运载火箭铝合金贮箱全搅拌摩擦焊接工艺及应用

搅拌摩擦焊技术具有焊接缺陷少、焊接变形小、接头性能高等优点,是运载火箭铝合金贮箱制造的发展趋势。本文分析了我国运载火箭贮箱的结构组成和主焊缝结构特点,系统梳理并研究了实现贮箱主焊缝全搅拌摩擦焊接制造所需要的关键技术,包括常规搅拌摩擦焊技术、可回抽搅拌摩擦焊技术、超声相控阵检测技术及补焊技术。研究成果已经逐步实现了在运载火箭贮箱筒段纵缝、箱底主焊缝、贮箱总装环缝上的工程化应用。     

同质异种热处理状态铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

开展了2219MCS叉形环和2219C10S筒段组成的接底接头的搅拌摩擦焊工艺试验,分析了焊接速度、2219MCS叉形环位置对接头组织形貌、显微硬度、力学性能的影响规律。结果表明:2219MCS叉形环的原始粗大组织晶粒导致其无论位于前进侧还是后退侧,均是整个接头的薄弱环节。接头显微硬度呈现出典型的"W"型分布,叉形环一侧的热机影响区的显微硬度最低。在焊接参数相同时,叉形环位于后退侧的力学性能优于其位于前进侧;当焊接速度为180~220 mm/min且叉形环为后退侧时,其接头综合性能最优,抗拉强度可达到330 MPa,低温抗拉强度可达到420 MPa,延伸率超过3.5%,正弯性能均可以达到180°无裂纹,但是2219MCS母材开始出现裂纹,而背弯性能较差,并且背部裂纹沿着2219MCS热机影响区一侧起裂、扩展。     

搅拌摩擦焊技术在弹箭体贮箱锁底环缝上的应用

明确了搅拌摩擦焊技术应用于贮箱锁底环缝需要解决的关键问题。首先对熔焊锁底接头结构进行了搅拌摩擦焊工艺适应性设计,取消了背部焊漏槽和正面焊接坡口。结果表明:当叉形环位于焊缝前进侧,搅拌针长度与短壳板材厚度相当时锁底接头力学性能最优。锁底接头超声相控阵分析结果表明:存在于装配界面与焊核交界处的信号显示可以不当作缺陷信号判读。提出了采用立式帽装方式实现锁底环缝的装配焊接方案,并研制了可以保证锁底环缝装配间隙、错边、环缝平面度、贴合度以及叉形环大端周长的成套工装。实现了搅拌摩擦焊技术在Φ3 350 mm贮箱锁底环缝上的工程化应用,无损检测结果、形位尺寸符合设计要求。     

一种新型7台火箭发动机并联推力传递结构方案

针对中国新一代载人运载火箭第一级并联安装7台新型液氧煤油发动机的推力传递结构轻质化设计关键问题,提出了一种基于贮箱箱底与壳段结构联合传力的新型、高效率推力传递结构方案。结果表明:贮箱箱底与壳段联合传力方案推力传递效率较传统的壳体传力方案提升了30%;通过全尺寸结构样机制造及7台发动机推力载荷静力试验,验证了新型推力传递结构制造与承载的可行性。     

新一代运载火箭

综述了国内外运载火箭的现状 ,指出了国内运载火箭技术上的差距以及研制新一代运载火箭的必要性与基本思路 ,提出了新一代运载火箭的总体技术方案 ,并对方案论证与工程实施中的几个主要问题进行了探讨     

新一代运载火箭电气系统体系架构的研究

对国内外运载火箭电气系统的现状进行了回顾,简要介绍了长征运载火箭电气系统近年来的发展,重点介绍了国外主流运载火箭的导航系统、总线体制以及冗余设计方案。随后分析了美欧新一代运载火箭在电气系统设计方案上的主要特点,重点对中国新一代中型运载火箭从总线体制、冗余体制、分布式控制、IMA设计等方面进行了讨论,这些方面可以看作这一时期火箭电气系统的主要特征;并且对比了中型运载火箭与Ares/SLS火箭在这些方面的区别。最后对我国未来重型运载火箭电气系统的发展提出了参考建议。     

新一代运载火箭软件系统管理方法探讨

针对新一代运载火箭系统复杂度提升和大量新技术应用对软件研制管理提出的挑战,总结新一代运载火箭软件研制经验,提出了新一代运载火箭软件系统研制应关注的管理内容,可供其他复杂型号软件系统管理借鉴。     

焊接技术在航空航天工业中的应用和发展建议

"大飞机"计划、拥有自主知识产权的ARJ21飞机、"神七"宇宙飞船、"嫦娥奔月"计划、载人航天工程、新一代大型运载火箭及新型卫星等航空航天型号的需求,牵引着航空航天焊接技术的发展,先进焊接技术在航空航天中的应用也必然推动航空航天型号的发展.     

