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鍋底變漏斗,,一個(gè)形狀的變化讓火箭更輕力氣更大

2019-10-16
關(guān)鍵詞: 火箭 儲(chǔ)箱底部

  一提到火箭貯箱,大家腦海里都會(huì)呈現(xiàn)出它如膠囊殼一樣的外形,,中間圓柱形,,兩個(gè)底部是像鍋底一樣的橢球形。現(xiàn)在,,它的底部變成了錐形,,就像一個(gè)漏斗。這看似簡(jiǎn)單的形狀改變,,卻能讓火箭重量更輕,、力氣更大。

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  △5米直徑錐底結(jié)構(gòu)貯箱                                            △5米直徑橢球結(jié)構(gòu)貯箱

  左圖是我國(guó)首件5米直徑的錐底結(jié)構(gòu)貯箱,,由中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院(簡(jiǎn)稱“火箭院”)研制,。別看只是變了些許形狀,它卻改變了我國(guó)延用多年的運(yùn)載火箭貯箱設(shè)計(jì)方法,,讓火箭貯箱底能夠承受發(fā)動(dòng)機(jī)的推力,,在產(chǎn)品研制、貯箱焊接上都有里程碑式的意義,。

  也許有人會(huì)問,,為什么要將橢球形改為錐形呢?

  眾所周知,火箭的自重越輕,,攜帶的燃料越多,,其運(yùn)載能力就會(huì)越大?;鸺O(shè)計(jì)師們一直在火箭的整體布局,、制造工藝等方面想辦法,減輕火箭的自身重量,。

  火箭院總體設(shè)計(jì)部設(shè)計(jì)師董曼紅說,,傳統(tǒng)的火箭貯箱只能承受內(nèi)部燃料給它的壓力?;鸺l(fā)動(dòng)機(jī)的推力都靠火箭后過渡段承受,,再將力均勻擴(kuò)散到箭壁殼上。這樣的傳力路徑長(zhǎng),,占據(jù)箭體空間大,。為了節(jié)省空間,我們提出了一種傳力路徑短,、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小,、結(jié)構(gòu)效率高的聯(lián)合傳力方案,將橢球形箱底改為錐底,,這是國(guó)內(nèi)首次采用箱底傳遞大推力的方案,。

  那這樣的設(shè)計(jì)能帶來什么樣的好處呢?

  董曼紅介紹,,目前通過試驗(yàn)計(jì)算,,錐形結(jié)構(gòu)的火箭貯箱能承受火箭發(fā)動(dòng)機(jī)55%的推力,采用該貯箱的火箭部段可減重15%,?;鸺白灾亍陛p了,就能“送”更重的有效載荷上天,。

  有更多的網(wǎng)友關(guān)心了,,如果有這么多好處,為什么以往不采用這樣的設(shè)計(jì)呢,?

  董曼紅說,,雖然看起來只是一個(gè)形狀的改變,但在火箭貯箱設(shè)計(jì)中,,這是一場(chǎng)顛覆性的變革,。比如,錐底角度的大小就是其中一個(gè)關(guān)鍵因素,,反復(fù)經(jīng)歷了多次修改,。

  錐角直接關(guān)系著貯箱能承受發(fā)動(dòng)機(jī)推力的大小。錐角小,火箭的長(zhǎng)度會(huì)加長(zhǎng),,不利于減重,;錐角大,不利于傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的推力,,而且錐底很容易因失穩(wěn)而遭到難以預(yù)料的損壞,。因此,設(shè)計(jì)師們采用對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架,、貯箱,、后過渡段聯(lián)合設(shè)計(jì)的方式,反復(fù)迭代不斷優(yōu)化,,最終才確定了錐角大小,。

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  △5米直徑錐底結(jié)構(gòu)貯箱正面

  這樣的設(shè)計(jì)必然會(huì)對(duì)制造工藝提出更高的要求,又是怎么解決的呢,?

  目前,,與我國(guó)傳統(tǒng)火箭貯箱相比,5米直徑錐底結(jié)構(gòu)貯箱后底焊接區(qū)厚度增加一倍,,箱體結(jié)構(gòu)的剛性也顯著增強(qiáng),,無(wú)論是裝配工藝,還是焊接工藝角度,,錐底結(jié)構(gòu)的貯箱生產(chǎn)難度都遠(yuǎn)超現(xiàn)有型號(hào)產(chǎn)品,。

  承接了這項(xiàng)任務(wù)后,天津航天長(zhǎng)征火箭制造有限公司(以下簡(jiǎn)稱“天津火箭公司”)組織力量開展了大量的焊接工藝攻關(guān)試驗(yàn),,制定了全新的焊接工藝,,確定了相應(yīng)的成型方法,解決了該貯箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、焊縫位置特殊、焊接厚度大等問題,,實(shí)現(xiàn)了5米直徑錐底結(jié)構(gòu)貯箱的高性能精確成形,。

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  △正在安裝的錐底結(jié)構(gòu)貯箱前底

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  △錐底結(jié)構(gòu)貯箱筒段完成翻轉(zhuǎn) 

  目前,該貯箱已完成生產(chǎn),,并通過了相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證,,將在我國(guó)新一代載人火箭上應(yīng)用,為我國(guó)運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐,。


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