H-2B运载火箭贮箱制造技术与应用

为了提高H-2B火箭推进剂贮箱结构的可靠性,三菱重工在H-2B火箭燃料箱上采用了两种新技术,一是贮箱上采用搅拌摩擦焊(FSW);另一个是采用旋压的方法使箱底整体成形。文中介绍了H-2B运载火箭贮箱制造的两种新技术开发的成果和今后的开发计划。     

7475合金复杂薄壁件的超塑成形技术

以椭球形零件为例，介绍了7475合金复杂薄壁件的超塑成形技术。采用有限元分析技术，对成形过程实施仿真，从而突破了零件壁厚均匀化、模具的设计、超塑成形工艺参数的优化等技术关键，采用CAD/CAM技术进行模具CAD/CAM设计和制造，实现(产品、工装)设计、工艺、制造三结合，所制造的某型号复杂薄壁件在形状尺寸精度、壁厚机械性能要求等方面均符合技术指标要求。     

发动机顶盖的数控加工

分析了某型号发动机顶盖组件的数控加工工艺,介绍了保证零件加工质量和加工效率的途径,针对数控加工中存在的变形、加工硬化、程序及测量等难点,提出了解决方案,为数控加工提供了有益的方法。     

一级燃料箱后底环缝错位的研究

为改善一级燃料箱后底环缝的错位变形，提高产品质量，分析探讨了环缝错位变形的形成机理，从装配和焊接两个方面，提出了相应的工艺措施，并在生产中得到了验证，后底环缝错位明显减小。     

大直径铝合金双曲率薄壁件拉深成形技术

为提高运载火箭贮箱的研制效率,利用有限元仿真技术对某运载火箭贮箱瓜瓣零件的成形工艺进行研究。采取理论分析、数值模拟等手段,分析了压边力、压边形式、压延筋、模具间隙等工艺参数对瓜瓣零件成形的影响,对拉深模结构形式及其工艺参数进行优化。结果表明:采用"双曲面+单拉延筋"设计,当模具间隙设为18 mm时,成形零件的最大减薄率在10%以内,满足设计指标要求。     

薄壁不锈钢管数控绕弯成形数值仿真及工艺研究

针对航天某型号薄壁弯管成形难度大、尺寸精度低等问题,提出了数控绕弯成形替代拼焊成形,分析数控绕弯工艺特点及参数确定方法。建立模型对成形工艺参数进行有限元仿真,分析弯曲速度及芯头直径缩减量对不锈钢管成形影响,并通过试验得到优化的工艺参数。结果表明弯曲速度为8mm/s、减小芯头缩减量为0.6mm时,成形零件截面畸变不超过4%,最小壁厚0.65mm,弯曲后管材产生形变强化效果,组织更为细密,成行排列的方向性更明显,提高了零件强度。     

两端缩径发动机壳体整体旋压成形工艺研究

通过分析某型号发动机壳体成形难点,结合我所生产实际情况,制定出新的两端缩径旋压成形工艺,即分段分模旋压成形方式,最后通过小批量生产试验验证了该工艺具有可行性和可靠性,为将来制定生产性工艺奠定了基础,也为其它类似结构发动机壳体旋压工艺的制定提供了借鉴。     

推进剂利用及地面测试系统的故障分析与改进设计

简单介绍了某运载火箭推进剂利用系统及其地面测试系统的工作原理,针对试验中出现的故障问题进行综合试验,采用试验分析的方法,深入研究了试验过程及试验数据,进行精确故障定位,采用修正的判断准则对系统进行改进,试验证明改进效果良好,很好地解决了故障问题。     

长征四号运载火箭的主要特点

长征四号运载火箭是中国长征运载火箭系列的一种型号。1988年,长征四号运载火箭首次使用即告成功,从而使中国长征系列运载火箭的工作范围扩大到了能覆盖包括太阳同步轨道的全部地球轨道。 长征四号运载火箭是在改进长征三号运载火箭一、二级的基础上,新研制第三级而发展起来的。它在继承已有技术成果的同时,采用了不少先进的技术措施。控制系统采用数字式网络、数字式调零方案和双向伺服机构,三级推进系统采用定压全程氦气增压系统和主、副增压管路方案,三级发动机采用铌合金喷管延伸段,姿控发动机系统采用表面张力贮箱,三级贮箱采用高强度铝单层薄壁共底结构等。这些新技术在长征四号运载火箭上都得到了成功应用。 长征四号运载火箭自投入使用以来,两次发射风云一号气象卫星均获圆满成功,已经成为中国长征系列运载火箭中的多用途运载工具。 本文着重介绍了长征四号运载火箭性能优良、用途广泛、可靠性高、经济性好等主要特点,展望了其良好的发展前景。     

