氢氧火箭发动机组件研制阶段可靠性技术综述

氢氧火箭发动机是火箭的“心脏”,必须具备极高的可靠性,才能够保证发射成功。国内外针对氢氧火箭发动机开展了大量的可靠性工作。在发动机的研制阶段,通常是按照自下而上的思路,从组件的失效机理出发,开展稳健设计和试验验证,来保证氢氧火箭发动机的高可靠性。组件的可靠性工作主要是基于失效机理开展分析、监测、试验验证和设计改进;同时组件到系统的各种试验也为可靠性评估提供了数据,通过试验数据评估组件可靠性,根据评估结果可查找薄弱环节,进而改进设计。从基于失效机理和基于试验数据两个角度对相关的可靠性技术进行综述,分析发动机组件研制阶段可靠性工作存在的问题,并提出今后组件可靠性技术的发展设想。     

我国大推力补燃氢氧发动机研究进展

氢氧火箭发动机因具有很高的性能,在国内外运载火箭中得到了广泛应用。为了更好地开展深空探测,必须研制大推力氢氧火箭发动机。本文综合分析了国内外氢氧发动机的发展历史和现状,简要介绍了我国220 t补燃循环氢氧发动机方案和关键技术研制进展,该技术方案先进。通过开展试验件冷态试验和缩尺组件热试验等,研究了核心部组件的关键技术和方案选型。开展全尺寸预燃室热试验等分系统热试验,研究组件级技术,初步突破了部分关键技术。建议加快开展大推力氢氧发动机工程研制,促进我国航天推进技术发展。     

液体火箭发动机气动谐振点火技术的研究

基于对液体火箭发动机重复多次可靠起动的要求，气动谐振管的热效应可用来形成高温高能的点火源，对氢氧液体火箭发动机，研制了同轴氢氧谐振点火器，对包括氢氧推进剂的所有非自然液体火箭发动机研究了氦气谐振热表面点火器，研究结果表明这种新型的气动谐振点火技术是结构简单，高可靠性，无毒，无污染的非电钝感点火技术，对于重复多次起动的液体火箭发动机有着诱人的应用前景。     

液体火箭发动机协同设计平台关键技术

针对液体火箭发动机协同设计工程实际需求,围绕研制数据高效流转与协同,面向产品全生命周期跨地域、跨专业特点,提出了协同设计平台框架。针对协同平台中的5项关键技术,给出了相应解决途径。基于PLM系统构建协同环境,建立统一编码,整合研制过程中的标准件、原材料等共性基础数据;通过基于MBD的三维结构设计,采用MBSE理念,以模型为载体升级发动机设计流程;采用线上IPT模式提升产品设计效率,同时实现全过程数据记录知识累积。采用BOM结构组织和展示不同设计阶段形成的数据;基于Hadoop平台分布式数据存储模式,实现结构化和非结构化数据综合管理。通过工程实践验证表明,构建的协同平台实现了基于数字化模型的设计工艺定制化协同,科研生产全过程的信息整合和多维度监控,促进了业务流程持续优化和研制效率不断提升,支撑发动机研制模式的转型升级。     

我国大推力氢氧发动机发展思考

对国内外氢氧发动机发展历程进行综述,指出了国外氢氧发动机的发展规律和国内氢氧发动机的发展现状和差距。结合我国重型运载火箭应用需求、国内氢氧发动机技术基础和航天强国发展目标,论证了我国大推力氢氧发动机选择补燃循环技术方案是恰当选择,还进一步给出了我国220t级补燃循环氢氧发动机的技术参数,提出了未来发展展望。     

数字卫星概念研究

基于模型的系统工程是卫星工程设计研制的理论基础,构建数字卫星是总体设计单位的重要工作.本文分析了卫星总体设计过程对数字卫星模型精度的要求,按不确定性的大小粒度,给出了点模型、流模型和场模型的定义;提出数字卫星场的模型精度或不确定性是制约卫星功能密度、反映总体设计水平的关键指标.结合数字孪生系统的概念,论述了数字卫星场模...     

大推力氢氧发动机关键制造技术

为了满足大推力、大尺寸220 tf补燃循环氢氧发动机的研制需求,针对补燃氢氧发动机推力室、预燃室、涡轮泵、阀门、管路等组合件,开展大推力氢氧发动机的工艺技术攻关,采用旋压成形、扩散钎焊、惯性摩擦焊、增材制造、粉末冶金、精密铸造等工艺技术,实现了220 tf补燃循环氢氧发动机复杂构件的制造; 针对220 tf补燃循环氢氧...     

