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新跨越!我国首个3.35米直径铝锂合金火箭贮箱在火箭院降生

发布日期:2021-08-19 00:40

本文摘要:泉源 中国运载火箭技术研究院克日,我国首个3.35米直径铝锂合金火箭贮箱在火箭院降生,经各环节试验检测及格且性能良好,开端具备工程应用条件。该贮箱接纳了第三代高性能铝锂合金,与当前国际主流铝铜合金贮箱相比,强度提升30%左右,同等条件下结构减重15%以上。 这标志着我国已买通国际一流贮箱研制链路,运载火箭研制水平实现新跨越。

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泉源 中国运载火箭技术研究院克日,我国首个3.35米直径铝锂合金火箭贮箱在火箭院降生,经各环节试验检测及格且性能良好,开端具备工程应用条件。该贮箱接纳了第三代高性能铝锂合金,与当前国际主流铝铜合金贮箱相比,强度提升30%左右,同等条件下结构减重15%以上。

这标志着我国已买通国际一流贮箱研制链路,运载火箭研制水平实现新跨越。▲3350直径铝锂合金贮箱工程样机下架铝锂合金贮箱在国际上技术领先在我国航天界有这样一句话:“运载火箭的能力有多大,中国航天的舞台就有多大”,但在贮箱研制人员中,这句话前还会加半句:“贮箱有多大,运载火箭就有多大”。“这个‘大’是广义观点,不仅指贮箱的直径,还泛指贮箱的强度、刚度和结构效率。

”3.35米直径铝锂合金火箭贮箱研制人员、总体设计部火箭贮箱设计师胡正根说,“我国运载火箭贮箱已形成7种直径、3代质料组成的10余种类型。”根据直径划分,有1米级、2.25米级、3米级、3.35米级、5米级、7.5米级和9.5米级运载火箭贮箱;根据质料划分,有第一代铝镁合金贮箱、第二代铝铜合金贮箱和第三代铝锂合金贮箱。在一枚新的火箭设计历程中,设计师会将差别直径的差别质料灵活组合,研制出尺寸、质料、成本等差别的多种贮箱,如1米级铝铜合金贮箱、2.25米级铝镁合金贮箱等,满足差别运载任务的需求。

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第三代铝锂合金贮箱的问世,是我国运载火箭结构效率和运载能力进一步提升的重要标志。胡正根说,现在仅美国航天飞机、法尔肯和前苏联能源号等运载火箭,在贮箱结构上大面积使用了铝锂合金,这使其结构效率和运载能力到达国际领先水平,代表了运载火箭贮箱的生长偏向。从2018年起,我国铝锂合金火箭贮箱研制全面启动,火箭院以相关型号任务和课题研究为牵引,投入第三代铝锂合金贮箱研制全流程技术攻关。

突破八大关键技术相对于传统铝铜合金,铝锂合金强度和刚度显著提升,密度却下降了3%-5%,是当前国际航天大国争相开拓的领域。优异的性能往往需要顶级的制造技术。

贮箱占箭体结构重量和空间50%以上,其内部加注的燃料占火箭总重90%以上,可以说,加注后的火箭能否稳定起飞,贮箱性能稳定性是焦点要素之一。铝锂合金恰好切合火箭贮箱的种种性能要求,胡正根先容,锂是元素周期表中最轻的金属元素,在铝中每加入1%的锂,密度降低3%,弹性模量反而提升6%,这对运力按克重盘算价钱的火箭来说弥足珍贵。但铝锂合金质料各向异性强、屈强比高、锂原子生动,给结构设计、构件成形和焊接都带来了庞大挑战。哪个环节稍有不慎就会前功尽弃。

火箭院总体设计部荟萃当前海内尖端气力,与天津航天长征火箭制造有限公司、航天质料及工艺研究所、中南大学、西南铝业(团体)有限责任公司、江苏豪然喷射成形合金有限公司等强强团结,从原质料身分优化、结构设计、构件成形、装配焊接等方面入手,开展全流程全要素研发。▲铝锂合金贮箱生产现场2018年至今,项目团队突破了身分优化控制、轻质化设计、形变热处置惩罚、整体旋压、搅拌摩擦焊等8大关键技术,一鼓作气买通了铝锂合金贮箱的研制链路,实现了我国首个3.35米直径铝锂合金贮箱高精度高性能设计制造。贮箱设计制造研究还牵引了整体成形技术的进步。

如,整体旋压和整体环轧技术的突破,实现了箱底由顶盖+多块瓜瓣的拼焊向整体成形无焊缝转变,大幅度淘汰了贮箱焊缝,保证了产物可靠性,同时缩减了生产工序,提高了生产效率。▲整体旋压成形3350直径铝锂合金贮箱箱底火箭运载能力将显著提升运载能力是权衡火箭价值的焦点指标之一,一枚火箭运载的卫星等有效载荷越重,它的运载能力、价值越大。以长征七号运载火箭(简称“长七火箭”)为例,火箭起飞质量约597吨,能将不低于14吨的有效载荷送入近地轨道,14吨就是长七火箭近地轨道运载能力。

在597吨的起飞质量中,火箭自身的重量占起飞重量的97%以上。不难看出,火箭自重与其运载能力是“此消彼长”关系,火箭自重越轻,能让给卫星等有效载荷的重量就越多,而贮箱结构重量占箭体结构总重的50%以上,是降低结构重量、提高火箭运载能力的关键。那么,一枚火箭上有十几个贮箱,全换成铝锂合金贮箱,是不是能实现运载能力和价值最大化?“与火箭的运载能力相比,发射成本也是卫星等有效载荷用户最关注的因素。铝锂合金质料成本远高于铝镁合金和铝铜合金。

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”胡正根说,“以吨为单元,铝镁合金的价钱在6万元左右,铝铜合金的价钱在10万元左右,而现在铝锂合金的价钱则高达30-100万元。”好钢要用在刀刃上。胡正根说,火箭航行高度差别,所需的挣脱地球引力的力气也差别,起飞阶段需要的力气最大,进入太空后需要的力气最小。

经由专家测算,给火箭末级减重1公斤,就相当于火箭运载能力增加1公斤。因此,将铝锂合金贮箱应用在火箭末级的效益最高,当前国际上的航天强国,也都将铝锂合金贮箱应用于火箭末级上,实现运载能力的显著提升。

火箭院总体设计部结构室主任刘观日先容,我国3.35米铝锂合金贮箱将主要应用在新一代运载火箭末级,提升长征五号、长征七号、长征八号等火箭结构效率和运载能力,大幅增强我国深空探测能力和水平,同时为更大直径的重型火箭和新一代载人火箭研制奠基基础。


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