运载火箭三子级燃料箱体快速检漏技术的研究

介绍了三子级燃料箱体结构、检漏要求及箱体检漏的方法,分析了三子级箱体检漏中影响灵敏度和检漏时间的因素,对吸枪开启大小、吸氦时间、氦浓度与灵敏度的关系进行了试验,认为吸枪反检氦质谱检漏技术适合于三子级燃料箱体快速检漏。文章还介绍了较佳的工艺参数。     

Equivalent mechanical model for liquid sloshing during draining

For a spacecraft draining liquid fuel during a continuous thruster maneuver, a brief equivalent method is proposed to model the time-varying properties of liquid sloshing for dynamics and control design. The sloshing liquid during draining is equivalent to a set of mechanical model with variable parameters. The model parameters for sample filling ratios are determined by an efficient finite element method according to equivalent principles, while the parameters for other filling ratios are obtained by piecewise linear interpolation. Using the proposed model, forces and torques acted on a Cassini shaped tank by the inside liquid during draining are investigated undergoing several typical motions. Verifications and comparative studies are done with Computational Fluid Dynamics simulations, which confirm the accuracy of the brief model while the sloshing amplitude is small and the flow rate is low.     

带多充液圆柱贮箱航天器刚-液耦合动力学研究

文中以在低重环境下带多充液圆柱贮箱刚性航天器中刚-液耦合方程的建立和求解为主要研究目的。推导航天器中充液圆柱贮箱内任意点的牵连运动方程,根据壁面边界条件给出了贮箱内液体牵连晃动势的表达式;利用第二类边界条件下的傅立叶-贝塞尔级数展开法对低重力环境下的弯曲自由液面处的复杂动力学边界条件进行处理,建立以液体相对晃动势的模态坐标和晃动波高的模态坐标为状态向量的液体耦合晃动力学方程,通过积分分别得到了耦合晃动力和耦合晃动力矩的解析式;运用准坐标系下的拉格朗日方程建立以航天器主刚体姿态坐标和轨道坐标为状态向量的刚体耦合运动动力学方程,进一步联立上述耦合方程得到航天器整体系统的刚-液耦合动力学状态方程;最后,编制出适用于带多充液圆柱贮箱航天器内刚-液耦合动力学计算的模块化计算程序,通过计算实例验证所编程序的准确性的同时,研究了携带多充液箱航天器系统贮箱布局、外激励方式对航天器刚-液耦合系统动力学特性的影响。     

测量不确定的充液航天器自适应鲁棒容错控制

针对三轴稳定充液航天器控制系统中同时存在外部未知干扰,参数不确定,测量不确定和执行器部分失效故障的鲁棒容错姿态机动控制问题进行研究。首先将部分充液贮箱内的晃动液体燃料等效为粘性球摆模型,采用动量矩守恒定律推导出航天器的刚-液耦合动力学方程。然后将变结构控制策略结合范数自适应估计算法设计了自适应鲁棒容错控制器,其中设计的范数自适应控制算法用于有效估计由测量不确定产生的集总扰动的未知上界;自适应估计算法则用于有效估计贮箱内的液体晃动位移变量。提出的控制策略不依赖精确的故障信息,并且在故障信息值不确定的情况下可以实现期望的姿态机动任务。基于Lyapunov稳定性分析方法证明了容错闭环系统状态变量的一致最终有界性。采用数值方法验证了所提控制方法的有效性和鲁棒性。     

