航天科技一院最大规模火箭低温静力试验成功

文章来源:中国航天报 发布时间:2013-12-20

听到现场传来试验成功的消息时,中国航天科技集团公司一院702所试验主管杨蓉兴奋不已。虽然算得上是“身经百战”的“老航天”,可是说起这次试验,她依旧记忆犹新。

“新一代运载火箭长征五号,顺利通过芯一级氧箱和箱间段联合体低温静力试验考核,这是一院迄今为止完成的国内最大规模低温静力试验”。消息一经传出,相信不仅是杨蓉,很多航天人都会为之振奋。

低温静力试验,是飞行器进入太空前最为重要的试验之一,只有通过这些“考核”,火箭和飞行器才能够顺利飞向太空。

真实 再真实一些

杨蓉说:“这次长征五号芯一级氧箱和箱间段的低温静力试验,是考核联合体的传力设计以及载荷能力是否能满足要求,因此相比真实飞行状态载荷,要施加更多加载力,因此,对试验提出的要求也就更高了。”

如何能够设计出最贴近真实的飞行状态,是从事模拟仿真试验人员一直追求的目标。因为只有最大程度上贴近真实飞行状态,才能够得出更为准确的测试数据。

在以往的静力试验中,将参试产品“倒”过来,固定在试验台上从上向下进行加载,模拟飞行中力的作用状态。试验件从下向上安装,工人们习惯将其称为“搭积木”,这样的试验安装方式已经用了几十年。

可是在接到这次长征五号试验任务时,设计人员要求将火箭“吊”起来进行测试,对产品上端进行固定,在空中悬挂开展试验,不再采用倒立安装试验件的方式来对火箭进行静力加载。“虽然只是简单的一‘倒’,却更加贴近了火箭发射时推力向上的状态,可是也给试验人员带来了很多麻烦。”杨蓉说。

记者了解到,试验平台就是一个大问题,既没有如此高大的试验台,也没有试验台能够承受如此大的载荷,即使有了这样的试验台,如何安装也是个大问题。

在安装过程中,要将直径5米的试验件安装在试验台上,并且两者间的空隙只有5厘米,这其中的难度可想而知。试验团队为此特意搭建了一个离地超过17米高的“悬空”试验平台,并通过多次讨论和研究,利用流程仿真软件细化试验安装流程,优化试验安装顺序,克服了难以想象的安装难题,圆满完成了试验安装任务。 

高端 再高端一些

“自动协调加载系统”、“低温加注与增压系统”,这两个词对于大多数读者来说可能很陌生,但是对于这次试验来说,却是它的另一个亮点:将两者联合在一起,并且把之前的手动加载变成自动加载,这样一个技术更新,就将效率提高了24倍。

以往的加载过程中,每个通道都需要一个人现场手动控制,而这次试验需要24个通道,采用自动加载一个人就轻松完成了。“此次试验成功,标志着我们成为中国航天系统内唯一具备低温静力联合试验能力的单位。”试验人员略带自豪地说。

由于近20年都没有做过类似的试验,试验人员坦言并没有百分百的把握,毕竟此次试验要在-196摄氏度的条件下进行,对试验件进行接近0.5兆帕的加载,任何一个失误都会导致试验失败。

低温加注与增压技术曾一度成为该院低温静力技术发展的“软肋”。为了破解短板,科研人员对多项技术进行同时攻关,在最短的时间内就研制完成了国内首个低温静力试验加注与增压系统建设,填补了该院大型低温试验能力的空白。

除了声发射技术、工业摄像测量技术也首次被应用到试验中,使用2套摄像机从不同的位置对同一标志点进行拍摄,通过在终端进行交汇计算,可实时获得可视化的测量数据,为试验又增加了一层保险。

安全 再安全一些

如何安全高效完成试验获得准确试验数据,对新产品研发有着至关重要的作用,研制人员费尽心思,通过多项技术的使用,确保了试验安全进行。

由于本次试验所需要的加载力接近300吨,远大于之前所设计标准,为确保同类零件安装更加牢固,使试验更加安全可靠,试验人员经过大量的模拟仿真计算、验算和复算,用了近一个月的时间最终拿出了合格的试验设计方案。

为了检测某关键零件损伤程度,设计人员还引入了“声发射技术”对低温贮箱增压全过程进行了监测,为试验正常开展提供了必要的支持。

作为一种较新型的无损监测技术,之前用于常温性试验,低温静力试验中还是首次使用该技术,实践证明,检测数据为试验开展提供了必要支持。(于淼 刘砚涛)