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标题: 在鉴定时，外国专家用不同的脉冲枪向中方发动机连“打”三枪进行干扰，结果推力室对此竟“置之不理”，照常工作。外国专家对记录数据进行认真分析后，不禁惊叹中方发动机稳定性水平之高。 [打印本页]

作者: mm6fan 时间: 2014-12-17 18:29
标题: 在鉴定时，外国专家用不同的脉冲枪向中方发动机连“打”三枪进行干扰，结果推力室对此竟“置之不理”，照常工作。外国专家对记录数据进行认真分析后，不禁惊叹中方发动机稳定性水平之高。
提到火箭的核心技术，光芒很容易照射在总体上。航天事业是一个庞大的系统工程，每一个型号的成功都离不开各个分系统的协同作战。回顾长征火箭200次发射历程，不难看出，这也是一条各个分系统不断优化技术、精细管理的创新之路。在“长征”路上作出点滴贡献的每位无名英雄，都值得投以热烈的掌声。本版选取了有代表性的“长征”分系统予以介绍。透过他们的攻关历程，可窥见航天创新发展的不易。

“金牌动力”如何演绎传奇？

      中国是世界上少数几个掌握火箭发动机核心技术、拥有完全自主知识产权的国家之一。迄今为止，中国航天科技集团公司研制的推力从0.4公斤到120吨的60余种液体火箭发动机，应用于国内各种航天器，参与了长征系列运载火箭200次发射任务，为我国提升进入空间的能力提供了强大的动力支撑，被誉为中国航天的“金牌动力”。
      发动机不稳定燃烧是一个世界性难题。而燃烧稳定性是火箭成功发射的技术关键。液体火箭发动机工作时，推力室的温度高达3000℃。在高温和推进剂大流量进入时，推力室的抗干扰能力如何？工作稳定性如何？还有什么隐患？发动机专家钱维松建议对此进行稳定性鉴定。
      在鉴定时，外国专家用不同的脉冲枪向中方发动机连“打”三枪进行干扰，结果推力室对此竟“置之不理”，照常工作。外国专家对记录数据进行认真分析后，不禁惊叹中方发动机稳定性水平之高。
      发动机故障模式属于成败型。为了保证发动机高可靠性，科技人员在发动机地面试车时采取加大难度、延长时间、改变环境等苛刻的加严措施，对发动机可靠性进行评估，每次可靠性试验达到或超过实际飞行时间的三倍。就是通过这种从难从严进行地面试验、不断在实践中发现薄弱环节并适时加以改进的方式，科技人员使发动机可靠性水平得到持续提高。
      集团公司六院为确保发动机产品质量而创造的“质量跟踪卡”，日后成为了航天工业的行业标准。质量跟踪卡运用科学管理手段，体现了“上道工序为下道工序服务、下道工序为上道工序把关”的思想，使工序中影响产品质量的人、机、料、法、环各因素处于受控状态；解决了发动机生产过程的质量跟踪问题。有了跟踪卡，不管发动机何时发生故障，都能回过头来追踪原因和责任人。
      作为我国航天事业第二座里程碑的载人航天工程，其火箭发动机进行了进一步可靠性增长设计和适应性改进。其中有一项改进堪称涉及零部件最多、改变动作最大，但外行人却看不出一丝“痕迹”的改进。动力系统非常复杂，发动机上成千上万个零部件连接在一起，少不了螺纹连接。传统的螺纹连接主要凭操作工人的经验来完成，但此次，研制人员对所有螺纹连接部位的结构形式、零件的材料、镀层、表面状态等进行了梳理、分类，甄别各部位螺纹连接的特点，并对前期多台发动机产品力矩校核的数据进行了包络分析，积累了大量数据，确定了发动机螺纹连接预紧力控制方法，实现了螺纹连接预紧力全面量化控制。与此同时，及时总结规范操作的“六步工作法”，在工艺上配备各种专用的拧紧装配工装，开展大量极限力矩校核试验，通过可见的数据来保证控制措施的有效，为载人航天工程和后续的探月工程提供了台台质量过硬的发动机。
      从上世纪60年代初的仿制研制到21世纪的自主创新研制，我国长征系列运载火箭液体动力在一穷二白的基础上，一步步走向成熟，用高性能、高可靠性、高成功率，打造出了誉满神州的“金牌动力”。

