焊接技术在航天飞机上的应用

焊接技术是制造航天飞机的主要工艺技术,它对确保航天飞机零、部件的轻重量、高可靠性和长寿命有着十分重要的作用。本文简述了先进的焊接术在国外航天飞机轨道器、主发动机、反作用控制发动机、轨道机动发动机、固体火箭发动机壳体和外贮箱等主要部件上的应用情况。此外,对我国航天飞机焊接技术的发展提出了建议。     

超塑成型工艺降低了铝部件的加工成本

超塑成型工艺降低了铝部件的加工成本据美国ＮＡＳＡ兰利研究中心报道，该中心采用超塑成型（ＳＰＦ）工艺制造了用于航天飞机低温推进剂外贮箱上的铝加强肋部件，从而替代了传统的机加工方法。过去，加强助的制造首先是将铝板加工成纵向Ｔ型梁，然后再焊接在一起。这一过...     

航天贮箱材料及其焊接性

本文简述了贮箱材料、材料的焊接性及大型贮箱选材方案的发展。Al-Mg系合金焊接性能较好,但力学性能较低;Al-Cu-Mg-Si合金力学性能较好,但焊接性能较差,贮箱焊接技术较复杂。Al-Cu-Mn合金综合性能较好,近代已用于运载火箭、航天飞机的大型贮箱和密封舱体。     

火箭贮箱结构材料应用及发展现状

火箭贮箱是运载火箭的重要组成部件,但服役环境相对恶劣,在储存液体推进剂的同时还承担着复杂的结构载荷。结构材料是贮箱制造发展的根本,也是航天运载器变革的关键。本文主要介绍国内外运载火箭贮箱结构材料的应用及其发展现状,对铝合金、不锈钢、钛合金等金属材料以及复合材料贮箱进行了综述,系统性地总结了贮箱材料的变革历程和应用情况,并对未来贮箱材料的发展方向提出新的见解与展望。     

复合材料贮箱在航天飞行器低温推进系统上的应用与关键技术

复合材料低温贮箱的研制与开发是集合了多学科的复杂科学工程。航天技术的发展对航天飞行器性能提出了更高的要求,使得低温推进系统成为了研究重点。为了进一步提高航天器的性能,必须从结构的减重入手,贮箱作为低温推进系统中最大的部件,成为了未来重点发展方向。用碳纤维增强复合材料(CFRPs)代替铝合金用于制备可重复使用飞行器(RLV)的燃料贮箱成为近些年各个航天大国的重点研究方向。本文介绍了复合材料低温贮箱在航天飞行器领域研究与发展的过程,介绍了复合材料低温贮箱的一些典型型号,总结了发展复合材料低温贮箱所需解决的技术问题。     

NASA增加“战神”V火箭运载能力

美国重返月球的先期工作正在进行中，NASA规划者为“战神”V（Ares V）火箭尝试性地增加了一个发动机，还增加了航天飞机衍生型固体火箭助推器的长度，以便安装一个更大的液氢贮箱。     

微贮箱移动电子束焊接传热数值分析

建立了某姿轨控发动机推进剂贮箱移动电子束焊接热源的焊接温度场数值仿真模型，采用锥体热源描述电子束焊接热源，通过等价比热容法来处理熔化潜热，得到电子束焊接过程中贮箱温度、焊接熔池形状和尺寸随时间的变化状况.结果表明:仿真计算所得贮箱温度与实测数据的差异小于10%.在焊接过程中，利用安装在贮箱外表面的纯铜散热盘可以将贮箱半膜处的温度从503K降低至364K以下，避免了焊接过程中贮箱温度过高出现结构损伤.该计算方法与结构散热方式可为其他产品的焊接提供借鉴与参考.      

