液体火箭发动机喷管延伸段制造新技术

对未来液体火箭发动机喷管延伸段制造技术——激光焊接夹层结构的加工工艺进行了详细的论述,包括内外壁的成型、加工、激光焊,以及已申请专利的焊缝跟踪系统等,最后介绍了此工艺技术的后续发展及未来应用。     

铝合金CO2激光-TIG电弧复合焊接试验研究

以LF6铝合金为材料,开展了CO2激光-TIG电弧复合焊接工艺试验研究。试验结果表明,与单激光或TIG电弧比较,激光-TIG复合焊接可以提高焊缝熔深,改善焊缝成形,降低气孔和下塌等焊接缺陷。在此基础上,进一步研究了不同工艺参数对焊缝成形的影响,探索了铝合金激光-TIG电弧复合焊接的可行性。     

电流对激光-电阻复合焊接铝合金焊缝成形的影响

采用激光-电阻缝焊复合焊接进行了铝合金T型接头焊接试验,并通过改变滚轮电极形状、电流流过方式和电流大小等研究了不同焊接电流对焊缝成形的影响规律。试验结果表明:对于单侧双滚轮电阻缝焊与激光复合焊接来说,采用圆弧形滚轮电极,一滚轮作用于蒙皮、另一滚轮作用于骨架进行复合焊接,有利于获得良好的焊缝成形和优质焊接接头。此外,激光-电阻缝焊复合焊接铝合金T型接头的焊缝组织与力学性能测试结果表明:与单激光焊接相比,激光-电阻缝焊复合焊接虽然由于热输入量增大,导致析出相明显长大;但由于复合焊接增加了搭接面熔合尺寸,焊接接头抗剪力可以提高24.7%左右。     

航天飞机发动机的焊接

美国洛克威尔公司Rocketdyne分公司用机器人气体保护钨极电弧焊焊接航天飞机主发动机.该公司在独特的焊接结构中采用的是高强度合金钢,其中包括镍基和铁基的铬铁镍合金和不锈钢.采用机器人技术能解决这一焊接所带来的难题.这项技术包括初步使用预编程机器人焊接单元、视觉焊缝跟踪器、焊缝熔池焊透传感器和脱机编程.对该焊接系统结构、性能和操作顺序作了详细介绍.焊接系统的核心是Cybotech机器人和RC-6控制器.最后叙述马歇尔空间飞行中心和Rocketdyne公司对这一技术的研究工作.     

自锁阀激光焊接工艺研究

研究了自锁阀激光焊接焦点位置与焊缝熔深之间的关系、焊接速度和激光功率与焊缝熔深之间的关系,分析了随着激光功率增加,不同焦点位置的焊接过程依次经历稳定热导焊,热导焊、深熔焊交替进行的不稳定焊接和稳定深熔焊接三种模式,进而研究了稳定焊接模式下工艺参数与焊缝熔深之间的关系,得出了自锁阀在稳定焊接模式下的最佳焊接工艺规范参数.采用该激光焊接工艺规范焊接的常压和高压自锁阀焊缝外观质量、气密、液压以及焊缝氦质谱检漏试验结果全部满足设计要求.常压和高压自锁阀已经应用于嫦娥五号、探月工程、东风导弹武器系统、货运飞船、921-3推进分系统、东方红三号等推进系统的液体火箭发动机之中.     

基于角动量守恒的空间机器人动力学参数辩识

空间机器人由于加工、装配误差以及在轨燃料消耗等因素使其名义公称参数与实际 动力学参数相比存在一定的误差。空间机器人路径规划和地面机器人不同,其广义雅克比 矩阵包含动力学参数,使计算的轨迹偏离实际要求的路径,引起末端位姿误差。本文根 据自由飘浮空间机器人的角动量守恒方程式,对一种两自由度空间机器人的基座以及机械臂 的各个关节分别单独做三次多项式轨迹激励,利用基于偏差模型的最小二乘法和遗传算 法对动力学参数进行辨识。仿真结果表明,遗传算法的计算稳定性和对动力学参数辩识精 度优于最小二乘法。〖JP〗     

激光焊接TC4钛合金组织性能研究

研究激光焊接对TC4钛合金焊缝成形和力学性能的影响,并利用OM、XRD和TEM等手段对焊接接头的显微组织特征进行了分析。结果表明,激光焊接TC4钛合金成形较好,但在焊缝熔合线附近容易产生圆形气孔。焊缝由单一的α′马氏体构成,并呈网篮状分布。热影响区组织为α′马氏体和初始α相。焊缝和热影响区的显微硬度明显高于母材,而焊缝的硬度最高且硬度分布平缓。TC4钛合金焊接接头的室温平均抗拉强度为1126MPa,与母材的抗拉强度相当,延伸率为11.12%,比母材略低,焊接接头均断在母材区域。     

