一种用于对月球样品自动密封锁紧的设计

我国探月三期工程关键任务之一是在无人状态下采集月球样品并返回地球,并且能够维持月球样品原态,保证地面数据分析的准确性。针对我国月球采样任务的特点,并通过借鉴国外的成功经验,文章设计了一种密封结构和锁紧机构能够对月球样品进行自动密封。该设计能够实现对月球样品极低漏率的真空密封,并能够经受预示的力学环境条件后依然保持样品容器的漏率。通过地面试验验证,达到预期目标,满足我国月球采样任务的需要。     

月球样品密封封装装置

嫦娥五号的核心任务是采集月球样品并返回地面,月球样品密封封装装置是嫦娥五号的核心装置之一,是唯一盛装钻取及表取月球样品并自动密封、携带"原汁原味"月球样品返回地面的装置。密封装置的成败决定了探月三期任务的成败。承担了国内首次地外天体样品无人自动密封任务。设计的首套无人自动月球样品密封系统,主要由密封装置(主体框架、密封容器组件、盖体组件、开合机构组件)和控制单元组成,镂空的主体框架上分布着用于转移的棘齿和导向柱,采用钛合金和铝合金保证了结构强度和刚度,最大限度地减轻了重量,如图1所示。     

高真空密封技术的工艺研究

探索月球、火星及其他行星时,采用软金属铟银合金进行高真空密封成为采样密封的最佳选择。高真空密封技术的工艺具有易实现、高适应、高密封的特点。通过工艺试验解决密封材料的成分比例、刀口的构型和加工精度、刀口的刃入深度等关键技术,达到了航天应用的技术要求,能够适应恶劣的高真空、高辐射、高低温等空间环境。     

真空测试计量技术及其航天应用

真空测试计量技术是确保载人航天、探月工程、北斗导航等重大航天工程顺利实施的重要基础。围绕计量发展和航天发展建设对真空测试计量提出的新任务、新要求,真空测试计量发展在深度、广度及维度上表现出强劲的态势。近年来,围绕国家重大战略需求,瞄准真空测试计量技术核心科学问题,开展了面向航天应用的真空测试计量原始创新研究,实现了由真空中性气体测试计量向空间电推进真空等离子体测试、卫星充放电真空模拟测试、真空环境下空间计量等交叉领域的拓展,并在月球样品采样、飞船交会对接、空间守时原子钟研制、卫星平台升级换代、卫星安全防护等应用中发挥了至关重要的作用。     

月球样品封装装置金属密封结构的参数计算

嫦娥五号探测器的月球样品封装装置采用了一种金属密封技术,嫦娥五号也证明了这种密封技术的正确性,但这种金属密封的参数是通过大量的实验得到的,为此,本文通过对大量实验数据的分析,为这种金属密封结构提出了一种计算方法和相应的参数模型,计算值和实验测试结果的误差不大于5%,该算法符合了设计偏差的要求。研究成果对嫦娥五号月球样品封装技术应用的推广具有重要的参考价值。     

月球样品充氮保护密封技术的研究

我国进行月球探测的核心目标之一就是采集样品返回地球,并保证样品不受污染,密封技术就成为月球探测的关键技术之一。本文对调研到的国外地外星体采样封装技术进行分析比较,提出了一种采用样月球样品充氮保护密封技术,并通过理论计算分析了充氮保护密封技术的可行性,设计充氮保护密封试验,试验结果表明:充氮保护密封技术能够有效地保护月球样品,防止地球大气污染月球样品。     

月球样品地面转移过程中防污染措施研究

月球样品密封封装装置在返回地面后进行解封、样品转移、样品存储、样品制备、样品分析等过程中,如果样品暴露于大气环境中将与大气反应。基于样品保护及防污染的需求,系统地介绍了在月球样品地面转移过程中采取的污染防护措施。同时,提出密封封装装置地面解封和分样设备的设计构想,分析计算污染防护设备的主要环境指标。     

