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锅底变漏斗,一个形状的变化让火箭更轻力气更大

2019-10-14 22:50| 来源: CALT | 查看: 1492| 责编: 潜艇4809

摘要:   火箭储箱底部变成锥形,就像一个漏斗。这看似简单的形状改变,却能让火箭重量更轻、力气更大。

  一提到火箭贮箱,大家脑海里都会呈现出它如胶囊壳一样的外形,中间圆柱形,两个底部是像锅底一样的椭球形。现在,它的底部变成了锥形,就像一个漏斗。这看似简单的形状改变,却能让火箭重量更轻、力气更大。 
  


△5米直径锥底结构贮箱                      △5米直径椭球结构贮箱 


  左图是我国首件5米直径的锥底结构贮箱,由中国运载火箭技术研究院(简称“火箭院”)研制。别看只是变了些许形状,它却改变了我国延用多年的运载火箭贮箱设计方法,让火箭贮箱底能够承受发动机的推力,在产品研制、贮箱焊接上都有里程碑式的意义。 


  也许有人会问,为什么要将椭球形改为锥形呢? 

  众所周知,火箭的自重越轻,携带的燃料越多,其运载能力就会越大。火箭设计师们一直在火箭的整体布局、制造工艺等方面想办法,减轻火箭的自身重量。 
  火箭院总体设计部设计师董曼红说,传统的火箭贮箱只能承受内部燃料给它的压力。火箭发动机的推力都靠火箭后过渡段承受,再将力均匀扩散到箭壁壳上。这样的传力路径长,占据箭体空间大。为了节省空间,我们提出了一种传力路径短、技术风险小、结构效率高的联合传力方案,将椭球形箱底改为锥底,这是国内首次采用箱底传递大推力的方案。 

  那这样的设计能带来什么样的好处呢? 
  董曼红介绍,目前通过试验计算,锥形结构的火箭贮箱能承受火箭发动机55%的推力,采用该贮箱的火箭部段可减重15%。火箭“自重”轻了,就能“送”更重的有效载荷上天。 
  

  有更多的网友关心了,如果有这么多好处,为什么以往不采用这样的设计呢? 
  董曼红说,虽然看起来只是一个形状的改变,但在火箭贮箱设计中,这是一场颠覆性的变革。比如,锥底角度的大小就是其中一个关键因素,反复经历了多次修改。 
  锥角直接关系着贮箱能承受发动机推力的大小。锥角小,火箭的长度会加长,不利于减重;锥角大,不利于传递发动机的推力,而且锥底很容易因失稳而遭到难以预料的损坏。因此,设计师们采用对发动机机架、贮箱、后过渡段联合设计的方式,反复迭代不断优化,最终才确定了锥角大小。 
     


△5米直径锥底结构贮箱正面    


  这样的设计必然会对制造工艺提出更高的要求,又是怎么解决的呢? 

  目前,与我国传统火箭贮箱相比,5米直径锥底结构贮箱后底焊接区厚度增加一倍,箱体结构的刚性也显著增强,无论是装配工艺,还是焊接工艺角度,锥底结构的贮箱生产难度都远超现有型号产品。 
  承接了这项任务后,天津航天长征火箭制造有限公司(以下简称“天津火箭公司”)组织力量开展了大量的焊接工艺攻关试验,制定了全新的焊接工艺,确定了相应的成型方法,解决了该贮箱结构复杂、焊缝位置特殊、焊接厚度大等问题,实现了5米直径锥底结构贮箱的高性能精确成形。 
       


△正在安装的锥底结构贮箱前底



△锥底结构贮箱筒段完成翻转 


  目前,该贮箱已完成生产,并通过了相关的试验验证,将在我国新一代载人火箭上应用,为我国运载火箭结构轻质化设计提供了技术支撑。 

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