充气密封带2.0型 密封圈3.凹型密封圈4.凹型 密封圈加涂RTV5., /6_, ,舱内压力 (毫米 汞柱)时 间 (小时 )泄漏量 P(毫米汞柱)常温2 40二,19自9J.l一.J一85令一9 0常温、2 0 05 3 3/280536/3 0
14、 2420/22076 03803 8 0苏25 22 342 00不漏63(2) 平面法兰密封根据大 量使用经验,“O”环 结 构简单,工作可靠,拆卸方 便,广泛使用于各种密封系 统。除在个别异型法兰中,如物 像机窗口,星像机窗口等采用 异型 密封件外,其他都采 用“O”环。经探索试验 证 明:甲苯基硅橡胶O型密封圈在一10 0时密封 性能良好1,。四、地面模拟试验为了确保 密封 的可靠 性,选择五个重要和典型的密封部位 进行地面模 拟 试验。试验分别在KM,、KM3热真空罐 中进行。现 着重叙述 三个密封件的试验情况。(1) 暗道分离面密封1“,它的特点 是用四个爆炸 螺栓紧固。拧紧力矩
15、是0.6公 斤一米。二个螺钉 孔 中心 距离是1 50毫米。其试验示意图和试验结果如图3和 表6所示。试验 数据说明:甲笨基硅橡胶“6”型密封 圈是能 满足设 计要 求的。(2) 物像机玻璃窗口密封1 、1“,密封件及其结构图如图4所示。它是密封KS光学玻 璃。要求力矩不大于0.2公斤-米。超过0.2公斤一米力矩 时,KS玻璃分辨力 下降,像片不清晰。在力矩只有0.2公斤一米时,保证橡 胶 密封件的可靠密封性是很困难的。为确 保密封的可靠性,必需采用硅橡胶密封件加涂室温 固化硅橡胶密封剂。密封结 构如 图4,试验结 果如表了。试验证 明:由于拧紧力 矩 是0.2公斤-米,二道密 封形式才能满足
16、设 计要 求。(3)1:1仪器舱大舱门密封【1.、17、18试验 结果如 表8所示。试验数据说明:仪器 舱 门密封需 要“O”型 密封圈加涂 室温 固化硅橡胶密封剂二道密封形 式才能满足设计要 求。另下节图 d二乡. 4母门,2卜卜卜、 叼叼一,夹具图结钓图图3暗道 分离面 密封试验 示 意图表6序暗道 分离面密封模拟试验 结果压力时间 密封形式和状态温度“O”型密封件贮存七个半月 后一39室温(毫米汞 柱)2 7 0/2 897了 0.5/76 7.5(小时)泄泄漏量量泄漏率率 P(毫米 汞柱) ) )(毫米 汞柱) ) ) 升升升/秒秒2 2 2.9X1 0一吞吞1 1 1.6X10一 6 6 6允许泄漏率 (毫米汞柱)升/秒4X10一肠序口万一12吸吸归曰曰曰嘴-一为兮兮r 另另为为十屯屯州州华华华华华华华华华华华华华华华华华华华华广广广- 一一一
