王志猛，康紅雷，張 振，王春炎，霍福帥，郭亞明

（1.北京航天動(dòng)力研究所，北京 100076；2.首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076）

0 引言

檢漏是航天產(chǎn)品研制過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，即使是微小的漏孔泄漏也可能造成航天器任務(wù)的失敗。由于泄漏而造成的航天器試驗(yàn)故障或發(fā)射失敗的例子比比皆是，在SA502 飛行中，土星V 運(yùn)載火箭在起飛695 s 后J-2 發(fā)動(dòng)機(jī)低溫管路發(fā)生泄漏，發(fā)動(dòng)機(jī)性能發(fā)生偏差，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)提前關(guān)機(jī)，造成阿波羅6 號(hào)無(wú)人飛船發(fā)射失敗。HM-7 發(fā)動(dòng)機(jī)在研制過(guò)程中，閥門(mén)上使用的聚酯樹(shù)脂唇形密封件在發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷中發(fā)生破裂，密封失效，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障。挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)更是因?yàn)橐粋€(gè)O 型密封圈失效，右側(cè)助推器后結(jié)合部靠近外貯箱的部位發(fā)生蒸發(fā)物泄漏，導(dǎo)致升空后不久發(fā)生爆炸解體。為保證航天產(chǎn)品工作可靠，必須對(duì)存在的漏孔或可能在航天產(chǎn)品工作時(shí)發(fā)生泄漏的部位采取措施。氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)具有檢漏靈敏度高、測(cè)量范圍廣、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用到各行業(yè)的泄漏檢測(cè)工作中,是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最先進(jìn)的一種泄漏檢測(cè)技術(shù)。低溫發(fā)動(dòng)機(jī)在零組件裝配、整機(jī)裝配及發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)后檢查測(cè)試等階段均需進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，若發(fā)現(xiàn)被檢位置漏率超標(biāo)，則需對(duì)漏率超標(biāo)部位進(jìn)行處理，避免低溫發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)發(fā)生泄漏事故。低溫發(fā)動(dòng)機(jī)采用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)進(jìn)行泄漏檢測(cè)的幾種常用方法。

1 氦質(zhì)譜檢漏原理

氦質(zhì)譜檢漏是以氦氣為示漏氣體，通過(guò)使用氦質(zhì)譜檢漏儀對(duì)被檢件進(jìn)行漏孔定位、漏率定量的檢測(cè)過(guò)程。氦質(zhì)譜檢漏儀的主要結(jié)構(gòu)為質(zhì)譜室，質(zhì)譜室由燈絲、離化室和離子加速極組成離子源，由外加均勻磁場(chǎng)構(gòu)成分析器，由出口縫隙和收集極構(gòu)成收集器，如圖1 所示。

圖1 氦質(zhì)譜檢漏儀質(zhì)譜室

在離化室內(nèi)，氣體分子被由燈絲發(fā)射的并具有一定能量的電子電離成離子，離子在電場(chǎng)作用下聚焦成束，并在加速電壓作用下（離子加速極），以一定的速度經(jīng)過(guò)離子加速極的縫隙進(jìn)入分析器。在分析器中，在與離子運(yùn)動(dòng)方向相垂直的均勻磁場(chǎng)作用下，具有一定速度的離子將按圓形軌道運(yùn)動(dòng)，其圓周偏轉(zhuǎn)半徑R為[1]：

式中，R為圓周偏轉(zhuǎn)半徑；B為磁場(chǎng)密度；U加為加速電壓；M為離子質(zhì)量；Z為離子所帶電荷。

從式（1）可知，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度和加速電壓一定時(shí)，離子束偏轉(zhuǎn)半徑取決于離子的質(zhì)荷比（M/Z），即當(dāng)B和U加為定值時(shí)，不同質(zhì)荷比的離子有不同的偏轉(zhuǎn)半徑，所以只有離子的偏轉(zhuǎn)半徑與分析器的幾何半徑相等且具有一定能量的離子束才能通過(guò)出口縫隙S2和抑制柵到達(dá)收集極D形成離子流，而其他質(zhì)荷比的離子束，則以不同于分析器幾何半徑的偏轉(zhuǎn)半徑而被分離掉。一般收集極收集到的離子電流很小，只有10-12～ 10-13A（氦離子流），需對(duì)此離子電流進(jìn)行放大顯示[2]。