小元器件如何确保“安心”？

   长期以来，国外一直对我国宇航级高端元器件实施封锁。中国要走航天强国之路，就必须首先打破国外封锁、研制出自己的宇航级高端元器件。目前，中国航天科技集团公司自主研制生产的数量庞大、种类繁多、质量可靠的电子元器件已被广泛应用于火箭的各个关键部位，共同构成了火箭“耳聪目明的五官”、“精确的大脑”、“敏感的神经”、“可靠灵活的关节和经脉”以及“遍布全身的血管”。
      面对数量庞大、功能各异的产品，集团公司所属电子元器件研制单位从“工程”和“人”两方面入手确保产品质量。
      首先以型谱建设、研制定型、生产线建设、成熟度提升、升级换代为抓手，系统谋划产品工程与发展。建立产品数据包，作为产品检查验证、分析应用、改进提升的依据，并推动建立适应批量生产或组批生产的数字化生产线，确保产品质量、提高生产效率。
      其次，加强基础质量管理。各厂所领导为单位产品第一责任人，勇于承担责任；各级人员严格执行各项质量控制要求，做到“有依据、按依据、留记录”。针对发生的质量问题，从完善管理、吃透技术、优化工艺、严控过程等方面积极采取措施。
      加强产品质量控制，切实将航天精细化质量管理要求落到实处。
      集团公司元器件研制生产单位始终保持质量监督管控的高压态势，健全并不断改进质量管理体系，坚决落实航天精细化管理要求，牢固树立质量红线意识。
      目前，集团公司已掌握多种高端元器件核心关键技术，初步建立了货架式产品体系，为航天型号和武器装备的元器件自主可控奠定了基础；具有国际先进水平的一大批核心关键元器件实现了多个技术突破，实现国产化并替代进口，在型号任务中广泛应用。机电组件实现产品升级换代，已成功研制微波开关等一批新型机电组件产品，并在多个重点型号得到应用。
      在单机方面，箭载计算机是火箭精确入轨的“大脑”，也是火箭控制系统的核心设备，经持续改进，集团公司已将箭载计算机改为全部的三冗余系统机构，使系统的失效问题成为微小的极小概率事件；惯性器件和计算机系统、伺服系统一起构成火箭的控制系统，惯性技术专家用先进的仪表级冗余设计，不断提升火箭的入轨精度，保证了长征系列火箭的精确入轨；集团公司还利用测控通信技术，准确地捕获火箭飞行的各类信息，为地面与天空通讯架起了“桥梁”。

最强“大脑”如何精准控制？

      长征系列运载火箭把我国带入了世界航天大国的行列。而火箭控制系统则是火箭的神经中枢，控制着火箭以最美的姿态、最准的精度一次次飞向目的地。
      2003年10月15日，长征二号F火箭载着中国首位航天员杨利伟开启了万众瞩目的太空之旅。此次发射，长二F控制系统首次采用了全冗余设计技术，使飞行器神经中枢更可靠、更安全。
      长二F火箭从发射神舟一号到发射神舟十号14年间，其控制系统制导技术、姿态控制技术、仿真技术、综合技术、系统集成技术、试验技术以及质量可靠性技术等方面不断得到创新，取得了一大批开创性、突破性成果，确保了神舟飞船和“嫦娥”系列任务的圆满成功。
      发射神舟十号的长二F火箭控制系统更是进行了七大技术创新：通过双捷联惯组冗余控制实现、三冗余箭载计算机研制、时序控制器、飞行控制软件和组合导航软件，全面保障了火箭的安全性和可靠性；迭代制导技术应用、组合导航技术应用、单轴联挠性惯组应用，则进一步提升了火箭的入轨精度。正是有了这七大技术的护佑，长二F火箭控制系统创下了可靠性指标最高、冗余设计覆盖面最广、单故障点最少、入轨精度最高的多项纪录。
      2013年12月2日，长征三号乙火箭成功发射了嫦娥三号探测器。此次发射，首次在我国运载火箭上使用了“惯性+卫星”复合制导控制技术，实现了火箭制导技术从纯惯性制导到复合制导的历史性跨越，卫星入轨精度至少提高了五倍。
      运载火箭双激光惯组冗余卫星导航复合制导控制系统的研制成功，标志着长三甲系列运载火箭控制技术取得重大进展，对有效提高长三甲系列运载火箭的发射成功率、缩小与世界航天大国的技术差距有重要作用。运载火箭双激光惯组冗余卫星导航复合制导技术的成功应用，将使其替代平台惯组冗余/纯惯性制导方案，作为长三甲系列运载火箭的基线状态在后续发射中使用。
      2014年10月24日，长三丙火箭再次应用该项技术，成功发射我国探月工程三期再入返回飞行试验器。目前该项技术也已被应用于长二丙火箭的研制改进中，并取得了迄今为止全部七枚火箭的圆满发射成功。不仅如此，该项技术还可以为其它型号火箭的研制提供参考。运载火箭双激光惯组冗余卫星导航复合制导技术研究成果，具有广阔的推广应用前景，对提高这些型号的入轨精度、飞行可靠性和发射成功率具有非常大的价值，可为我国的航天事业带来更大的经济效益和社会效益。
      近年来，承担长征火箭控制系统研发工作的一院12所，正着力创建适应新技术发展需求的控制系统仿真和试验系统，提升设计验证能力，逐步形成控制技术设计评估试验体系；积极探索智能控制新方法，加快构建新技术飞行演示验证新平台，奠定和巩固控制技术长远发展的基础，努力推进我国控制技术发展取得新跨越。

