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    为了“胖五”轻装飞天

    日期 2016-11-04   来源:新华网 来源:科技日报   作者:通讯员 龙海波 本报记者 马爱平  【 】   【打印】   【关闭

      11月3日,我国运载能力最大的长征五号运载火箭在海南文昌发射中心首飞成功,使我国运载火箭的规模实现了从中型向大型的跨越,运载能力达到或超过国外主流大型火箭。

      在这背后,凝聚着许多科研人员的心血,大连理工大学科研人员就是他们其中的代表。 长征五号运载火箭发射圆满成功后,西安航天发动机厂向大连理工大学发来感谢信,感谢大连理工大学创新研发的“液体火箭发动机喷管冷却通道数字化加工技术与成套装备”等,解决了大推力液体火箭发动机喷管加工的瓶颈难题。

      解燃眉之急 补短板软肋

      长征五号运载火箭是我国目前研制成功的体型最大、运载能力最大的火箭。与现役的长征三号等其他火箭相比,长征五号运载火箭的起飞推力更大,需要上千吨,原有的发动机型号难以胜任。

      为此,我国启动了新一代大推力液体火箭发动机的研制计划。

      从上个世纪九十年代开始,受西安航天发动机厂委托,大连理工大学机械学科教授卢杰持带领乔显力、王永青、胡力耘、范金等科研人员,应用自有的“数控仿形”技术,研发出了相应技术和系统,解决了喷管零件单件小批量制造的燃眉之急。

      2008年,大连理工大学教授贾振元,针对高性能复杂曲面零件精密加工难题,提出了多源约束面形再设计类复杂曲面零件“测量—再设计—数字加工”一体化的新思想,提出了性能驱动的面形再设计原理,突破了关键技术,形成了多源约束面形再设计类复杂曲面零件精密加工的新原理、新方法与新技术。

      同年,贾振元、王永青开始基于独有的面形再设计思想,提出了大型火箭喷管“激光在机测量—槽底曲面再设计—数字化铣槽”一体化的加工方法,发明了立式加工装备,开发了基于商用开放式数控平台的专用加工控制系统。

      目前,大连理工大学已为西安航天发动机厂交付了8台套的喷管铣槽加工装备和2种类型零件加工程序自动编程系统,弥补了我国高性能液体火箭发动机研制中喷管铣槽加工这一技术“短板”。

      迎挑战瓶颈 减重量负担

      长征五号火箭运载能力比现役运载火箭提升两倍多,跨越式提升的运载能力需求和起飞推力为5m大直径箭体结构系统的设计造成了空前挑战。

      为保证火箭的运载能力,2009年开始,在中国科学院程耿东院士的指导下,王博、亢战、李刚带领一支以青年教师和学生为主的科研团队,与中国运载火箭技术研究院的火箭工程师们一起工作,针对20多个部段和部件开展了优化减重设计工作,为火箭成功减重645公斤,单发火箭节约发射成本2000万元。

      为了破解火箭结构轻量化设计系列难题,王博牵头建立的方法,解决了航天弹箭体结构轻量化设计瓶颈问题,已写入我国航天行业标准;建立的预测方法,避免了承力结构的过度冗余,挖掘并提升了轻量化空间;面向复杂航天关键部件创新结构设计,提出的方法,解决了有限空间下大集中力扩散连接结构创新构型设计难题。迄今,这些关键技术都应用于长征五号运载火箭的结构研制。

      长征五号大尺寸柔性整流罩分离系统是火箭飞行中一个关键的系统,决定着火箭能够顺利地将有效载荷送入预定轨道。李刚、郝鹏建立的方法,成功预示迄今为止我国试验规模和难度最大的整流罩分离试验,能够准确预测分离过程中各项技术指标,与实测值的误差在10%以内,对长征五号整流罩设计意义重大。

      长征五号运载火箭采用无毒、无污染的液氢液氧作为推进剂,在其800吨的身体里90%是超低温的推进剂,是名副其实的“冰箭”。王博和任明法带领团队建立的技术,为火箭贮箱生产和设计提供了重要参考价值的设计依据。

      大连理工大学的亢战与航天八院合作,对长征五号运载火箭助推器斜头锥结构进行优化,解决了技术难题,其结构优化设计方案被长征五号火箭助推器设计中采纳。




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