氦氣因在空氣中的含量極小，本身為惰性氣體不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)荷比與兩側(cè)離子的質(zhì)荷比偏差較大等原因而被選做示漏氣體。進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏時(shí)，若被檢件存在泄漏，則示漏氣體氦氣會(huì)通過(guò)被檢件的漏孔進(jìn)入到氦質(zhì)譜檢漏儀的質(zhì)譜室內(nèi)，進(jìn)而被氦質(zhì)譜檢漏儀中的儀表反映出來(lái)，再將此反應(yīng)值與標(biāo)準(zhǔn)漏孔反應(yīng)值進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了漏孔定位、漏率定量的檢漏目的。

2 檢漏方法的選擇

一般可根據(jù)被檢件的工作狀態(tài)選擇檢漏方法，當(dāng)被檢件工作處于“真空”狀態(tài)時(shí)，可選用真空氦質(zhì)譜檢漏法進(jìn)行檢漏，當(dāng)被檢件工作狀處于“正壓”狀態(tài)時(shí)，可選用正壓氦質(zhì)譜檢漏法進(jìn)行檢漏。在選擇檢漏方法時(shí)，不要錯(cuò)用真空和正壓兩種檢漏方法，否則會(huì)對(duì)檢漏結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，因在進(jìn)行真空檢漏時(shí)，被檢件內(nèi)腔被抽真空，在大氣壓力的作用下，被檢件上的漏孔尺寸會(huì)縮小[3]，而在進(jìn)行正壓檢漏時(shí)，被檢件內(nèi)腔充正壓，在內(nèi)腔正壓的作用下，漏孔尺寸會(huì)被放大。所以需根據(jù)產(chǎn)品工作狀態(tài)來(lái)確定檢漏方法。

3 真空氦質(zhì)譜檢漏法

所謂真空氦質(zhì)譜檢漏是指：使用氦質(zhì)譜檢漏儀將被檢件抽真空（若被檢件容積較大，可同時(shí)使用輔助泵進(jìn)行抽真空，但在進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏操作時(shí)，應(yīng)關(guān)閉或減小輔助泵抽空閥門(mén)開(kāi)度），在被檢件外部施加氦氣，若被檢件存在漏孔，則氦氣會(huì)通過(guò)漏孔進(jìn)入到氦質(zhì)譜檢漏儀的質(zhì)譜室內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了漏孔的定位和定量檢測(cè)。

發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)工作時(shí)，因本身處于“正壓”狀態(tài)，所以發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)不進(jìn)行真空氦質(zhì)譜檢漏，但組成發(fā)動(dòng)機(jī)的部分組件在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)處于“真空”狀態(tài)（如搖擺軟管，本身為雙層結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由雙層結(jié)構(gòu)組成的夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)就會(huì)變成真空狀態(tài)），則必須對(duì)此組件進(jìn)行真空氦質(zhì)譜檢漏，以保證此結(jié)構(gòu)處于真空狀態(tài)時(shí)不會(huì)發(fā)生泄漏。常用的真空檢漏方法有噴吹法和氦罩法，檢漏原理如圖2 所示。

圖2 噴吹法（左）和氦罩法（右）檢漏原理

噴吹法和氦罩法都用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行真空氦質(zhì)譜檢漏，區(qū)別是，氦罩法用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行總漏率檢測(cè)，而噴吹法用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行單點(diǎn)漏率檢測(cè)。在實(shí)際生產(chǎn)中，先使用氦罩法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行總漏率檢測(cè)，若總漏率超標(biāo)，再使用噴吹法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行單點(diǎn)漏率檢測(cè)，查找泄漏位置，即氦罩法用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行漏率定量，而噴吹法用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行漏孔定位[4]。

以組成搖擺軟管內(nèi)層結(jié)構(gòu)的波紋管為例（因搖擺軟管工作時(shí)夾層結(jié)構(gòu)為真空狀態(tài)，則需對(duì)組成夾層結(jié)構(gòu)的波紋管進(jìn)行真空氦質(zhì)譜檢漏），介紹氦罩法的檢漏步驟及漏率計(jì)算方法（噴吹法檢漏步驟和計(jì)算方法與氦罩法類(lèi)似，不再贅述）。