液体火箭发动机三维数字化协同设计研究

为了创新液体火箭发动机研制模式,提高数字化设计与制造水平,某液体火箭发动机研制采用了三维数字化协同设计模式.采用自顶向下设计模式和多层骨架方案,建立了发动机骨架模型,实现了无纸化接口协调;基于模型定义技术,将设计、工艺、材料和制造等相关信息全部包含在三维模型中,用三维模型完全取代了传统设计模式中的二维图纸;通过建立IPT开展协同设计,工艺人员并行介入产品设计流程,提前了解产品结构、开展工装设计和工艺模型设计.研究结果表明三维数字化协同设计可显著提高发动机研制效率,缩短研制周期,并为三维数字化制造奠定了坚实基础.     

固体火箭发动机对接装配密封圈应力在线预测方法

在固体火箭发动机燃烧室和喷管对接装配过程中，为准确实时预测密封圈应力，以确保发动机的装配质量，提出了一种基于Kriging模型的密封圈对接装配应力预测方法。首先，分析装配工况，利用有限元分析方法计算出多种工况下密封圈的应力-应变；其次，使用生成对抗网络的方法扩大数据样本空间；之后，利用拉丁超立方抽样法选取一定数量的应力-应变数据构建Kriging模型；最后，根据定义的加点准则迭代优化Kriging模型，实现主动学习，由此得到密封圈应力预测的数字孪生模型。装配时，通过六自由度并联平台的力位传感器实时采集的信号数据，作为数字孪生预测模型的输入；通过实时读取模型输出，实现对接过程中的装配质量实时在线预测反馈。     

大推力氢氧发动机关键技术及解决途径

200吨级大推力氢氧发动机是重型运载火箭的基础,是航天强国的重要标志.与以往氢氧发动机相比,大推力氢氧发动机推力量级和结构参数均有大幅度提高,是目前世界上推力最大的高空发动机,发动机的设计、生产和试验技术跨度大、要求高,需要开展一系列的技术攻关工作.根据200吨级大推力氢氧发动机技术特点,介绍了发动机的总体技术方案,根据发动机技术特点和使用要求,梳理了一批制约发动机技术水平提高、系统方案优化和工程实施的关键技术,并提出了解决途径.     

透过标准浅析美国氢氧火箭发动机可靠性技术

透过NASA可靠性标准《火箭发动机试验台》,解析美国氢氧火箭发动机地面试验方法和试验流程,重点研究发动机技术项目的筛选、最终评审、综合评审和热点火试验对提高氢氧火箭发动机可靠性的意义,以期为我国氢氧火箭发动机可靠性技术的标准化、系统化和科学化提供借鉴.     

全面构建新总装 引领航天制造业

<正>首都航天机械公司(二一一厂)隶属中国航天科技集团运载火箭技术研究院,是我国规模最大的运载火箭总装集成企业,唯一的氢氧发动机制造企业。公司先后从事飞机修理制造、运载火箭研制生产等工作,在航空、航天两大领域均取得了辉煌成绩。截至2014年底,研制生产项目共15个型号、139发火箭,占长征系列火箭发射的68.5%;曾用不到两年时间,圆满完成了舱外航天服承力结构主体研制任务;目前正在研制以长征五号、长征七号为代表的新一代运载火箭,以及应用于长征五号火箭的一级大氢氧发动机和二级氢氧发动机。先后荣获"全国五一劳动奖状"、"高技术武器装备发展建设工程突出贡献奖"、"中国载人航天工程突出贡献集体"、"首次月球探测工     

国外大推力氢氧推力室制造技术现状与趋势

大推力氢氧发动机是未来载人登月和深空探测重型运载火箭上面级的首选动力。为探索大推力氢氧发动机推力室组件的材料选用和制造工艺,针对国外典型大推力氢氧推力室,详细论述了其喷注器、燃烧室和喷管延伸段等组合件的材料选用及所采取制造工艺的现状和发展趋势。相关结论可为我国未来重型运载火箭大推力氢氧发动机推力室方案的确定提供相应的技术参考。     

