飞行器管路异质界面损伤超声导波传播机理仿真分析

孙海亮，陆浩然，陈海鹏，廖传军，武园浩

(1.北京宇航系统工程研究所，北京 100076;2.中国运载火箭技术研究院，北京 100076)

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航天发射具有高投入、高风险特性。进入21世纪，包括美国在内的航天强国均把最大限度降低运载成本作为重要目标。近期低轨互联网星座发射需求呈爆炸式增长，迫切需要研究能多次使用的航天飞行器[1]。2013年年底，美国国防高级研究计划局正式发布“试验性太空飞机”(XS-1)项目的广泛机构公告，启动可重复使用太空飞机的方案研究。XS-1每次的发射费用低于500万美元，约为米诺陶4火箭的1/10。在重复使用飞行器众多关键技术与挑战中，健康管理和全面维护技术对改进运载飞行器安全性、可靠性、维修性和可操作性具有极其重要的影响。

输送管路是航天飞行器增压输送系统的关键产品，它的功能是使推进剂在不夹杂气体的情况下以一定的压力和流量从贮箱流向发动机。增压输送系统在运载器飞行过程中主要经历温度和振动环境变化，运载器返回地面后，对增压输送系统希望在不拆卸的情况下进行检测，判断是否出现失效、损伤，并判断损伤的严重程度，最终决定能否用于重复发射。作为运送推进剂的基本结构，长距离压力管道在增压输送系统中占有很大比重，并且由于受到飞行中温度和振动变化的影响，易产生周向焊缝裂纹损伤，因而是地面检测的重点部件。

增压输送系统管路的典型材料为奥氏体不锈钢，由于输送的推进剂中包含多种低温物质，如液氢(20 K)、液氧(88 K)、甲烷(173 K)等，管道的外表面包覆有厚20～30 mm由聚氨酯泡沫构成的绝热层。……