硅橡胶密封圈的力学性能会随着工作时间的增加而发生退化,本文首先初步分析硅橡胶的热氧老化机理,然后对硅橡胶材料在热氧加速老化试验前后的特性参数进行分析对比,并借助非线性有限元分析软件ABAQUS对由该种材料制成的O形圈老化前后的最大接触应力等力学参数进行分析计算,最后讨论了这些参数变化对结构密封效果的影响。本文的研究结果可为长寿命密封圈设计提供参考。

对于有密封要求的航天器而言,O形密封圈在其中起到了至关重要的作用。文章首先对一种典型的法兰-O形密封圈结构进行合理的简化建模,然后利用有限元分析软件ABAQUS计算了特定压缩率下O形圈的力学性能参数,并讨论了摩擦系数、安装方式、法兰间隙、内压、温差等因素对密封性能的影响,对航天器密封接口的设计具有现实的指导意义。

载人航天器对密封性能要求极为严苛,密封结构的泄漏特性与温度相关。本文研究了一种典型的硅橡胶密封结构的泄漏方式,通过对低温下橡胶材料的透气性能的测试,结果表明:从50℃下降到5℃时、气体通过材料的渗透量降低约一个数量级。本文还通过实测材料在低温下的应力-应变关系、低温下材料的收缩特性,借助ABAQUS分析软件建立了该结构的压缩状态的有限元模型,得到了低温下密封应力变化情况,并据此计算了界面泄漏结果:低温下,密封结构的界面泄漏量略有所增大。本文研究的某典型橡胶密封结构在低温下的气体渗透泄漏和界面泄漏的量化数据,为产品在低温下的使用可靠性评估打下基础,也为类似结构设计提供参考。

简要论述了充气密封舱相对于金属密封舱的技术优势,通过分析国外充气密封舱的技术发展,结合我国充气密封舱发展现状,提炼了高效折叠展开技术、低漏率密封技术、长寿命承压设计技术和全柔性防护设计技术等四项关键技术,阐述了关键技术研究成果。上述充气密封舱结构关键技术已基本突破,经验证,充气密封舱折叠效率大于4、气密性低于0.05 kg/天,承压层结构蠕变寿命满足使用要求,柔性防护结构可抵御空间碎片的撞击,各项指标满足载人密封舱的要求,可以作为我国载人充气密封舱的工程应用的技术基础。

针对未来空间站扩展舱体和月球基地建造对大型密封舱的需求,分析中国空间站平台资源和充气密封舱的技术特点,提出了载人充气密封舱系统设计方案。分别研制了3种不同功能和构型的充气密封舱,基于货运飞船分步骤上行进行飞行试验验证。各飞行方案既相互独立又逐步递进,技术风险低,不会影响空间站主任务开展。利用ABAQUS软件对充气密封舱进行仿真,结果表明:折叠状态下的充气密封舱刚度和强度可满足飞行器上行要求,在轨充气展开后,舱体结构基频随充气压力上升而增大,柔性结构强度可承受在轨内外压差。

载人航天器密封结构有低漏率、高可靠、长寿命等要求。文章对载人航天器中的穿舱法兰、舱门、阀门等密封结构及其典型的失效模式进行了分析。对于静密封,针对压缩量过大导致橡胶密封圈加速老化和低温下导致橡胶密封圈接触应力降低的原因进行了剖析;对于动密封,分析了剪切应力过大导致橡胶密封件疲劳磨损、长期静置导致粘附和密封槽设置不合理导致局部压缩量不足等现象。通过对失效机理的分析,结合改进措施的仿真分析验证和试验验证效果,提出了各类典型结构部位、在不同使用条件下的密封设计规范。