新一代运载火箭箱体材料的选择

根据对国外大型运载火箭贮箱箱体材料的分析研究 ,结合我国贮箱研制经验 ,对铝 -镁系、铝-铜 -镁系、铝 -铜 -锰系、铝 -锂系铝合金和碳 /环氧复合材料进行分析对比 ,提出我国新一代 5m级运载火箭的贮箱材料以选择铝 -铜 -锰系的 14 7(2B16 )合金为宜 ,并建议对用于贮箱的 14 7合金板材的含氢量给予明确限定 ,以利于降低材料焊接时的气孔倾向     

新一代运载火箭2219铝合金配用焊丝研制

针对新一代运载火箭贮箱材料2219铝合金，研制出了适用于常、低温贮箱焊接的焊丝。综合评价结果表明，新研制的焊丝具有良好的制造工艺性能、成分稳定；焊接2219铝合金裂纹敏感性低、气孔敏感性低、焊接工艺性好，接头性能满足指标要求，焊缝组织正常，补焊性能良好，拉伸、冲击均呈韧性断裂特征；接头综合性能优于2A14／BJ-380接头。     

电磁开关壳体螺栓焊的研究

提出了螺栓焊的新机理和螺栓设计原则。设计了电磁开关壳体螺栓焊的焊接模具;探讨了焊接工艺,工件表面状态对焊接质量和可靠性的影响与改进措施。     

2219薄板铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接及组织性能分析

以运载火箭助推器贮箱广泛应用的4 mm厚2219薄板铝合金为焊接对象,研制了浮动式双轴肩搅拌头,分析了内部塑性金属流动模式及特点,并推测出需匹配较低焊接热输入才能获得优质焊缝。工艺探索及优化试验结果直接验证了焊缝内部塑性金属流动模式及推测。接头宏观组织形貌分析结果显示:不同焊接速度下的焊缝横截面宏观形貌都可以观察洋葱环特征,且随着焊接速度提高,洋葱环特征越发增多,并从靠近前进侧的焊核区逐渐向后退侧孕育发展,这也有效验证了薄板铝合金双轴肩搅拌头的设计思路。薄板铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头横截面显微硬度分布均呈"U"型,接头显微硬度最低点位于焊核区与后退侧热机影响区的交界处。接头力学性能测试结果显示:随着焊接速度逐渐升高,接头抗拉强度逐渐升高,且当焊接速度达到350 mm/min时,接头抗拉强度达到最高值。铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头延伸率整体较高,焊接速度对其影响不大。铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头正、背弯均可以达到180°无裂纹。基于立式纵缝搅拌摩擦焊系统成功实现了2 m长试片的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊,累计焊接长度达到60 m,且双轴肩搅拌头完整,未发现裂纹、扭曲或其他损伤。     

2219 铝合金VPTIG 焊接接头拉伸性能分析

2219 铝合金气孔敏感性较强,变极性TIG 焊接工艺可以有效减少和抑制气孔产生,是适合于
2219 铝合金的焊接工艺。本文介绍了2219T62 铝合金VPTIG 焊接接头的拉伸性能,进行了拉伸断口形貌分析
和微观组织分析。结果表明:2219T62 铝合金VPTIG 焊接接头强度系数可以达到65% 以上,焊接接头为混合
断裂方式,VPTIG 焊缝盖面层气孔相比打底层较多。     

Reachable set modeling and engagement analysis of exoatmospheric interceptor

A novel reachable set(RS) model is developed within a framework of exoatmospheric interceptor engagement analysis. The boost phase steering scheme and trajectory distortion mechanism of the interceptor are firstly explored. A mathematical model of the distorted RS is then formulated through a dimension–reduction analysis. By treating the outer boundary of the RS on sphere surface as a spherical convex hull, two relevant theorems are proposed and the RS envelope is depicted by the computational geometry theory. Based on RS model, the algorithms of intercept window analysis and launch parameters determination are proposed, and numerical simulations are carried out for interceptors with different energy or launch points. Results show that the proposed method can avoid intensive on-line computation and provide an accurate and effective approach for interceptor engagement analysis. The suggested RS model also serves as a ready reference to other related problems such as interceptor effectiveness evaluation and platform disposition.     

长征五号运载火箭助推动力系统

长征五号是我国新一代大型运载火箭（代号CZ-5）,芯级捆绑四个助推器,每个助推器配置两台并联的液氧煤油高压补燃发动机。本文对国内外运载火箭的故障模式进行分析,结合CZ-5火箭首飞实际情况,提出了助推动力系统风险规避应采取的措施。针对CZ-5火箭助推级和芯一级发动机起动点火的特点,分析了CZ-5火箭首次发射中的异型发动机点火匹配特性。简述了YF-100系列液氧煤油发动机的研制历程、技术特征和热环境适应性,重点分析了发动机在可重复使用和大范围推力调节方面的潜力。对比了国内外液氧煤油补燃循环发动机的推重比性能,分析了不同发动机推重比对火箭运载能力的影响,总结了提高发动机性能的措施（如采用泵后摆技术、选用高强度轻质化材料等）。提出了新一代液氧煤油发动机必须在满足高可靠性的前提下,追求高性能、高推重比、降低成本和增强适应性的后续改进方向。     

飞机焊接导管数字化制造技术研究

针对目前飞机导管在生产制造上存在的不足,为了缩短导管工装设计周期,提高导管工装定位的准确度和导管的制造精度,对飞机焊接导管数字化装配工装、自动焊接等关键技术进行了研究。采用数字化设计方法建立焊接工装的数模,通过孔定位方法实现导管焊接的定位和夹紧,通过坐标系拟合、焊缝跟踪和修正等完成导管间的自动焊接,实现焊接导管的数字化制造。     

航空发动机零件加工装夹过程可视化文件生成

目前在航空发动机制造企业中,加工人员通常根据工艺规程完成零件的加工装夹,缺乏专门的加工装夹过程指导性文件,易导致装夹信息表达不直观,产生工件和夹具错装、漏装的现象,针对此类问题,提出一种基于Tecnomatix和3D PDF技术的零件加工装夹过程可视化文件生成方法。该方法首先基于3D PDF开发了加工装夹过程可视化文件模板,并基于Tecnomatix开发了零件加工工艺信息生成模块,然后将加工工艺信息生成模块产生的XML文档和Tecnomatix生成的装夹过程动画导入到可视化模板中,最终生成零件加工装夹过程可视化文件,可实现二维信息与三维装夹动画的实时交互响应,提高零件加工装夹的效率和准确性。