[發明專利]衛星電推進工質氙氣的充裝特性測試方法

無效

• 申請號: 201410334537.1
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104133039A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 喻新發;趙月帥;孫立臣;李曉麗;洪曉鵬;楊定魁;孟冬輝;閆榮鑫
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種衛星電推進系統氙氣的工質充裝特性測試的方法，特別是涉及基于burnnet法(等溫膨脹法)與定容法相結合的高精度衛星電推進工質氙氣充裝特性測試方法。

背景技術

衛星電推進系統工質為氙氣，由于氙氣分子量大、熔點高、沸點高及臨界點高等特殊的物理性質，電推進系統工質氙氣充氣加壓、發射場加注及在軌存儲使用等存在眾多未知因素，安全風險高，氙氣地面存儲、測試、加注及在軌存儲使用技術難度也較大，無相應的技術基礎及試驗數據。氙氣是一種單原子分子氣體，其原子序數為54，原子量為131.3，十分不活潑，不能燃燒，也不助燃。氙氣在常溫常壓下為無色透明氣體，純氙在常溫常壓下的密度為5.761kg/m³，是天然稀有氣體中分子量最大、密度最高的一個，大約是地球表面大氣密度的4.5倍。在標準大氣壓下，氙氣的熔點是-112℃，沸點是-108℃。氙的三相點為-112℃，81.6kPa。液態氙的密度在三相點處達到最大，為3.100g/cm³，固態氙的密度為3.640g/cm³。氙的臨界點為289.77K(16.6℃)，5.841MPa，氙氣在此壓力、溫度之上轉化為超臨界流體。氙氣的臨界密度約為1.091g/cm³到1.119±0.011g/cm³不等。氙氣在空氣中的含量為8.6×10^-8(86ppb)，具有9種同位素，因此，氙氣具有極其特殊的屬性。氙氣熱物理性質的研究可以追溯到1912年Patterson等的工作，至美國NIST的Gillis等在2004年對氙氣的臨界參數的展開測量，他們測量了氙氣的臨界參數、沸點及沸點下的蒸氣密度等性質，但測量的方法及參數較單一，且都處于單相區，而本方法主要關注氙氣的飽和蒸氣壓和pvT性質，涉及的區域包括單相區、兩相區、臨界區和超臨界區，建立氙氣在全區域范圍可用的充裝測試方法及數據庫，Burnett法是測量氙氣的飽和蒸氣壓和pvT性質的基礎，該方法在段遠源編著的《三氟碘甲烷和二氟甲烷的熱物理性質研究》(高等教育出版社)2.2.1“Burnett法原理”中詳細描述。

Burnett法測試裝置的原理圖如圖1所示，測試裝置的本體由兩個容器組成，主容器容積為V1，膨脹容器的容積V2，兩容器間通過小直徑管道由閥門連接，整個裝置處于同一恒溫環境下。在測試前將兩容器分別抽成真空，關閉兩容器之間的膨脹閥，向容器V1中充入工質，穩定后工質壓力為p₀，壓縮因子為Z₀，則有

Z₀＝p₀V₁/(n₀RT)???(2)

式1中，n₀為充注的摩爾數，T為熱力學溫度，R為通用氣體常數。打開膨脹閥，使氣體由容器V1向容器V2已抽真空)膨脹，待平衡后，關閉閥門，再次測量容器V1中工質的壓力為p₁，其后重復關閉膨脹閥、容器V2抽真空、打開膨脹閥、記錄新壓力值這一過程壓力和溫度，直至膨脹壓力足夠低。這樣就得到了一條等溫線上的一系列膨脹壓力值：p₀、p₁、p₂…p_r，其中p_r為第r次膨脹后的壓力，p_r-1/p_rp_r曲線和p_r曲線。當氣體壓力趨于零時，其壓縮因子趨近于1，容積常數N₀和充氣常數A分別可表示成如下的極限形式

N0=limpr→0pr-1pr---(3)]]>