纤维缠绕球形贮箱刚度分析

对纤维缠绕球形贮箱在外压、内压和温差等作用下,进行应力、变形和稳定性等结构刚度分析。结果表明,与金属材料贮箱相比,纤维缠绕球形贮箱具有显著的刚度约束条件,如临界卸载内压和临界温差等。纤维缠绕球形贮箱在按强度要求进行结构设计和分析的基础上,还需校核刚度约束条件。为此,提出了纤维缠绕球形贮箱结构稳定性的各类临界载荷包括外压、卸载内压和温差等的计算公式及判据,为结构方案设计和研制的试验提供参考。     

低温推进剂贮箱压力变化的CFD仿真

为预示低温推进剂贮箱在地面停放阶段的压力变化并研究贮箱内物理过程的相互作用关系,建立了包含液体推进剂和混合气体两相的二维轴对称volume of fluid(VOF)计算流体力学(CFD)模型,并引入了基于热力学平衡假设的推进剂相变模型.对实验液氢贮箱进行仿真得到的压力上升速率与实验结果相差9.1%.通过对地面加压停放阶段下的液氢和液氧贮箱的仿真发现:造成液氢贮箱压力上升的主要因素是壁面漏热对气枕的加热作用,而液氢蒸发影响更小,液氧贮箱在加压停放阶段初期明显受到液氧相变的影响.两个贮箱中液面附近的对流运动在不同的气液传热过程作用下有不同的变化趋势,对流运动会影响推进剂的相变进而影响贮箱的压力变化.      

航天用气瓶、贮箱分类及制造技术

气瓶、贮箱等压力容器是航天结构动力系统的关键部件,本文对我国目前航天用气瓶、贮箱产品分类及发展现状进行概述,介绍了航天用气瓶、贮箱的制造技术,并分析预测未来我国航天事业发展中,气瓶、贮箱等压力容器产品高性能化、轻质化、系列化的发展趋势。     

重复使用液氧贮箱设计、制造与试验研究

重复使用贮箱是重复使用运载器的关键部件,使用寿命长,受力复杂,构型独特,是重复使用运载器研制的难点,为找到一种科学合理的研制方法,本文对重复使用液氧贮箱的设计、制造与试验进行研究。在传统火箭贮箱研制的基础上,进行了创新研究,阐述了设计思想、设计理念和贮箱材料选择,发明了液氧贮箱的前支撑、消能器与箱内附件的连接结构;对箱底的成型工艺和箱体的焊接方法进行研究得出：整体旋压成型工艺优于传统的瓜瓣拼焊工艺,真空电子束焊接可以保证箱体质量和尺寸精度;关于试验的创新包括用试片级前支撑结构选型试验和强度极限试验取代全尺寸真实环境试验,进行箱外消能器测试而不是箱内测试,以及将光纤检测技术纳入传统的箱体静力试验。     

重复使用轨道器的若干关键工艺材料问题

本文借鉴美国航天飞机和国外研制第二代重复使用轨道器对主发动机系统、主推进剂贮箱、防热系统的材料选择以及有关的关键工艺问题进行了探讨。 美国航天飞机发动机所出现的故障中,尤以燃料管产生裂纹最为突出。由此可见,为确保轨道器重复使用,对各零部件正确选材并选择合理的加工工艺以使其有足够的强度与寿命是极为重要的。     

钛合金球形贮箱异常声发射信号分析

针对钛合金贮箱制造检测工艺过程中经常发生的质量偏差,通过对球形钛合金贮箱两例异常声发射幅度、时间历程以及定位结果等进行综合分析。结果表明,声发射检测技术对贮箱制造工艺状态偏差具有很强的敏感性,声发射检测结果不仅能反映贮箱产品的强度质量,还能反映贮箱制造工艺状态的稳定性和偏差。     

超大直径贮箱轻质防晃结构连接方案设计

正防晃结构是运载火箭贮箱的重要组成部分,对提高推进剂晃动阻尼、降低推进剂晃动质量和晃动振幅起到了至关重要的作用。在重型运载火箭超大直径推进剂贮箱结构设计、制造及验证技术研究中,同时需开展贮箱箱内附件——轻质化防晃结构研究。工程上,最常用的液体晃动抑制方法是在贮箱内安装     