波紋管結(jié)構(gòu)如圖3 所示，其主要成型工藝有：管坯鋼帶焊縱縫-3 層管坯鋼帶套合-漲型-氦質(zhì)譜檢漏。漲型后對(duì)波紋管進(jìn)行氦罩法檢漏，設(shè)計(jì)文件要求其總漏率不大于1 伊10-10Pa·m3/s。

圖3 波紋管結(jié)構(gòu)

對(duì)波紋管進(jìn)行氦罩法檢漏時(shí)，使用檢漏工裝和真空封泥密封波紋管，檢漏工裝上設(shè)有抽空管與檢漏儀連接，檢漏示意如圖4 所示。

圖4 波紋管氦罩法檢漏

檢漏步驟：

（1）將已知漏率為Qs的真空標(biāo)準(zhǔn)漏孔連接在氦質(zhì)譜檢漏儀抽真空管路末端，待示數(shù)穩(wěn)定后，讀取標(biāo)準(zhǔn)漏孔的反應(yīng)值Is，關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)漏孔閥門(mén)，待示數(shù)穩(wěn)定后，讀取檢漏系統(tǒng)的本底值I0和噪聲In。

（2）計(jì)算檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率Qemin，要求Qemin要比被檢件漏率要求值小1個(gè)數(shù)量級(jí)。

式中：In為本底噪聲值，mv；I0為系統(tǒng)本底值，mv；Is為標(biāo)準(zhǔn)漏孔反應(yīng)值，mv；Qs為標(biāo)準(zhǔn)漏孔標(biāo)定漏率值，Pam3/s。

系統(tǒng)有效最小可檢漏率滿(mǎn)足要求后繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)工作，若不滿(mǎn)足要求，則需對(duì)檢漏系統(tǒng)進(jìn)行檢查，直至系統(tǒng)有效最小可檢漏率滿(mǎn)足要求。

（3）將氦質(zhì)譜檢漏儀抽空管路連接波紋管檢漏工裝，對(duì)波紋管進(jìn)行抽真空檢漏，待氦質(zhì)譜檢漏儀示數(shù)穩(wěn)定后，讀取系統(tǒng)本底值I1。

（4）向柔性包封材料內(nèi)充入氦氣，待氦質(zhì)譜檢漏儀示數(shù)穩(wěn)定后，讀取被檢件反應(yīng)值；

（5）計(jì)算波紋管漏率Q：

式中：I1為系統(tǒng)本底值，mv；I2為被檢件反應(yīng)值，mv；D為氦氣濃度（使用柔性包封材料，充氦氣前，將包封材料內(nèi)空氣擠出，計(jì)算時(shí)氦氣濃度可取值100%）；Q為被檢件漏率值，Pa·m3/s。

在波紋管檢漏過(guò)程中，各記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 波紋管檢漏數(shù)據(jù)記錄值

已知真空標(biāo)準(zhǔn)漏孔標(biāo)定漏率值Qs為7 伊10-9Pa·m3/s，按式（2）計(jì)算檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率Qemin= 2.5 伊10-12Pa·m3/s，滿(mǎn)足比被檢件漏率要求值（1 伊10-10Pa·m3/s）小1個(gè)數(shù)量級(jí)的要求。按式（3）計(jì)算被檢件波紋管總漏率Q =2.25 伊10-11Pa·m3/s，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件要求。

注：標(biāo)準(zhǔn)QJ3089A《氦質(zhì)譜檢漏方法》要求進(jìn)行真空標(biāo)準(zhǔn)漏孔檢漏操作時(shí)，需將其安裝在被檢件上（檢漏儀的遠(yuǎn)端），但許多被檢件因結(jié)構(gòu)原因無(wú)法將標(biāo)準(zhǔn)漏孔安裝在標(biāo)準(zhǔn)漏孔上，所以實(shí)際在使用標(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行檢漏操作時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)漏孔直接安裝在檢漏儀抽空管路的末端（試驗(yàn)表明，針對(duì)小容腔被檢件，標(biāo)準(zhǔn)漏孔安裝在被檢件上和安裝在抽空管路末端與對(duì)檢漏結(jié)果影響較?。?。

4 正壓氦質(zhì)譜檢漏法

所謂正壓氦質(zhì)譜檢漏是指：在被檢件中，充入大于一個(gè)大氣壓的一定氦氣濃度的示漏氣體，使用氦質(zhì)譜檢漏儀，用吸槍在大氣環(huán)境條件下獲得示漏氦氣的方法。若被檢件存在漏孔，則氦氣會(huì)通過(guò)漏孔進(jìn)入到氦質(zhì)譜檢漏儀的質(zhì)譜室內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了漏孔的定位和定量檢測(cè)。