膜片隔离阀脉冲激光焊接工艺分析

膜片隔离阀广泛应用于单组元液体火箭发动机,金属膜片和壳体的激光焊接是该产品需重点关注的工艺过程。通过分析产品焊接结构,得出宜采用热导焊、短焦镜头和低峰值功率进行膜片隔离阀脉冲激光焊接的结论。设计脉冲宽度、脉冲频率、重叠系数和离焦量的4因素正交试验,通过分析焊缝外观质量和接头熔深,获得各因素影响焊缝熔深的主次顺序及适用于膜片隔离阀的激光焊接参数。提出采用修正功率密度综合表征脉冲能量和离焦量对熔深的影响,分析结果表明,焊缝熔深随着修正功率密度的增加而增大,膜片隔离阀需选取较小修正功率密度和较低焊接速率或者较大修正功率密度和较高焊接速率来满足其性能要求。采用正交试验获得的激光焊接工艺规范所生产的膜片隔离阀,焊缝质量、密封质量和破裂压力稳定性均能满足设计要求。目前,膜片隔离阀已配套至多种型号飞行产品,并通过了飞行及试车考核。     

推力室外壁机器人自适应焊接控制研究

针对推力室外壁焊缝坡口进行机器人焊接控制的研究,并基于主动式激光传感器获取坡口参数,通过建立坡口-参数-焊缝的模型来实现推力室外壁的自适应焊接,从而保证推力室焊接质量的一致性。在"静态"研究的基础上,进行推力室焊接过程"动态"坡口结构参数与工艺参数最优匹配的研究,建立了推力室外壁坡口自适应焊接参数模型。结合模糊控制算法搭建了焊接自适应控制系统,完成了推力室模拟件的焊接试验,验证了模型与自适应焊接系统的适用性。针对液体火箭发动机推力室专用S-06,1Cr21Ni5Ti等材料建立了热丝TIG焊接参数计算模型,可覆盖深度5～12 mm的推力室对接坡口。在SIMULINK平台下针对控制响应速度优化了焊接自适应控制系统的调节因子。自适应试验件焊缝熔合良好,X射线检测合格,强度均高于母材强度的90%。     

准分子激光加工表面轮廓的分形分析

准分子激光加工是解决MEMS中微摩擦问题的手段之一。通过研究准分子激光加工表面轮廓的分形特性,探索准分子激光加工表面轮廓分析中的应用问题,如分形参数表征和分形插值模拟等。     

分维与粗糙度参数表征的相关性研究

探讨了准分子激光加工表面分维与粗糙度参数表征的相关性,指出:对准分子激光加工所得的表面,粗糙度 Ra与分维 D 对于不同的加工对象有不同的对应关系,加工条件(扫描速度、放大器电压、脉冲频率)对准分子激光加工表面的影响有一个共同点,就是它们对 Ra和对 Rq的影响趋势是一样的。二遍激光比一遍激光加工的精度要高。     

运载火箭燃料贮箱的机器人焊接技术研究

在"示教-再现"型弧焊机器人的基础上增加了视觉传感功能,通过视觉传感器实时检测焊缝间隙,利用计算机调整焊接工艺,保证焊接的稳定性。根据我国航天运载火箭燃料贮箱LD10铝合金材料的特性,开发了稳定、快速的图像处理算法和焊接工艺控制算法,提出了一套具有智能化的机器人焊接系统。     

基于蒙特卡洛法的空间机器人工作空间计算

工作空间是衡量机器人工作能力的一个重要运动学指标。由于存在动力学耦合,空间机器人工作空间分析比地面机器人复杂得多。文章采用数值方法,即蒙特卡洛法分析空间机器人的工作空间。首先,采用虚拟机械臂（VM）建模方法建立空间机器人位置级运动学模型,并推导出了基座位姿固定、自由飞行、自由漂浮三种模式下的位置级运动学方程;然后,提出...     