液氢贮箱停放过程中的力热分析

为了寻找到运载火箭长时间停放过程中液氢贮箱的最经济液位，用于制定合理的发射流程以及紧急处置方法，采用计算流体力学(CFD)技术，对某型运载火箭停放期间液氢贮箱的力、热情况进行了仿真计算和分析。计算选用了VOF(Volume-of-fluid)两相流模型以及Lee相变模型，为了提高Lee模型在不同压力情况下对相变过程的模拟精度，采用安托因方程修正了该模型。修正后的模型首先由试验数据校验了其精确性，随后开展的液氢贮箱停放过程仿真结果表明：贮箱的竖直方向与径向均存在温度分层的现象，液相内会形成大的漩涡，该漩涡会使得冷热流体不断进行热交换，并导致贮箱内部的液氢出现气化。贮箱停放期间蒸发率最大值超过2 m 3/h，发生在停放4 h左右；而贮箱液位充填至37 m 3以上或17 m 3以下时蒸发率较低，最小值接近1 m 3/h。     

用于PSK载波提取的改进型逆调制环的研究

文章介绍了一种在全数字接收机中可用软件方式实现的MPSK载波提取方法———改进型逆调制环,并给出了性能分析。该方法适用于高速且速率可变的PSK调制技术,能较好地消除悬搁现象,适合于用DSP或FPGA来实现。     

低温推进剂集成管理技术的发展与启示

低温推进剂集成管理技术(IVF)是实现上面级等航天器长期在轨的新技术思路。通过将液氢液氧长期在轨产生的蒸汽与内燃机技术结合,实现贮箱增压、排气、姿控、沉底、发电功能一体化,减小航天器系统质量,增强任务灵活性。回顾了IVF模块设计的发展过程,探讨了IVF的技术优势,与燃料电池技术、蒸发量控制技术对比分析了IVF技术的使用范围及不足,提出了研究气氢气氧内燃机技术、IVF模块方案设计、系统仿真等关键技术的建议,并展望了其应用前景。     

碳纤维复合材料贮箱内压和低温承载行为研究

碳纤维增强聚合物复合材料具有轻质高强的优异特性,是液氢液氧燃料贮箱的理想材料。然而液氢液氧燃料贮箱在服役时要承受极低温度载荷,复合材料贮箱箱体的低温结构可靠性尚未可知。开展了碳纤维/环氧复合材料缠绕贮箱结构在温度和内压载荷下的变形及损伤研究,分别进行了常温/低温抗渗漏测试,结合应变测量、声发射监测、氦质谱检漏等方法分别研究了内压以及低温工况对复合材料贮箱的应变分布及损伤泄漏状态影响机制。研究结果表明,封头与圆筒区域交界处易产生应变集中,低温载荷导致复合材料局部小幅度基体损伤及纤维/基体界面脱粘,但并未影响贮箱箱体承压性能和气密性。本研究可为未来大型航天器减质设计提供参考。     

含板类柔性附件的充液航天器动力学研究

对含有板类柔性附件和曲壁轴对称充液储腔的复杂航天器系统进行动力学建模和耦合机理研究。首先，采用Kirchhoff-Love薄板理论对航天器的板类柔性附件进行研究，通过D’Alembert原理得到柔性附件的振动方程，运用模态假设法将混合方程转换为常微分方程。其次，通过推导充液航天器储腔内任意点的运动，得到储腔液体的牵连速度势函数，采用Gauss超几何级数得到液体相对速度势函数的解析形式，通过Hamilton变分原理推导液体晃动的运动方程，以及液体速度势函数模态系数的控制方程。最后采用准坐标Lagrange方程得到耦合航天器系统的状态方程，通过数值仿真校验系统动力学模型的有效性。研究结果表明，刚性平台、液体、柔性附件的相互耦合效应使得航天器系统存在复杂动力学行为，在复杂航天器系统动力学建模过程中需要充分考虑液体晃动和柔性附件振动的影响，柔性附件的安装位置对于耦合航天器系统的动力学行为也有着重要影响。     

利用气浮技术进行贮箱晃动试验方法研究

针对某型号大容积贮箱,其晃动特性直接影响到整个系统的动力学特性及轨道控制系统。为了获得该贮箱不同工况下的一阶自由晃动频率,首次提出利用气垫悬浮技术进行贮箱晃动试验的新方法,利用该方法设计出一整套试验系统,该系统包含试验件、激励系统、气浮控制系统、数据采集系统及加注排放系统等。使用试验系统开展不同工况条件下的液体晃动试验,并用CFD软件对该贮箱进行时域分析,结合傅立叶变换最终获得仿真结果。分析比较晃动试验结果、理论计算结果及CFD仿真计算结果,结果显示3种结果一致吻合,测试系统的可靠性和理论CFD仿真结果的正确性均得到验证。