便于插拔的真空密封圈快速压紧器的设计

为了满足某些真空装备的快速密封和便于插拔的要求,本文设计了一种便于插拔的真空密封圈快速压紧器。采用组合式梯形密封槽的结构并优化了密封槽的设计参数,确定了压紧凸轮的尺寸和排布方式。对密封压紧器进行有限元分析,结果显示密封圈压紧后接触应力远大于介质压力,凸轮能均匀地压紧密封圈。对用该压紧器压紧的真空腔体进行真空检漏测试,结果表明用真空腔体漏率低于允许漏率,符合设计要求。     

一种地外天体样品真空密封结构

国外已开展多次地外天体采样返回任务,我国首次对外星体采样返回任务—嫦娥五号探测器即将实现地外天体样品的采集及返回,可靠的样品密封技术是维持地外天体样品原态,保证地面数据分析准确性的关键。设计了一种以铟银合金—钛合金刀口为主密封、橡胶圈辅助密封的真空密封方案用于地外天体样品密封。并通过地面环境试验验证,结果表明该方案密封漏率优于5×10~(-9)Pa·m~3·s~(-1),能够实现地外天体样品高纯密封,防止地外天体样品被污染。     

月球样品解封操作台

2020年12月17日,嫦娥五号顺利返回,带回了无人采集的月球样品。月球样品非常珍稀,其价值无法估量。有研究表明,月球样品对地球大气环境中的水和氧等特别敏感,一旦暴露于地球大气,将与之发生物理或化学反应,使样品失去原有的特性。如何保证在无污染的条件下实现月球样品密封封装装置的解封,使样品的分析结果能反映原始的状况是探月工程三期嫦娥五号任务的关键问题之一,也是亟待解决的工程问题。因此,必须开展月球样品解封装置的研制工作。     

微波传输系统真空法兰密封结构设计特点

为了提高微波传输系统最大输出功率,将波导管内维持真空状态,真空度达到或优于10-5Pa时,通过功率可提高几个数量级。但真空波导法兰密封结构设计是关键,对应不同的条件有不同的要求。首先,在橡胶密封圈的波导法兰上设计抗流结构,利用“等效电路”、“短路”和高频电流波节等相互关系,使法兰机械设计和制造工艺满足微波功率输出的要求;其次,金属密封垫片法兰根据方波导管高频电流分布的特点,采用法兰方波导宽边良好的电接触与真空密封结构分开设计的方式;再次,另一种在金属密封垫片法兰上加工一个与方波导管内壁一致的方形刀口,在螺栓力作用下刀口与密封圈四周挤压接触,既达到真空密封,又满足良好的电接触,设计、加工、装配简单。这三种法兰都不影响波导管电磁能量的传播,但真空密封性能、机械设计、加工等方面存在差异。     

月球样品存储装置设计

月球样品存储装置主要用于对月球样品进行保存、观察分析等工作。存储装置内部直接放置月球样品,为月球样品提供高纯氮气环境,保证样品不受地球环境污染。为确保存储装置内的水、氧指标满足要求,存储区和外部净化系统之间需建立动态气体循环,而存储装置内部气流扰动会对样品操作产生影响。本文给出了月球样品存储装置组成及三维结构,建立了存储区分析计算的模型,利用Tetra/Mixed法建立了四面体网格,对比计算了不同氮气循环接口布局对内部流场的影响,计算结果表明,下进下出接口可有效降低内部流场扰动。研制的月球样品存储装置内部环境水、氧指标均优于0.1×10~(-6),满足月样存储要求。     

流体储运装备真空测量装置设计与试验验证

目的 对新型流体储运装备真空测量装置的设计和试验进行系统研究，解决传统装置存在的量程不足、残留气体内漏等问题，验证装置漏率在环境试验中的变化，同时开展批量安装及真空测量应用。方法 运用FEM对新型真空测量装置的受力进行分析；采用氦质谱仪泄漏检测技术对环境试验前后的新型真空测量装置以及传统样品的漏率进行对比测试。结果 新型真空测量装置的初始漏率达到10-10Pa·m3/s；经过环境试验后新型真空测量装置的漏率未发生明显变化，传统装置的漏率在环境试验后明显上升。结论 新型真空测量装置所采用的热电偶&热阴极复合真空规，实现了流体储运装备夹层的真空度全量程测量，并满足易燃介质储运过程中的电气防爆要求。所增加的补抽真空结构可以有效防止真空测量装置的残留气体内漏。所采用的“CF法兰+无氧铜”密封结构具有很好环境适应性和较低的真空泄漏风险，同时也首次通过试验验证了真空测量装置的漏率在环境试验过程中的变化。     