铌铪喷管延伸段激光点焊工艺研究

通过研究δ_1=1+1 mm和δ_2=1+0.7 mm两种厚度组合的Nb Hf10-1铌铪合金搭接结构圆形轨迹运动方式激光点焊焊缝熔深与焊接速度、焊缝熔深与焊接功率以及焊缝抗剪力/热输入量与试验序号之间的关系,得到了激光点焊工艺规范,安装有采用该工艺规范焊接完成的Nb Hf10-1铌铪合金喷管延伸段的发动机通过了高模试车考核。     

一种可移动检测机器人站位规划策略

针对大型舱体舱外有效载荷支架检测过程中机器人站位难以确定的问题,提出一种规划策略。首先,结合机器人正运动学构建检测环境的数学模型,分别从舱体轴向与径向初步划分工作区域。然后,基于遗传算法(GA)优化检测视点次序并对工作区域栅格化处理,结合工作区域内对应视点位姿信息及关节转角约束,通过机器人逆运动学求得满足约束条件站位。最后,考虑不同关节转角误差对机器人末端精度和机器人运行过程安全性的影响,对检测过程各关节角度变化方差加权处理并构造优化函数。通过算例验证了所构建的模型及方法的可行性,结果表明该策略能够得到满足检测需求的优化站位。     

2219铝合金激光-TIG复合焊接头特性分析

采用CO_2激光-TIG复合焊接对4mm厚2219铝合金开展焊接工艺研究,分析了不同电流对焊缝组织形貌以及接头性能的影响。分析结果表明,由于焊缝晶粒组织形态和尺寸均发生了变化,焊缝的显微硬度要小于母材和热影响区,在2219复合焊接头中存在明显的接头软化现象。接头的最大抗拉强度为母材的70.84%,断裂发生在试样焊缝边缘位置。     

柔索牵引式力觉交互机器人工作空间分析

为了在地面上实现航天员的虚拟作业训练,基于柔索牵引式并联机器人,研究了与VR技术结合的柔索牵引式力觉交互机器人的力螺旋可行工作空间。建立平面柔索的静力学模型,分析竖直平面内4柔索3自由度末端执行器不同位姿及人机交互力下的力螺旋可行工作空间,对比分析了柔索牵引式力觉交互机器人在实际应用中交叉柔索不同布局方式、外力旋量和末端执行器不同结构参数对力螺旋可行工作空间的影响。确定了合理的柔索牵引式力觉交互机器人的力螺旋可行工作空间、合理的柔索布局、末端执行器的结构参数。因为柔索牵引式力觉交互机器人具有工作空间大、可以提供较大的力及力矩、刚度可变、安全性高、人机交互性强等优点,因此可以满足航天员虚拟作业训练的需求。     

机器人铣削加工动态变形误差预测与在线感知

航天舱段零件的机器人铣削加工中,强激励铣削力作用下的动态加工变形是影响加工精度的重要因素,复杂工况下动态误差的离线理论预测难以准确反映实际变形误差。为此,考虑加工过程中复杂工况下不确定性因素对动态变形误差的影响,本文提出了融合在线测量位姿、力数据的动态误差预测方法。首先,建立动态变形误差理论预测模型,引入加工误差预测偏差项;其次,结合有限实验数据对预测偏差的影响因素进行主成分分析(PCA),提取信息贡献率大的主成分作为特征向量,利用支持向量机(SVM)建立预测偏差关于特征向量的动态误差预测回归模型;最后,构建基于机器人关节位置和切削力测量数据的加工动态误差预测模型,实现动态误差在线感知,为加工精度控制提供数据基础。     

空间3R机器人工作空间分析

由于存在动力学耦合,空间机器人工作空间的分析比地面机器人复杂得多,以往的研究仅针对平面运动的情况,本文探讨了三维工作空间的分析方法。首先根据基座的不同控制策略,推导了基座位姿固定、自由飞行及自由漂浮三种模式的运动学方程,然后分析相应的工作空间。基座位姿固定时,采用几何分析法;基座自由飞行时,借助虚拟机械臂分析其受限工作空间;而对于自由漂浮模式,结合角动量守恒方程,提出了计算路径相关工作空间和路径无关工作空间的数值算法。文中以3R机器人为例进行实际计算,比较了各种工作空间的特点。最后讨论了动力学奇异回避方法,并提出减小其影响的建议。     

低温贮箱环缝焊接工艺

通过研制、改进焊接工装 ,完善装配、焊接工艺 ,基本上解决了低温贮箱装配错位和对合间隙不均匀问题 ,提高了焊缝一次交检合格率 ,大大减少了贮箱焊接后的变形量 ,提高了贮箱环焊缝的质量和可靠性。