低溫發(fā)動(dòng)機(jī)連接結(jié)構(gòu)主要由法蘭連接結(jié)構(gòu)和球頭螺母-接管嘴連接結(jié)構(gòu)組成，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，因本身處于“正壓”狀態(tài)（如發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)腔有高壓液氫、液氧及氣氫等推進(jìn)劑），所以需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行正壓氦質(zhì)譜檢漏。低溫發(fā)動(dòng)機(jī)常用的正壓氦質(zhì)譜檢漏方法有直測(cè)法和包覆法，其檢漏原理如圖5 所示。

圖5 直測(cè)法（左）和包覆法（右）檢漏原理

直測(cè)法和包覆法都用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行正壓檢漏，區(qū)別是，直測(cè)法用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行單點(diǎn)漏率檢測(cè)，包覆法用于對(duì)某個(gè)接頭或焊縫進(jìn)行總漏率檢測(cè)。在實(shí)際生產(chǎn)中，直測(cè)法一般用于對(duì)漏孔進(jìn)行定位而不用于對(duì)漏孔進(jìn)行定量（被檢件泄漏出的微量氦氣，進(jìn)入到大氣中后立即消散[5]，吸槍無(wú)法將其全部吸收至質(zhì)譜室內(nèi)，所以測(cè)定的檢漏值不準(zhǔn)確），包覆法用于某個(gè)接頭進(jìn)行漏率定量。

下面以球頭螺母-接管嘴式連接接頭漏率測(cè)定為例，介紹包覆法的檢漏步驟和漏率計(jì)算方法（直測(cè)法檢漏步驟和漏率計(jì)算方法與包覆法類(lèi)似，不再贅述）。

4.1 正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔

正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔為在特定壓力、溫度和氣體條件下，已知漏率的一種裝置。通過(guò)正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔在氦質(zhì)譜檢漏儀上生產(chǎn)的信號(hào)值與被檢漏孔在同一檢漏儀上產(chǎn)生的信號(hào)值進(jìn)行比對(duì)，即可計(jì)算出被檢漏孔的漏率大小。正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔的使用要求為：正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔的使用壓力與正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔的校準(zhǔn)壓力一致，正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔內(nèi)的氦氣濃度與被檢件內(nèi)的氦氣濃度一致。正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔分為有氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔和無(wú)氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔，如圖6、圖7 所示。

圖7 有氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔

無(wú)氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔在使用時(shí)需連接充氣試驗(yàn)臺(tái)，由試驗(yàn)臺(tái)對(duì)正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔充入指定壓力和濃度的氦氣，因其輸出端結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，可同時(shí)用于直測(cè)法和包覆法比對(duì)定量。有氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔，本身自帶氣室和壓力表，通過(guò)充氣管嘴在氣室內(nèi)充入指定壓力和濃度的氦氣，因其輸出端結(jié)構(gòu)較短，不方便將其插入到比對(duì)裝置內(nèi)進(jìn)行比對(duì)定量，所以一般有氣室型正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔只用于進(jìn)行直測(cè)法比對(duì)定量。

4.2 包覆檢漏法

低溫發(fā)動(dòng)機(jī)上有大量球頭螺母-接管嘴式連接接頭（圖8），連接接頭工作時(shí)內(nèi)腔多為高壓推進(jìn)劑和高壓氣體。為保證連接接頭連接可靠，需對(duì)連接接頭進(jìn)行正壓包覆法檢漏，要求連接接頭在0.5 MPa 純氦下的漏率不大于5 伊10-6Pa·m3/s。以球頭螺母-接管嘴式連接接頭為例介紹氦罩法的檢漏步驟和漏率計(jì)算方法。

圖8 球頭螺母-接管嘴式連接接頭

檢漏步驟：

（1）制作連接接頭比對(duì)裝置：

發(fā)動(dòng)機(jī)上有大量不同規(guī)格的球頭螺母-接管嘴式連接接頭，在制作比對(duì)裝置時(shí)，每種規(guī)格連接接頭只需要制作1個(gè)比對(duì)裝置即可。取每種規(guī)格的球頭、螺母、接管嘴各1 件，按連接接頭裝配要求進(jìn)行裝配。