基于数字孪生的火箭结构设计制造与验证技术研究

对数字孪生技术和运载火箭结构设计制造与验证的数字化技术现状进行介绍,在此基础上对基于数字孪生的火箭结构设计制造与验证技术开展论证,主要包括基于数字孪生的结构设计技术、基于数字孪生的结构制造仿真技术和基于数字孪生的结构试验仿真与控制技术3个方面。与现有技术相比,基于数字孪生的火箭结构设计制造与验证技术增加了面向过程的虚拟映射、模型驱动和数字管理等关键要素,加强了模型和数据对结构研制过程的预测、监测和控制作用,能够进一步提高设计效率,加快试验周期,提升结构的精细化和轻量化水平。     

氢氧发动机装配单元制造模式研究

通过对氢氧发动机的流程进行研究分析,从工艺合理性和并行作业等方面对工艺流程进行优化,将串行装配流程改进为并行装配流程,固定各作业子单元的人数需求,合理调配人员使用,缩短装配周期,提高发动机装配效率,使氢氧发动机装配从研制单件生产模式向批生产模式转化,显著提高了发动机装配的交付能力。     

数字式低温液位测量系统

液体火箭发动机试验中,低温推进剂(液氢、液氧、液态甲烷等)的稳态流量是发动机设计的重要参数。目前用自主研制的分节式电容液面计、电容变换仪、采集设备和计算机组成流量测量系统,实现氢氧发动机高空模拟试验及校准试验中高精度稳态流量的测量和实时液位监测。为了提高电容式液位计的测量精度和可靠性,对变送仪表的性能进行了改进。研制了基于FPGA的数字式液位测量仪,测量系统仅由分节式液位传感器、数字式液位测量仪和计算机构成一套完整的解决方案,实现了仪器的智能化和数字化。     

登月舱用深度变推下降级发动机系统方案研究

在我国的载人登月技术方案中,为实现软着陆,登月舱需要一种大推力、高性能、多次起动,能够大范围变推力的泵压式发动机.通过研究国外登月用下降级发动机技术发展现状和趋势,基于我国氢氧发动机和低温推进剂空间贮存水平,进行了深度变推发动机的系统方案研究;通过分析比对燃气发生器循环和膨胀循环系统优缺点,确定发动机系统方案为涡轮串联闭式膨胀循环;采用空间可长时间贮存的液氧/甲烷推进剂组合,可满足任务周期要求;根据推力深度调节时对各组合件性能要求,确定喷注器燃烧稳定技术和燃烧室身部传热技术是深度变推发动机研制的核心关键技术.     

重型运载火箭关键制造技术发展展望

我国未来重型运载的研制需要研究突破贮箱等大型结构件以及200t级大推力氢氧火箭发动机关键组件相关材料、结构、工艺和工艺装备等方面的制造技术;继承已有航天产品制造经验,与现有材料、装备技术和能力发展实际结合,保证型号研制顺利进行;同时发展新材料与先进工艺技术,为型号产品研制以及进一步改进奠定基础。     

固体火箭发动机故障诊断技术现状及发展思考

固体火箭发动机的健康状态是导弹武器或运载系统任务成败的重要因素,故障诊断技术可提前预判发动机健康状态,预估其贮存寿命.根据发动机状态参数获取和故障诊断决策方式的不同,故障诊断技术可分为基于知识、基于机理模型和基于数据驱动三类.简述了基于检测技术和专家判断,即基于知识的发动机故障诊断技术现状;阐述了基于机理模型的发动机典...     

卫星故障诊断系统智能研制技术研究

为解决卫星故障诊断系统研制周期长、重复性工作量大的缺点,针对基于平行系统和数字卫星概念设计的卫星故障诊断系统,提出一种智能研制技术。建立包含参数、接口、原理模型、误差模型、故障模型和三维模型的数字部件库,利用数字装配技术实现对卫星的规范化描述,基于逻辑维分形结构将源代码书写规范分为确定性规则、有限规则和推理规则,采用机器学习的方法完成源代码书写规则的推理和实施,实现包括子系统部件、姿轨控软件、星务软件、耦合场计算、其他文件和地面测控系统等的数字卫星、遥测遥控系统与配套工具的源代码自动书写、编译及部署。针对多颗卫星进行故障诊断系统研制,系统运行结果表明了智能研制技术在提高系统研制效率方面的可行性和有效性。