重复使用贮箱结构选材及评价标准研究进展

可重复使用低温贮箱是发展重复使用运载器的关键领域之一.本文从国外重复使用贮箱结构材料选用及评价标准、国外贮箱结构设计取值方法及材料体系、贮箱结构材料试验体系三方面综述了重复使用贮箱结构材料选用及评价标准研究进展.系统介绍了泡沫材料、先进铝锂合金材料以及复合材料等在重复使用低温贮箱上的应用情况以及评定上述材料的试验方法.     

空间用贮箱流固耦合动力特性分析

针对薄壁贮箱的流固耦合问题,在理论分析基础上,采用有限元数值方法进行贮箱在充液不加压和充液加压两种工况下的模态分析,得到流固耦合下贮箱的含阻尼非线性固有频率等动力学参数。最终,总结和分析流固耦合动力学分析结果,给出了贮箱在设计和使用过程中需要关注的两点:一是振型基本均为呼吸状,二是流体的密度、声速会影响流固耦合模型的模态频率。     

推进飞行器低温推进剂在轨贮存被动蒸发控制方案研究

在对低温推进剂在轨贮存技术简要概述的基础上,针对推进飞行器的2种构型,提出了3种低温推进剂在轨贮存被动蒸发控制方案,建立了技术方案中复合绝热结构和蒸汽冷却屏的传热分析模型,对不同轨道、不同构型和多个蒸发控制方案的低温贮箱漏热量和蒸发量进行了计算和分析。结果表明,绝热结构隔热性能为0.05 W/(m2·K)时,被动蒸发控制方案可控制液氢贮箱蒸发率为0.4%~1.1%/天;近地轨道低温贮箱的蒸发量明显大于地月转移轨道的蒸发量;蒸汽冷却屏可以明显减小低温贮箱的漏热;随着绝热结构隔热性能的增加,低温贮箱的漏热量减小。     

大型运载火箭低温复合材料贮箱设计研究进展

不同于传统铝合金焊接装配贮箱设计,复合材料贮箱设计重点是在分析其全寿命周期载荷工况下复合材料基体微裂纹萌生和损伤扩展的基础上,通过有效的设计手段防止其所盛装的低温推进剂(LOX、LH2)泄漏。本文分别对低温用树脂基复合材料及其性能、复合材料贮箱设计准则、贮箱主要部段的结构设计等方面进行了综述,并对复合材料贮箱发展前景进行了展望。     

重复使用火箭贮箱焊接接头失效准则及高风险失效危险区确定研究

贮箱是重复使用火箭的关键部件之一,焊缝的完整性评定是重复使用火箭贮箱设计制造的难题。本文根据断裂力学弹塑性原理及双参数2A级失效评估方法,对重复使用火箭贮箱焊缝裂纹进行定量评估。基于贮箱焊缝完整性评定流程,给出求解贮箱箱底焊缝剩余强度和临界裂纹尺寸的方法,结合实例确定了典型贮箱高风险失效危险部位。计算结果表明,结构临界裂纹尺寸随外加应力增加而减小,剩余强度随临界裂纹长度增加而减小;在相同外加应力下,临界裂纹尺寸随结构外径的降低而减小;在一定临界裂纹尺寸下,剩余强度随结构外径增加而增加。     

复合材料层合结构低速冲击后的渗漏性能

对复合材料贮箱结构进行低速冲击试验,并测试冲击后贮箱结构的渗漏性能。试验结果表明,当层板内部的基体损伤和分层损伤构成贯穿的通路后即导致贮箱渗漏,并且贮箱结构的冲击能量渗漏门槛值介于23~25J之间。在试验基础上建立了有限元模型以分析冲击后贮箱结构的内部损伤情况,并判断结构是否渗漏,计算结果与试验吻合良好。在计算模型的基础上对曲面贮箱结构的冲击渗漏性能进行分析。