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松鼠的空天随笔

 
 
 

日志

 
 

先进制造技术助推“长征”火箭腾飞  

2010-10-13 15:34:13|  分类: Space |  标签: |举报 |字号 订阅

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      ──首都航天机械公司运载火箭制造技术发展

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       航天制造技术作为现代工程制造技术的重要组成部分,对国民经济的发展以及国防实力的增强具有极为重要的作用。首都航天机械公司作为我国最大的运载火箭总装 集成制造企业,经过50多年的发展,其火箭制造技术取得了重大成就,仅1984年至今,公司就获得部级以上科技进步奖111项,有力地促进了多种型号运载 火箭产品生产任务的完成。
      一、运载火箭制造技术的发展及成就
      首都航天机械公司是一家拥有百年悠久历史的企业,制造技术随企业发展经历了不同的阶段,每个阶段都取得了骄人的成绩。1958年开始仿制时,制造技术以铆接装配为主。为确保仿制工作的顺利完成,公司工程技术人员群策群力,着力发展了焊接、钣金成形等技术。实现了铸铁冷焊技术的突破,取得了显著的经济效益 与社会效益。在仿制发动机过程中,先后解决了推力室冲压成形、冷却小孔加工、涡轮泵大型铸件等近百项技术关键。通过仿制工作,公司的制造技术实现了第一次 跨越,为我国运载火箭的自主研制奠定了基础。
       1960年至70年代末,公司结合型号研制任务,先后自主研制了我国第一台大型高温钎焊炉、第一台大型真空高温辐射炉等关键装备,突破了铝合金贮箱箱底拼 焊、推力室身部及喷管延伸段钎焊、不锈钢材料化学铣切等关键技术,有力地保障了以某型号氢氧发动机、长征一号运载火箭为代表的各型号研制生产任务的顺利完 成。我国因此成为世界上第三个掌握氢氧火箭技术的国家
       二十世纪八九十年代,伴随着长征二号系列、长征三号系列运载火箭的研制,公司加快了制造技术的发展速度。在此期间,公司规范了技术管理,成立了工艺研究 所,初步形成了火箭制造技术体系,突破了铝合金箱底整体旋压、钛合金气瓶研制等关键技术,有力地促进了航天制造技术的发展,保障了型号研制的顺利进行。
       进入二十一世纪,公司结合型号研制需求,广泛开展工艺研究工作,促进了火箭制造技术的快速发展,公司已经发展成为我国最大的运载火箭等航天产品制造基地和 国内唯一生产氢氧火箭发动机的制造企业,拥有80多个专业、13多个工种、1500多名工程技术人员和数千台套各类加工设备,具备了以锻铸造、焊接、钣 金、数控加工、特种加工、总装测试等为代表的综合制造能力,形成了完整的制造技术体系,运载火箭总装集成技术、大型铝合金贮箱集成制造技术、氢氧发动机制 造技术已经达到国内同行业领先水平。
      1. 运载火箭总装集成技术
       公司拥有现代化的总装测试厂房、先进的总装测试工艺设备和一流的总装测试队伍,总装协调、质量特性测量与配平等全国独有或处于领先地位的技术,使公司在中 国运载火箭研制总装领域独占鳌头。截至目前,研制总装了“长征”系列10种型号运载火箭,在长征系列运载火箭完成的127次发射中,公司总装完成的达到95枚。其中,仅用了18个月时间就完成了我国第一枚大型捆绑式运载火箭的研制,创造了世界火箭研制史上的奇迹。目前,公司正全力研制的新一代运载火箭长 征五号,将会为我国探索更广阔的太空提供保证。
      2. 大型贮箱集成制造技术
        铝合金大型贮箱具有结构尺寸大、重量轻、刚性弱、可靠性高等突出特点,并且工作环境恶劣,有密封、承压要求,其制造是焊接、钣金、表面处理、机械加 工等多专业集成制造能力的体现。经过多年技术研发,公司具备了运载火箭常、低温贮箱自动化焊接等一整套制造手段,其贮箱焊接综合实力处于全国领先地位。公 司是国防科技工业焊接自动化技术研究应
用中心的应用依托单位,低温贮箱自动化焊接、贮箱纵缝搅拌摩擦焊等技术在国内具有领先优势。在国内率先实现了2.25米、3米、3.35米三种规格贮箱箱底自动化焊接;完成了国内首件5米叉形环的数控加工、首件5米贮箱箱底的自动化焊接。2009年,随着长征三号丙运载火箭成功发射,公司采用搅拌摩擦焊制造的燃料贮箱在运载火箭上首次实现了飞行。
      3. 氢氧发动机制造技术
