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“皇冠”内藏玄机!4.2米全透波复合材料卫星整流罩实现首飞

   日期:2022-03-30     来源:北京日报客户端    浏览:305    评论:0    
核心提示:为了减轻火箭自身重量,长六改整流罩作为国内最大尺寸的4.2米全透波复合材料整流罩,应用水平合罩的总装技术、线性分离的解锁方式,使得“皇冠”的透波性、解锁可靠性得到了显著提高。
      在烈焰的托举下,中国航天科技集团有限公司八院抓总研制的长征六号改运载火箭缓缓离开了塔架,此刻火箭顶端的整流罩犹如一顶“皇冠”,正为星箭保驾护航。

为了减轻火箭自身重量,长六改整流罩作为国内最大尺寸的4.2米全透波复合材料整流罩,应用水平合罩的总装技术、线性分离的解锁方式,使得“皇冠”的透波性、解锁可靠性得到了显著提高。

全透波复合材料:减“重”不降“质”

在传统火箭中,整流罩通常采用金属材料结构或复合材料蒙皮加金属加强筋结构,它们的“钢筋铁骨”让“皇冠”显得格外的沉重。长六改的“皇冠”从外观上看去与传统火箭并没有什么区别。然而,它的内部结构却是“另有玄机”。

作为全国首个国内最大尺寸的全透波复合材料整流罩,它包括了两件高度近4米的冯·卡门段罩体、两件高度5米左右的半筒段罩体。在研制生产过程中,中国航天科技集团有限公司八院149厂会同拥有专业复合材料研发能力的上海复合材料科技有限公司,开展了多项关键制造技术攻关,分别从工装设计与仿真、固化过程热变形分析、蜂窝定型技术、材料及固化工艺等方面进行研究,研制出了蜂窝夹层结构的罩体、玻璃纤维布增强树脂基复合材料的蒙皮、芳纶纸蜂窝的夹芯,再配合金属机构边框,实现了“3+1”的大尺寸玻璃纤维复合材料夹层与金属边框共固化一体成型技术。

由此一来,长六改“皇冠”的全方向透波率达到了90%,无需再为每一颗卫星定制“专属”的透波口,简化了生产流程,让“皇冠”减重30%左右。同时,复合材料的低热导率让“皇冠”在低温的环境下不再使用传统火箭所需的保温层为其保暖。

合得稳:高精确的水平合罩

此次任务还在国内首次采用“活动底盘+六自由度可调型架”的方式,为长六改戴上“皇冠”,具有对接环节占地面积小、合罩精度高的特点。

较传统火箭从上到下的扣罩方式而言,水平合罩对厂房等基建的要求更宽、适用性更广,能够最大限度地运用厂房的高度空间。比如传统火箭的“卫星+整流罩”的组合体高度为5米,那么它就需要一个近15米的厂房,才能满足整流罩起吊的高度;如今,13米的“皇冠”可通过水平合罩的方式消除厂房高度空间对总装工作的约束。

为了确保整流罩合罩更精确、更高效,团队在研制初期充分考虑到了水平操作过程中的各种工况。他们在整流罩水平合罩装置的活动底盘上设置了姿态调节机构,从而满足了六个自由度精密调节需求,突破了大尺寸柔性薄壁结构六个自由度调姿技术,实现了超长超宽薄壳体水平对接、翻转、水平合罩动作的精准调整,解决了空心对接面嵌套式高精度定位装配难题。

分得开:安全可靠的线性分离

随着火箭不断攀升,测控发射大厅里传来了“整流罩分离”的指令。简简单单的五个字却饱含着一个团队的辛勤付出。

此次,为了让长六改全复合材料的整流罩能够更安全、更可靠地分离,其选择了基于导爆索的线性分离构型的解锁方式,纵向分离面共连接了超过两百个凹口螺栓以及近五十个承剪销,大幅提高了纵向分离面载荷分布的均匀性。

面对线性分离构型卫星整流罩,研制团队采取“技术方案抓主线、操作实践优化迭代”的研制方式,让操作人员来判定技术成果的可行性。经过技术迭代,团队优化了全尺寸线性解锁装置的装配顺序,解决了冯·卡门曲线对接桁的翘曲问题,掌握了冯·卡门曲线T型桁柔性弯曲技术等。另一方面,团队优化了蜂窝夹芯结构大型复合材料罩体前、后端面嵌入式装配方式,解决了大型弱刚性罩体架上装配问题。

长六改的“皇冠”和星箭成功分离,验证了八院4.2米线性解锁全复合材料卫星整流罩的型号产品设计、工艺的可行性,体现了全复合材料整流罩具有重量轻、全透波的优势。后续,八院将继续推进运载领域火箭整流罩产品复合材料替代化研制进程,实现3.35米、3.8米、4.2米的整流罩产品统型化应用,为后续高密度发射任务保驾护航。


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标签: 复合材料
 
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