（2）用相同的包覆材料和包覆方法包覆發(fā)動(dòng)機(jī)上的連接接頭和用于比對(duì)的連接接頭，確保兩種接頭包覆空間容積一致。

（3）起動(dòng)氦質(zhì)譜檢漏儀，測(cè)定大氣環(huán)境下的本底值I0和噪聲In。

（4）將已知漏率為Qs的正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔（充入氦氣壓力與校準(zhǔn)壓力一致，氦氣濃度與發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)腔氦氣濃度一致）插入到比對(duì)裝置包覆空間內(nèi)，累積時(shí)間tmin（累積時(shí)間，可通過(guò)試驗(yàn)確定）后將吸槍插入到包覆空間內(nèi)，待示數(shù)穩(wěn)定后，讀取標(biāo)準(zhǔn)漏孔反應(yīng)值，記為Is。

（5）按式（2）計(jì)算檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率，并確認(rèn)檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率是否滿(mǎn)足要求。

（6）向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)腔充入壓力為0.5 MPa 純度為100%的氦氣。

（7）累積時(shí)間tmin 后，將吸槍插入到發(fā)動(dòng)機(jī)接頭包覆空間內(nèi)，待示數(shù)穩(wěn)定后，讀取被檢接頭反應(yīng)值，記為。

（8）計(jì)算連接接頭漏率Q：

在連接接頭檢漏過(guò)程中，各記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)連接接頭檢漏數(shù)據(jù)記錄值

已知正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔標(biāo)定漏率值Qs為1.5 伊10-6Pa·m3/s，按式（2）計(jì)算檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率Qemin=6.1 伊10-9Pa·m3/s，滿(mǎn)足比被檢件漏率要求值（5 伊10-6Pa·m3/s）小1個(gè)數(shù)量級(jí)的要求。按公式（4）計(jì)算被檢件連接接頭總漏率Q= 3 伊10-7Pa·m3/s，連接接頭漏率滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件要求。

5 低溫高壓工況漏孔漏率計(jì)算方法

低溫發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏時(shí)的溫度為環(huán)境溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)腔壓力為0.5 MPa，而低溫發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的內(nèi)腔最低溫度為20 K，最大工作壓力將近11 MPa，發(fā)動(dòng)機(jī)檢漏狀態(tài)與發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的溫度和壓力差異較大。因發(fā)動(dòng)機(jī)檢漏狀態(tài)和工作狀態(tài)差異較大，所以會(huì)出現(xiàn)“常溫不漏低溫漏、低壓不漏高壓漏”的情況[6,7]，所以對(duì)漏孔在低溫高壓下?tīng)顟B(tài)下的漏率計(jì)算方法進(jìn)行了研究，進(jìn)而計(jì)算出漏孔在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的漏率。漏孔在壓力和溫度的影響下是一個(gè)復(fù)雜的狀態(tài)，目前尚不能對(duì)溫度和壓力同時(shí)進(jìn)行研究，只能分別對(duì)壓力和溫度影響進(jìn)行研究，然后進(jìn)行綜合考慮[8]。

5.1 溫度變化對(duì)漏孔漏率的影響

溫度變化，漏孔尺寸熱脹冷縮并不是導(dǎo)致漏孔漏率發(fā)生變化的主要原因，導(dǎo)致漏孔漏率發(fā)生變化的主要原因是因?yàn)闇囟茸兓剐孤┑臍怏w的黏滯系數(shù)發(fā)生了變化，氣體黏滯系數(shù)發(fā)生變化后，致使漏孔漏率發(fā)生了變化。

氣體粘滯系數(shù)是有關(guān)溫度的變量，其與溫度間存在的關(guān)系為：

式中，濁T和濁0分別表示氣體在溫度T和T0時(shí)的粘滯系數(shù)，C為肖節(jié)輪特常數(shù)，琢為與氣體有關(guān)的常數(shù)。

對(duì)于漏孔來(lái)說(shuō)，當(dāng)漏孔漏率大于10-6Pa·m3/s 時(shí)，一般可認(rèn)為漏孔內(nèi)的氣體狀態(tài)為粘滯流狀態(tài)[9]。假設(shè)漏孔為長(zhǎng)圓柱理想狀態(tài)的漏孔，其長(zhǎng)度為l，半徑為R0，漏孔出口端和入口端壓力分別為P1和P2。根據(jù)泊稷葉定律，體積流速S與壓強(qiáng)差、管子半徑、和漏孔內(nèi)氣體粘滯系數(shù)之間的關(guān)系為：

