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“撐得住、點(diǎn)得著、分得開”——細(xì)數(shù)長征五號助推器的技術(shù)創(chuàng)新

2016年11月04日 07:35   來源:新華社   

  新華社上海11月3日電 題:“撐得住、點(diǎn)得著、分得開”——細(xì)數(shù)長征五號助推器的技術(shù)創(chuàng)新

  新華社記者張建松

  3日晚間,4個(gè)直徑3.35米的助推器,穩(wěn)穩(wěn)托舉起直徑5米的長征五號,直沖云霄。

  作為我國首個(gè)采用助推器支撐的捆綁火箭,長征五號的4個(gè)助推器是目前國內(nèi)最大的低溫液體助推器,為全箭提供豎立狀態(tài)支撐和助推飛行階段90%的推力及姿態(tài)控制,是長征五號起飛的主要?jiǎng)恿χ础?/p>

  “撐得住、點(diǎn)得著、分得開”,這是2006年10月中國航天科技集團(tuán)公司上海航天技術(shù)研究院立項(xiàng)時(shí),對長征五號的4個(gè)助推器提出的三大要求。

  “撐得住”,是指長征五號加注完成后,4個(gè)助推器要承擔(dān)全箭860多噸的重量。同時(shí),每個(gè)助推器安裝2臺(tái)120噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī),起飛段也主要依靠助推器8臺(tái)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。

  “點(diǎn)得著”,是指助推器的增壓輸送系統(tǒng),能夠創(chuàng)造滿足液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的條件,并在飛行中提供穩(wěn)定的推力。

  “分得開”,是指助推器推進(jìn)劑耗盡后,芯級與助推器之間的前后捆綁連接結(jié)構(gòu),能夠可靠解鎖,實(shí)現(xiàn)助推器與芯級的安全分離。

  為實(shí)現(xiàn)這三大要求,除控制系統(tǒng)外,長征五號的4個(gè)助推器需“五臟俱全”,相當(dāng)于一枚單級運(yùn)載火箭。研制規(guī)模與難度,非同一般。

  在長達(dá)10年的研制歷程中,上海航天技術(shù)研究院先后突破了低溫POGO分析和抑制技術(shù)、偏置集中力設(shè)計(jì)分析與試驗(yàn)技術(shù)、氦加溫增壓技術(shù)、尾部防熱技術(shù)等14項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

  為滿足“撐得住”的高要求,助推器采用了斜頭錐和前捆綁主傳力結(jié)構(gòu)。在飛行過程中,助推發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力,通過頭錐上的前捆綁點(diǎn)傳遞給芯級,在頭錐不足0.1平方米前捆綁點(diǎn)處,需要承受300多噸的偏置集中力載荷。

  為此,研制團(tuán)隊(duì)專門為頭錐“量身定制”了一款專屬的“梁式”承載偏置集中力構(gòu)型。用3000多個(gè)零件鉚接而成斜頭錐,而錐體與芯級的前捆綁點(diǎn)軸承支座,則采用了一體化設(shè)計(jì),用1噸多重的高硬度鋼材,在數(shù)控機(jī)床上加工到100多公斤,有效保證了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

  增壓輸送系統(tǒng)是連接推進(jìn)劑貯箱與發(fā)動(dòng)機(jī)的紐帶。助推器上每個(gè)120噸大推力液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī),其產(chǎn)生的最高壓強(qiáng)達(dá)500個(gè)大氣壓。針對長征五號個(gè)頭大、動(dòng)力強(qiáng)、發(fā)動(dòng)機(jī)入口壓力高等要求,研制團(tuán)隊(duì)采用了全新的液氧箱大流量氦氣加溫增壓方案。

  同時(shí),為保證火箭的推力,還采用了全冗余閉式增壓控制、高壓大吸力電磁閥、高減壓比減壓器、雙觸點(diǎn)壓力信號器等一系列新技術(shù),都是上海航天技術(shù)研究院在運(yùn)載火箭首次進(jìn)行工程應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)的升級換代。

  針對海南文昌發(fā)射場的氣候特點(diǎn),研制團(tuán)隊(duì)對箭體各艙段對接面、艙段開口處、連接開口處等進(jìn)行密封處理,對電連接器等進(jìn)行了48小時(shí)浸泡試驗(yàn),確保萬無一失。

  在長征五號助推器的研制過程中,研制團(tuán)隊(duì)還全面引入了數(shù)字化模式,率先開展以數(shù)字樣機(jī)為核心的全型號數(shù)字研發(fā)。首次引入全箭全三維一體化設(shè)計(jì)理念,將繁雜的問題條理化;突破三維數(shù)據(jù)交換難題,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字一體化集成;首次成功構(gòu)建全箭數(shù)字樣機(jī),與傳統(tǒng)方法相比,取消實(shí)物樣機(jī),不但節(jié)省了上千萬元的成本,還大幅縮短了研制周期。

  首次實(shí)現(xiàn)了TOP-DOWN自頂向下的數(shù)字化協(xié)同研發(fā)技術(shù)的應(yīng)用,構(gòu)建數(shù)字化平臺(tái)進(jìn)行航天型號的管理;首次在航天產(chǎn)品中引入人機(jī)裝配仿真,在3D環(huán)境中對模型進(jìn)行虛擬裝配仿真,利用數(shù)字化虛擬裝配技術(shù)的強(qiáng)大功能,顯著提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和競爭力。

(責(zé)任編輯:孫丹)