摘要
针对推进剂管路加热带缠绕工艺流程复杂、工艺参数不定量的问题开展试验研究，结合工程实践经验，采用试验矩阵方法研究获取绝缘膜包覆状态、涂胶厚度以及气泡对加热效果的影响。结果表明，内绝缘膜无交叠缠绕、外绝缘膜间隙缠绕、利用专用刮胶板控制涂胶厚度约0.2 mm等工艺方法可以减少气泡的产生，有效提升加热带对管路的加热效果，满足产品质量要求，该试验结论可为后续管路加热带缠绕及其他加热片安装提供参考。
航天器热控技术一般可分为主动和被动两类，其中电加热是目前最常用的主动热控技
管路加热带是航天器热控系统的重要组成部分，但其安装工艺较为复杂，要求较高，操作难度大，实施不合格容易导致在轨飞行时加热带对管路加热效果不好，严重时导致动力系统不能正常工作，甚至影响任务成败。国内外对加热带具体缠绕工艺介绍较少，DAVID
管路安装用的加热
图1 推进剂管路加热带及安装方式
Fig.1 Propellant-line heater and installation method
管路加热带安装流程如
图2 加热带安装流程
Fig.2 Installation procedure of heater
（1）加热带外观检查：加热带外观应平整、无皱折，绝缘层无损坏、无翘裂。
（2）加热带阻值测量：测量记录加热带的回路阻值和绝缘阻值。
（3）安装面清洁：用蘸有酒精的白绸布对加热带和管路安装表面进行清洁，擦去油污等多余物。
（4）工艺带预安装：使用工艺带对管路进行预安装，尽量保持缠绕间隙均匀。
（5）内绝缘膜粘贴：采用聚酰亚胺胶带沿管路无间隙紧密缠绕一层。
（6）GD414涂抹：在加热带和管路表面内绝缘膜上均匀地涂覆室温硫化硅橡胶GD414。
（7）加热带缠绕粘贴：将加热带均匀紧密缠绕在管路上。
（8）加热带阻值再测量：再次测量记录加热带的回路阻值和绝缘阻值。
（9）常温固化：加热带缠绕粘贴完成后常温固化24 h。
（10）外绝缘膜粘贴：在已缠好的加热带上再绕一层聚酰亚胺胶带。
根据加热带在管路安装的工艺过程，并结合实际操作，存在以下困难和疑惑：
（1）为了确保加热带与管路之间绝缘，内绝缘膜沿管路紧密缠绕粘贴，实施时容易交叠，也容易产生气泡；
（2）加热带和管路表面内绝缘膜上涂抹GD414时，胶的厚度不好控制，为了确保加热带与管路牢固安装，往往涂胶较厚；
（3）加热带沿管路螺旋形缠绕，安装过程中易产生气泡；
（4）涂胶过厚和气泡的存在对加热效果是否影响显著；
（5）为便于加热带缠绕过程中气泡泄出，外绝缘膜间隙缠绕是否有利于提升加热效果。
为了探索管路加热带缠绕过程中气泡产生和涂胶厚度对加热效果影响，开展理论分析。缠绕加热带的管路换热如
图3 管路换热示意图
Fig.3 Schematic diagram of heat exchange around pipeline
由于多层具有良好的保温隔热作用，不考虑加热带通过多层与空间进行热交换的传热量，则管路上缠绕加热带的加热功率可表示为：
| (1) |
式中，是材料平均热导率，是管路长度，是管路表面温度，是加热带表面温度，是管路外径，是管路采用硅橡胶粘贴加热带后的外径。
忽略聚酰亚胺薄膜的厚度，可表示如下：
| (2) |
式中，是涂胶厚度。
对
| (3) |
式中，是加热带与管路的接触面积。
进一步得到管路表面温度为：
| (4) |
根据
针对管路加热带安装工艺存在的难点，同时，进一步验证气泡存在和涂胶厚度对加热效果的影响，采用试验矩阵方法开展真空热试验。试验实施方案先选定一组加热带缠绕工艺参数（
| 因素 | 水平 | |
|---|---|---|
| 1 | 2 | |
| A 内绝缘膜交叠情况 | 不交叠 | 1/4交叠 |
| B 加热带涂硅橡胶厚度 | 较薄一层 | 较厚一层 |
| C 管路涂硅橡胶厚度 | 较薄一层 | 较厚一层 |
| D 加热带缠绕后气泡量 | 无气泡 | 有气泡 |
| E 外绝缘膜包覆情况 | 全面包覆 | 间隙包覆 |