       公司研制总装了我国第一台氢氧发动机。经过几十年的研发,公司具备了发动机喷管自动化焊接、涡轮转子特种加工、低温阀门制造等国内领先的制造技术。发动机 喷管延伸段由数百根空间螺旋薄壁方管焊接而成,产品焊接曲线复杂,单管尺寸小、管壁薄,焊接难度大。经过多年攻关,公司在国内首次实现了喷管延伸段机器人自动化焊接,达到了国际同期先进水平,填补了我国大型薄壁复杂空间曲线自动化焊接技术的空白。整体式涡轮盘是航天发动机的核心部件,产品精度高,普通加工方法无法加工。公司采用电解加工、电火花加工等国内领先的特种加工技术,实现了带叶冠整体涡轮盘、喷嘴叶栅环等零件的高精度加工,填补了多项国家空白,获得了多项部级以上科技进步奖。目前,正在研制的新一代运载火箭大推力氢氧发动机,将使我国的氢氧发动机技术跨上一个更高的台阶。
      4. 大型非标准设备设计制造技术
        随着新一代运载火箭长征五号的立项研制,公司从3.35m制造能力平台向5 米平台逐步延伸,在大型非标准设备研制领域,形成了一系列具有自主知识产权的核心技术,独立设计完成了5米贮箱环缝焊接系统5米贮箱箱底焊接系统整流罩铆接型架等国内首台套大型非标准设备。5米贮箱总装环缝焊接系统,在功能、规模上均属国内首创。
经过航天几十年的技术积淀,公司形成了强大的集成制造能力,为我国未来航天事业的发展奠定了坚实的基础。舱外航天服,是对公司系统集成制造能力的集中展 示。一年半时间内,公司先后攻克了多项关键技术,完成了11件舱外航天服躯干结构的交付,获得15项国防专利申请号,填补了国内舱外航天服制造的多项空 白。
      二、运载火箭制造技术的未来发展
       从国内外发展来看,运载火箭总体发展趋势是朝着大型化、提高运载能力和小型化、具备快速机动发射能力两大方向发展,同时提出了“安全、可靠、环保、廉价”等技术要求。运载火箭的发展趋势对其制造技术的需求主要体现在以下几个方面。
       大型化结构制造与装配:未来重型运载火箭芯级直径达到9米。低温贮箱、铆接部段、框环等超大型箭体结构件的制造是影响其研制的技术关键。200吨级氢氧发动机是未来重型运载火箭芯级的主发动机,综合国内外发动机发展情况,目前国内在推力室制造、喷管延伸段制造、涡轮泵及阀门制造等方面存在差距。另外,重型运载火箭的总装测试以及大型工艺装备的设计制造也是必须突破的技术关键。
       数字化快速制造:从新一代运载火箭研制可以看出,未来运载火箭的制造需要全面实现数字化,工艺管理要实现信息化。目前运载火箭尚处于由二维研制向三维研制的过渡阶段,还未全面打通产品的三维制造链路,需要沿着信息化机械化复合发展的道路不断向前发展。
       绿色环保的火箭制造技术:从国外火箭发展以及国家政策发展来看,绿色环保越来越受关注,未来火箭明确提出了绿色环保及低成本的需求,需要逐步淘汰落后工艺,发展绿色环保火箭制造技术。
高安全、高可靠火箭制造:未来火箭发射将大量承担载人发射任务,对其可靠性、安全性提出了更高要求,其制造技术首先要满足高可靠性要求,必须深入开展工艺研究,引进先进技术,提升检测能力,加强过程控制,全面提高工艺可靠性。
      三、火箭制造技术对企业发展的启示
      1. 火箭制造技术的发展,是推动企业快速发展的重要力量
       运载火箭制造技术迅猛发展,为公司带来了显著的经济和社会效益。伴随着运载火箭的研制,公司的制造技术与能力实现了一次又一次跨越,促使公司制造能力实现 了2.25米向3.35米平台的跨越,目前又促使公司从3.35米向5米制造能力平台跨越,未来重型运载的研制必将推动公司制造技术的又一次跨越,成为公 司快速发展的巨大推动力。
      2. 自主研发、大力投入,促进制造技术的快速发展
       首都航天机械公司运载火箭制造技术始终坚持自主研发为主,外部引进为辅,这是几十年航天事业发展取得的宝贵经验,面对未来发展,公司必须一如既往坚持自主研发,多渠道、多方位地争取经费,加大研发投入,提升航天产品制造能力,促进公司火箭制造技术的快速发展。
      3. 交流合作,才能保证火箭制造技术的先进性、前瞻性
       虽然过去几十年,火箭制造技术取得了辉煌成就,但技术水平与国外航天强国相比还存在不小差距,必须开展针对性较强的技术交流合作,了解国内外先进技术发展情况,并结合自身需求充分利用外部技术资源,开展合作,才能保证火箭制造技术的先进性和前瞻性。
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