箭体结构如何步步优化？

   经过十几年的不断发展，我国火箭箭体结构设计理念已经从“基于经验的传统设计”完成了向“基于虚拟试验的精细设计”的转变，目前正在转向“优化驱动的卓越设计”。
      在“传统设计”时期，由于缺乏仿真分析手段，试验是暴露设计问题的唯一途径，这种设计模式费时费力又费钱，设计水平提高很慢；“基于虚拟试验的精细设计”则建立在以有限元为代表的仿真分析手段之上，通过对设计方案全面的分析校核，很多潜在的问题能够在试验之前发现并解决，因此，地面试验的重点从“暴露问题”转向了“验证设计”，研制效率有了质的提升。
      随着技术的发展，设计人员又将“先设计后校核”转变成为“嵌入式的优化协同”设计模式，在方案论证初期就引入优化技术，并贯穿于整个设计过程，以提高设计能力。目前，这一设计理念已经在长征五号火箭、长征七号火箭等型号的结构设计当中得到了全面应用。与以往型号相比，经过全面优化的设计方案在很多方面都有很大的创新，无论是性能、轻量化水平，还是研制效率，都有了大幅提升。
      长征五号火箭前捆绑接头及相邻部段的联合优化是非常典型的一个案例。长征五号火箭共有四个前捆绑接头，均匀分布于一级箱间段上端面附近、并位于一级液氧贮箱的下方，四个助推火箭就是通过它与芯级相连，并将推力传递到芯级的。每个助推器有超过300吨的巨大推力通过前捆绑接头传至芯级，关键是这么大的集中力还要在几百毫米的长度内扩散均匀，否则液氧贮箱的设计将极为困难。
      这个结构设计难度之大，以致于最初难以提出一个满足设计要求的结构方案。在优化技术的基础上，设计人员开展了前捆绑接头及一级箱间段、一级氧箱的联合优化设计工作，包括拓扑优化、设计优化、装配优化等系列优化措施，创新性地提出了一种与以往截然不同的结构形式。仿真与试验结果表明：这种创新设计不仅强度非常高，而且减重效果明显，使结构研制得以顺利进行。
      在型号需求的牵引下，我国火箭结构优化技术的能力也得到了快速提升。
      目前，我国的航天运载器结构设计过程中大量采用了层级化渐进式优化设计方法，以系统工程思想为指导，将箭体结构的优化需求划分为“结构系统、结构部段、零部件”共三个层次，综合利用拓扑优化、参数优化等优化方法，开展全面、深入的优化设计工作，以达到“局部结构性能满足要求的同时，结构系统性能最优”的设计目标。
      结构多学科优化方法也是近几年经常采用的优化方法。针对仪器舱等上面级结构，通过多学科优化可以综合考虑强度、刚度、模态、冲击、热等多种载荷、环境要求，最终实现多约束条件下的结构总质量最小的目标。
      3D打印技术的出现及应用为结构设计提供了更大的空间，制造对结构设计空间的约束大大放宽，设计者可以设计出任意形状的结构。但这对结构优化技术也提出了新的挑战。为此，基于宽约束条件下的开放性结构优化设计技术开始在翼、支座等复杂结构设计中得到应用，并设计出了多种承载效率更高的结构。可以想象，面向3D打印的结构优化将是未来优化设计工作的一个重要方向。
      总之，结构优化技术的发展及应用为航天结构设计能力的提升打开了巨大的空间；通过将优化技术嵌入到设计过程中，设计者的创新激情被激发出来，由此带来了焕然一新的设计理念，推动了结构技术的革新。
      随着我国航天需求不断增加，相信结构优化技术的应用会更加深入和广泛，更多的创新会从航天结构研制当中不断涌现，推动我国航天事业不断进步。

作者: nebula 时间: 2014-12-18 00:58
标题: 外国专家对记录数据进行认真分析后＝＝＝为毛要外国专家鉴定？

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