則氣體的流量（氣體通過(guò)漏孔的漏率）為：

在進(jìn)行漏孔氦質(zhì)譜檢漏時(shí)，漏孔出口與氦質(zhì)譜檢漏儀相連，當(dāng)吸槍在漏孔處停留時(shí)，漏孔處的壓力P1越0[10]（或因漏孔出口壓力值相比漏孔入口壓力值太小，可以將其忽略不計(jì)）。假設(shè)將漏孔從常溫溫度環(huán)境放置到低溫溫度TD的低溫液體中，待漏孔溫度平衡達(dá)到TD時(shí)，漏孔在溫度為T(mén)D時(shí)的漏率與漏孔在溫度為T(mén)C時(shí)的漏率之比為：

將式（5）帶入到公式（8）中，得到：

從式（9）中可知，漏孔漏率與漏孔處溫度成反比例關(guān)系，即溫度越低，漏率越大。

假設(shè)一漏孔，在20 益常溫環(huán)境下其漏率Q1為1 伊10-6Pa·m3/s，則此漏孔在20 K 溫度下的漏率Q2，其中TC越293 K，TD=20 K，琢=0.64[11]，經(jīng)過(guò)計(jì)算Q2= 5.6 伊10-6Pa·m3/s，即當(dāng)漏孔所處環(huán)境溫度為20 K 時(shí)，漏孔針對(duì)氦氣的漏率是5.6 伊10-6Pa·m3/s。

注：本節(jié)計(jì)算時(shí)僅考慮了溫度變化對(duì)漏孔漏率的影響，未考慮壓力變化對(duì)漏孔漏率的影響。

5.2 壓力變化對(duì)漏孔漏率的影響

影響漏孔漏率的因素有很多，如漏孔尺寸的大小，漏孔兩端的壓差、示漏氣體種類(lèi)及環(huán)境溫度等，當(dāng)漏孔尺寸、環(huán)境溫度及示漏氣體種類(lèi)確定后，影響漏孔漏率的最大因素就是漏孔兩端的壓力差。一般對(duì)低溫發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行正壓氦質(zhì)譜檢漏時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)漏孔內(nèi)的氣體多為粘滯流狀態(tài)，此時(shí)漏孔的漏率與漏孔兩端的壓力的平方差成正比。

假設(shè)低溫發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行正壓氦質(zhì)譜檢漏時(shí)，漏孔兩端的壓力分別為P1（高壓端）和P2（低壓端），漏孔漏率為Q，低溫發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，漏孔兩端的壓力分別為P3（高壓端）和P4（低壓端）。低溫發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，漏孔漏率Q1的計(jì)算方法為：

低溫發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏時(shí)，均使用氦氣作為示漏氣體，而低溫發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)腔的介質(zhì)將會(huì)變成氫氣或氧氣等，為準(zhǔn)確計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)介質(zhì)的漏率，需將漏孔對(duì)氦氣的漏率轉(zhuǎn)換成漏孔對(duì)相應(yīng)漏孔的漏率。設(shè)Q和Q1仍為漏孔在檢漏壓力下和發(fā)動(dòng)機(jī)工作壓力下的漏孔漏率，漏孔對(duì)某種介質(zhì)的漏率為Q2，則Q2的計(jì)算方法為：

式中：濁1 為氦氣的粘滯系數(shù)；濁2 為某種介質(zhì)的粘滯系數(shù)。

注院本節(jié)計(jì)算時(shí)僅考慮了壓力變化對(duì)漏孔漏率的影響袁未考慮溫度變化對(duì)漏孔漏率的影響遙

6 結(jié)語(yǔ)

幾種低溫發(fā)動(dòng)機(jī)常用的氦質(zhì)譜檢漏方法，對(duì)檢漏原理、檢漏步驟和漏率計(jì)算進(jìn)行了舉例。針對(duì)低溫發(fā)動(dòng)機(jī)“低溫高壓”的工作特點(diǎn)，對(duì)溫度變化和壓力變化對(duì)漏孔漏率的影響進(jìn)行了研究，并給出了漏孔漏率關(guān)于溫度和壓力的計(jì)算式。