管路 序号 | 加热带安装 工艺顺 | 管路 序号 | 加热带安装 工艺顺 |
|---|---|---|---|
| case1 | A1→B1→C1→D1→E1 | case4 | A1→B1→C2→D1→E1 |
| case2 | A2→B1→C1→D1→E1 | case5 | A1→B1→C1→D2→E1 |
| case3 | A1→B2→C1→D1→E1 | case6 | A2→B1→C1→D1→E2 |
注： 1）基线工艺流程。
加热带控温阈值设置为11~14 ℃，定义升温时间为管路温度从控温下限上升到控温上限所需时间。用升温时间作为加热带加热效果的评价参数，在相同加热功率前提下，升温时间越短，加热效果越好，反之亦然。试验件在空间模拟室内放置如
图4 试验件在空间模拟室的放置状态
Fig.4 State of pipeline being placed in the vacuum tank
内绝缘膜缠绕分为无交叠（case1）和1/4交叠（case2）两种状态（
图5 内绝缘膜包覆状态
Fig.5 Wrapping status of interior film
图6 内绝缘膜包覆对加热效果影响
Fig.6 Effect of interior insulation film on pipeline heating
在加热带和管路表面内绝缘膜上涂覆GD414胶时，胶的厚度不好控制，可能存在加热带涂胶较厚（case3）或管路涂胶较厚（case4）；通过采用专用刮胶板对加热带和管路涂胶，使得两者表面胶覆盖率100%，且涂胶厚度控制在肉眼可见管路表面内绝缘膜底色和加热带底色（厚度约0.2 mm），如
图7 涂胶状态
Fig.7 Status of glue
图8 涂胶过厚导致气泡二次产生
Fig.8 Excessive glue results in the reproduction of air bubble
两种涂胶较厚状态分别对比基线工艺流程（case1）的加热效果影响结果如
图9 涂胶厚度对加热效果的影响
Fig.9 Effect of glue thickness on pipeline heating
加热带安装流程中内绝缘膜粘贴、加热带缠绕粘贴和外绝缘膜粘贴步骤容易产生气泡（
图10 有气泡状态的加热带
Fig.10 Existing air bubble in heater
图11 气泡对加热效果的影响
Fig.11 Effect air bubble on pipeline heating
外绝缘膜缠绕有全面包覆（case1）和间隙包覆（case6）两种状态（
图12 外绝缘膜包覆状态
Fig.12 Wrapping status of exterior insulation flim
图13 外绝缘膜包覆对加热效果的影响
Fig.13 Effect of exterior insulation film on pipeline heating
根据航天器管路加热带安装工艺过程中的操作难点，采用试验矩阵方法开展真空热试验研究，得到以下结论：
（1）内绝缘膜无交叠缠绕和外绝缘膜间隙缠绕，均有利于加热带内部封闭气体有效排出，减少气泡产生，可以提升加热效果；
（2）加热带或管路涂胶过厚一方面增大了加热带与管路之间的接触热阻，另一方面容易导致局部区域气泡二次产生，使得加热带对管路的加热效果变差，因此，需要严格控制涂胶厚度在肉眼可见管路表面绝缘膜底色和加热带底色（厚度约0.2 mm）；
（3）加热带安装过程中产生的气泡以及涂胶过厚导致的二次气泡，在真空环境下进行压力释放，使得加热带与管路脱开，造成局部悬空，影响加热带对管路加热效果，严重时导致加不上热，管路温度呈持续下降现象，这也是地面测试时加热带加热效果正常而在轨飞行时加热效果不佳的原因。因此，加热带安装过程中应尽量减少气泡产生，如有气泡需扎泡处理。
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