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航天科技八院助力长征五号B运载火箭助推器减重侧记
来源:中国航天报     日期:2020年05月13日    字体:【】【】【

点火之前,约849吨的长征五号B运载火箭静立海之南。近看火箭尾端,有心人会发现“芯级火箭”底部处于悬空状态,4个助推器的12个支撑点承担着整箭的全部重量,稳稳地停放在发射台上。

点火之后,由航天科技集团八院研制的4枚助推器中的8台120吨级的液氧煤油发动机齐发力,释放出全箭90%以上的起飞推力,与芯级火箭的发动机一起将大火箭推离地球。

长五B火箭首飞成功拉开了载人航天工程三步走之第三步——空间站的序幕。长五B火箭作为空间站实验舱的运输工具,代表着当前的航天实力,具有世界一流水平。

一眼望去,这次成功发射的长五B遥一火箭与之前的长征五号运载火箭并没有明显区别,但深入了解后才发现,经过多次技术改进,“胖五”也在不断地成长。亮点之一便是4枚助推器合计减重700多公斤。

充分挖潜让“小企鹅”轻下来

由于飞行动力的需求,“胖五”家族助推模块的头锥和长征火箭家族中的其他兄弟姐妹有所不同,从侧面看上去呈现出三角形状,正面看则像一只萌萌的企鹅嘟囔着小嘴。

据长五B火箭助推结构系统设计师林连镔介绍,由于长征五号系列火箭采用了前捆绑点主传力的结构,在助推器头锥的前捆绑点处受到高达300多吨的偏置集中力。为有效扩散和支撑如此大的偏置集中力,增强与前捆绑点处相连的偏置集中力承载结构,在看似小企鹅的斜头锥里运用了增强强度的承力结构。但是由于其放射性结构,“小企鹅”的体重一直居高不下,该结构足足占据了整个头锥重量的60%以上。经设计师团队分析,此处减重空间最大。

八院长征五号助推研制团队通过拓扑优化技术对头锥传力路径进行改进,基于拓扑优化结果对捆绑点下方集中承载和扩散结构开展工程化减重优化设计,将原头锥捆绑点下方“多层放射筋壁板+主承力桁条”的多层结构串联的集中力承载扩散结构优化为结构更加连续、承载效率更高的“主承力桁条+主承力厚板”的新型结构并联共承力的形式,实现头锥结构减重约12%,近150公斤。

同时,设计师还从内部挖潜。据长征五号B运载火箭助推动力系统主任设计师李会萍介绍,根据此前长五的飞行实际,煤油箱的增压气瓶余量较大,经过讨论和分析验证,团队在长五B火箭每个助推器中都减少1个气瓶,至少减重23公斤。另一方面,取消后处理管路,每个助推至少减重16公斤。

高质量来自助推的“自我塑造”

八院长征五号系列产保副经理吴小军表示,“项目办通过前期的经验积累,制定了‘内控、外包’的双向管控路线,既严格控制设计、生产等过程中的风险,对供应商也实施了全级次管控。”

根据型号“ 再设计、再分析、再确认”的“三再”工作要求,八院聚焦影响成败的重要风险点,改进技术,提升可靠性,完成了7项“三再”技术更改项。

为提高外包产品的合格率,八院长征五号系列项目办主任张修科告诉记者,项目办通过梳理配套关系—确定重要产品产家—实施调研走访和协同合作措施的“ 三步走”策略,将提高产品质量和可靠性落到实处。

在这一过程中,型号项目办组织队伍梳理出了全级次的供应商配套关系,对全箭130多种产品进行零件级的细化分解。根据箭上产品的重要程度,队伍对梳理出的8家二次供应商进行专项检查:供应商对顶层要求的落实情况、开展过程控制的细致程度、落实更改建议的实际效果等,真正做到型号产品研制各阶段、各环节、各级次的全覆盖。

当长五B火箭顺利升空的那一刻,研制团队的心终于安定了下来。这发任务面临着疫情肆虐、人员数量减少、任务周期长、首飞责任重的新形势,大家无时无刻不在心里告诉自己:要认真对待每一个细节。中国航天的铁律是不能让产品带着隐患上天,当研制团队通过详细的验证、不断的“双想”、全面的复查,做到任务圆满成功时,他们的笑容才如雨后彩虹般灿烂。(张昱欣 范文超)

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