搅拌摩擦焊:一搅定乾坤

佚名
2019-11-20
来源:网络


  最近中国运载火箭技术研究院好事不断,先是完成了5米直径的共底贮箱,紧接着搅拌摩擦焊项目参加德国纽伦堡发明展获奖了。211厂“运载火箭贮箱总装环缝卧式搅拌摩擦焊焊接装备”项目获得金奖。作为火箭院的铁粉,小编也为航天人的荣耀感到自豪。

  CZ-5火箭采用5米直径结构。贮箱采用了全新材料——2219铝合金,以及全新的低温贮箱绝热方案和全新的搅拌摩擦焊焊接工艺;突破了大型捆绑集中力传力扩散结构设计技术,解决了单个部段集中力承载能力近2000吨以及偏心集中载荷超过300吨的大型偏置助推器斜头锥结构设计难题;通过5米直径箭体结构的研制,大直径及大集中载荷薄壳结构技术实现了跨越式发展,大型结构研制同时带动了机械加工、热处理、焊接、检测等装备的发展。

  上海航天设备制造总厂生产的搅拌摩擦焊设备,就是中国将该技术在长征五号火箭贮箱筒段生产上的工程化应用。上海生产的是一种卧式搅拌摩擦焊设备,适用于5米以下直径火箭的制造。但是中国未来的重型火箭,要突破10米直径,必须采用新的大型垂直搅拌摩擦焊设备。为了这一目标,武汉重工集团为中国航天自主研发的新型设备实现了历史性突破。这套设备采用移动式龙门结构,集自动装夹、定位、铣削和搅拌摩擦焊等多种功能为一体,实现了对直径为10m,起飞重量超过3000t的重型运载火箭的超大型薄壁贮箱装配焊接智能化生产,大大提高了生产制造的效率和质量。这实际上就是与美国生产SLS重型火箭的垂直焊接中心是同一种设备。把壁板自动装进夹具进行精确定位,然后搅拌摩擦焊机器人进行自动焊接,然后就能迅速组合出10米直径的筒段。此外,中国西南铝业集团已经开发出直径10米级整体铝合金环件。中国10米直径重型火箭的关键技术,在一个个被攻克。

  让我们再看看美国人是如何造火箭的。

  美国副总统彭斯宣布了一项雄心勃勃的太空计划:要在5年之内让宇航员登陆月球,以确保美国成为21世纪第一个让宇航员登月的国家。

  虽说早在上世纪六七十年代美国就通过“阿波罗计划”实现过载人登月,但时过境迁,彭斯宣布的“重返月球”时间表被舆论认为有点儿“大跃进”的苗头——美国国家航空航天局(NASA)此前的目标是2028年实现载人登月,新计划一下子缩短了4年;而且,美国为“重返月球”开发的重型运载火箭研制不顺,项目一拖再拖,一次试射都没进行过。

  德国《明镜》周刊称,为了不让中国抢先,美国似乎把安全放在了第二位。彭斯毫不掩饰对赢下“太空竞赛”的渴望,他称,“我们今天在进行一场太空竞赛,就像我们在20世纪60年代一样”。计划雄心勃勃,问题是能实现吗?舆论对此并不太看好。法新社称,美国为登月任务而开发的新型重型火箭“太空发射系统”(SLS)一再延误,令人沮丧。SLS的首次无人发射试验已推迟到2020年以后。彭斯在演讲中批评“官僚惰性”和“分析瘫痪”导致SLS延期,呼吁NASA树立“新思维”。报道称,波音公司也在被批评之列,该公司参与研制SLS。彭斯威胁,如果NASA不能及时做好准备,政府将使用商业发射系统,或者寻求其他合作伙伴。有消息显示,不久前该火箭已经遭受了多次成本超支和预算延期的挫折,而且可以预见的是,它还需要增加数十亿美元以支持项目继续研究下去,而且很难在2020年6月这个既定目标日期到来之前做好发射的准备。

  面对目前的窘境,NASA将很多问题归咎于波音身上。NASA认为,波音公司作为SLS项目的主承包商,却在该火箭引擎与推进装置所组成的核心级开发进度缓慢。根据此前约定,SLS项目的首个核心级原本应在2017年6月完成交付,但据分析,首个核心级有望在2019年底面世。受其影响,NASA将承担更多的开销,已支撑整个SLS项目的顺利进行。跳票和成本的暴增,已经成为了SLS项目的常态。这枚火箭原计划在去年发射,但随着预算的不断膨胀,它的首秀一直被推迟。

  据介绍,SLS项目自2010年上马以来,已耗资12亿美元,而且这个数字还在不断增长中。原本NASA期望能在2017年11月完成SLS项目的首次测试,但可惜的是,NASA已经宣布首次测试将从2019年延期到2020年

  NASA打算与波音公司合作,在未来十年生产SLS火箭。波音公司目前是火箭核心阶段的主要承包商。核心阶段是火箭的中心部分,包含两个巨大的液体燃料箱。它高达65米,直径8.4米,将储存低温液氢和液氧以及所有为四个RS-25发动机提供动力的系统。它还装有飞行计算机和控制火箭飞行所需的大部分航天电子设备。

  除波音外,由蓝色起源公司牵头的一支“国家队”也在争取 NASA 登月用着陆器研制合同。该团队成员包括德雷珀、洛马和诺格。组建“国家队”的消息是由蓝源创始人贝佐斯宣布的。其所率团队已向 NASA 提交了投标方案。波音发言人赛斯洛夫称,波音未采取类似的组队安排,在该项目上没有拉其它大公司作为合作伙伴。太空探索公司预计也会参与投标,方案很可能以其在研的“星船”可复用火箭为基础。该公司还不能披露其可能提交的任何方案的细节情况。NASA 打算最快在年底就向几家公司签发初步论证合同,并打算最终选出两家转入全面研制,其中一家的着陆器将用于2024年的首次登月,另一家的则将供2025年的一次任务使用。

  在SLS火箭的制造上,搅拌摩擦焊技术独当一面,一搅定乾坤。首先采用数控机床,把贮箱的一个个的瓜瓣生产出来,然后,将瓜瓣焊接成桶段,一个个的桶段进行环缝焊接,组成主体桶。两端的封头也是同样的技术方案,一个个瓜瓣焊接成锅,然后再把锅连接到桶段上。

  这可能并不是美国人离开地球的唯一方式,复合材料也许是一个不错的选择。

  中国航天,加油。

来源:先进航空制造技术


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