為保證空間用FM08 系列熔斷器在規(guī)定的任務(wù)時(shí)間內(nèi)不因密封原因失效，必須制定合理的漏率指標(biāo)。本文從漏孔的氣流特性出發(fā)，研究并建立了FM08 系列熔斷器真空泄漏數(shù)值模型。在此基礎(chǔ)上，對允許漏率、氣體壓力等進(jìn)行了數(shù)值仿真分析，得出了不同任務(wù)周期下FM08 允許漏率指標(biāo)，該結(jié)果與NASA 研究結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了仿真模型的正確性。本文研究結(jié)果對航天工程確定FM08 系列熔斷器的密封性要求具有實(shí)際指導(dǎo)作用。

　　航天工程是一個(gè)高科技、高風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)工程，尤其是載人航天工程，國內(nèi)外都對其安全性可靠性要求非常高。FM08 系列熔斷器作為一種有效的、效費(fèi)比較高的安全性可靠性保證措施，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外各種航天器中，美軍專門制定標(biāo)準(zhǔn)對其各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行規(guī)定。隨著航天器電源系統(tǒng)水平的提高，使得供配電效率得以大幅提升，高電壓的供配電設(shè)計(jì)是未來航天器的發(fā)展趨勢。目前常規(guī)衛(wèi)星和一般航天器的供配電系統(tǒng)電源母線的電壓為28~50VDC，而國際空間站供配電一次母線電壓為160VDC，其它部分航天器的母線電壓采用100~135VDC。但是，作為安全性可靠性保證措施的FM08 系列熔斷器，當(dāng)內(nèi)部壓力過低且應(yīng)用于高電壓電路中時(shí)反而發(fā)生了不可靠事件，其失效模式為電弧放電。電弧放電將產(chǎn)生大電流過流狀態(tài)，熔絲激發(fā)金屬氣化并一直持續(xù)過流狀態(tài)，只有關(guān)閉電源才能停止此現(xiàn)象。電弧放電會導(dǎo)致已經(jīng)斷開的熔絲之間重新出現(xiàn)電連接，即應(yīng)該熔斷時(shí)不能斷，喪失了熔斷功能。

　　FM08 用于空間高電壓供電系統(tǒng)時(shí)，由于地球軌道的高真空環(huán)境，F(xiàn)M08 工作一段時(shí)間后內(nèi)部氣壓將低于某值，一旦此時(shí)發(fā)生熔斷，則在瞬間會形成電弧放電。發(fā)生電弧放電失效將帶來嚴(yán)重影響。持續(xù)放電輕則燒毀熔斷器封裝結(jié)構(gòu)以及附近的元器件；重則大電流過流造成電源母線的燒毀，導(dǎo)致航天器供配電系統(tǒng)故障，造成安全性事故。NASA 研究報(bào)告顯示，F(xiàn)M08 內(nèi)部氣體在高真空條件下會發(fā)生泄漏，大約一年后氣體幾乎耗盡，容易發(fā)生失效。為了解決此問題，美軍成功研制了FM12 系列熔斷器，但對于我國航天器研制，其價(jià)格昂貴并且采購渠道不暢。

　　我國十一五規(guī)劃中，計(jì)劃發(fā)射衛(wèi)星60~70 顆，對熔斷器的需求非常大，而新型熔斷器技術(shù)是一個(gè)比較難的瓶頸，需要較長研制周期才能突破。在此期間，為實(shí)現(xiàn)在航天器中安全可靠地使用FM08，需制定合理的漏率指標(biāo)以保證其在任務(wù)周期內(nèi)滿足內(nèi)部壓力要求。根據(jù)GJB548- 2005和MIL- STD- 883G 中的規(guī)定，當(dāng)前主要方法是根據(jù)元器件的體積來確定允許漏率，此方法由于未考慮不同元器件實(shí)際工作情況的差異，因此有待進(jìn)一步完善。

　　本文建立了空間真空環(huán)境下的FM08 內(nèi)部氣體泄漏模型，并進(jìn)行了數(shù)值仿真分析，得到了不同任務(wù)周期下對FM08 進(jìn)行檢漏篩選的允許漏率指標(biāo)，可為實(shí)際工程應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

1、FM08 真空泄漏模型

1.1、FM08 的物理模型和工作環(huán)境

　　FM08 系列熔斷器的物理模型如圖1 所示，其中密封空腔內(nèi)封裝的是氣壓為1.013×105 Pa的空氣，圖中P1 表示內(nèi)部氣體壓力，V 表示內(nèi)部空腔體積，P2 表示外部環(huán)境氣體壓力，T 表示腔體內(nèi)氣體溫度。為了表明泄漏的含義，圖中將泄漏等效漏孔尺寸比例放大示意。

圖1 FM08 熔斷器物理模型示意圖

　　裝有FM08 的航天器發(fā)射入軌后，工作在地球軌道的極低氣壓、高度真空的環(huán)境中。由于FM08 密封元器件存在內(nèi)外氣壓差，氣體將由腔體內(nèi)部通過漏孔泄漏到太空中。

3、結(jié)論

　　本文分析了空間采用FM08 的必要性以及影響其可靠性的主要因素，在FM08 物理模型的基礎(chǔ)上，基于均勻圓截面導(dǎo)管型漏孔假設(shè)，建立了FM08 系列熔斷器的真空泄漏模型，并對漏率、壓力等進(jìn)行了數(shù)值仿真分析。為保證熔斷器在高電壓條件下安全可靠的使用，在滿足FM08 許用壓力約束條件下，分析了不同任務(wù)周期條件下的允許漏率指標(biāo)，量級一般不小于10^{- 11} Pa·m3·s^{- 1}。該結(jié)果與NASA 指標(biāo)基本一致，驗(yàn)證了方法的有效性，對工程中確定高可靠、長壽命空間用FM08系列熔斷器的密封性要求有著一定的指導(dǎo)意義，且該方法對制定其它類似密封元器件的漏率指標(biāo)有一定的參考價(jià)值。