制备铝基复合基板真空室的结构设计

铝基复合基板是一种大功率模块芯片理想的散热基板,在非真空环境下高温热压制备容易出现氧化腐蚀等问题,造成基板致密度不高,无法满足芯片匹配要求,设计了一种供在真空热电挤压下制备铝基复合基板的真空室。通过对真空室形状大小的确定、材料的选择、壁厚的计算,设计完成满足制备基板工艺的真空室结构以及静、动态密封结构。通过ANSYS有限元分析软件对真空室结构进行计算机仿真,分析其最大应力应变处,满足真空室基本强度刚性要求,从而为真空热电挤压制备铝基复合基板创造了一个密封、稳定的真空制备环境。     

强发射电流铁电阴极真空二极管试验装置的研制

铁电阴极材料,作为一种新型功能材料,因其发射电流密度高且对使用环境无苛刻要求,而得到各国高度重视.为了测试其电流发射密度,作者研制了铁电阴极真空二极管试验装置,并加以改进,然后将锆钛酸铅(PZT)铁电材料封装入二极管中,进行电子发射试验研究.结果表明,所研制的真空二极管,其真空度达到了试验要求,屏蔽了地电流信号对样品信号的干扰,达到了强电流铁电阴极材料发射电流密度测试的基本要求,为铁电阴极材料在真空二极管中的实用化奠定了基础.     

狭窄唇边双吸口式真空吸取器设计

对于直径和单边宽度较小且质量相对较大的狭窄圆环形工件,按常规吸口设计的真空吸取器吸附力及密封性能无法满足吸取工件的要求。本文基于真空原理,针对狭窄圆环形且质量相对较大的工件设计了一种具有狭窄唇边双吸口式真空吸取器,并就该结构真空吸取器的吸附力及密封性能进行了检测试验。试验结果表明,该真空吸取器具有较强的吸附能力和良好的密封性能,安全可靠、操作简便,有较高的应用价值。     

第十讲：真空密封

5 动密封连接(上接2001年第1期52页) 把运动传递到真空容器中所需要的密封连接称为动密封连接。各种真空设备中的动密封连接实例很多,如各种真空阀门的开启和关闭;真空熔炼炉、真空热处理炉的送料、拉锭、浇注等机构的传动;真空镀膜设备工件架的转动等。 真空动密封连接结构与工作在常压下的密封结构有所不同。这种密封除了要求其结构本身有足够的强度、寿命和合理的外形尺寸等外,针对真空特点,它还必须保证密封的可靠性。即动密封连接在长期工作中必须保证外界环境不向真空容器内漏气或使漏气维持在设计要求的范围之内。     

超高真空法兰金属密封方法

随着粒子加速器技术、航天技术的发展,对于真空的要求越来越高,进而发展而来了多种超高真空密封形式,以适应不同的工作环境。本文着重介绍当前主要应用于超高真空的金属密封方法。     

制冷机做冷源的低温热导率测量装置研制

设计研制了1套以4.2 K制冷机为冷源的低温热导率快速测量装置.该装置采用可拆卸的具有独立真空环境的样品测试杆,使得样品测试部件与低温冷源部件分离,从而实现不破坏制冷机冷源真空环境及制冷机不复温的情况下快速更换样品.高真空绝热恒温样品杆通过高导热柔性热桥与制冷机冷头良好热耦合.热导率测试采用稳态绝热纵向热流法.除快速测...     

热电材料塞贝克系数测试仪研制

为避免热电材料在高温测试过程中被氧化,基于塞贝克效应(Seebeck effect)设计一种在真空高温环境下测试热电材料Seebeck系数的新型装置。装置主要包括真空系统、样品支架系统和控制总成3部分。该新型装置成本低廉,易于操作,其应用不但可以有效防止高温环境中样品测试的氧化现象,而且可以在高温真空环境下准确、快速地测量样品的Seebeck系数。