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长三乙增强型火箭三子级贮箱减重攻关

2013年12月05日00:00    来源:人民网-科技频道    手机看新闻

2013年12月,素有“大力士”之称的长征三号乙增强型火箭将执行“嫦娥三号”发射任务。为了将“嫦娥”送上月球,需要跨越38万公里的地月轨道,这样的长途“跋涉”,已达到长征三号乙火箭的运载能力极限。为确保“嫦娥”的完美落月,中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院制定火箭减重方案,提高火箭的载荷能力,对火箭上载荷要求最严的三子级氢氧贮箱进行减重,使“大力士”火箭的“脂肪”变成“肌肉”,托举“嫦娥”更加稳健有力。

精雕细琢 减掉“脂肪”

生活中,我们常听到周围身体发福的朋友抱怨:“身上肉多了,负担太重,走路都容易累。”可那些同样身形庞大但充满肌肉的健身教练,却总是精力旺盛。长征三号乙增强型火箭也是如此,贮箱的自重就像“脂肪”,承载的燃料就像身体蕴含的能量,在能量不变的情况下,“脂肪”越少,运载的能力也就越大。

三子级贮箱是火箭上护送嫦娥探月卫星飞得最远、飞行时间最长的贮箱,总装厂就从三子级贮箱的壁板上着手减重。贮箱由几十块壁板滚弯后化铣,在进行修整后焊接组合而成。以前,这些壁板都是直接从原材料滚弯后放入化铣槽中,通过壁板金属与槽液中的物质进行化学反应,而把厚度减薄到规定尺寸,再进行下一步加工。这样操作起来虽然速度较快,但是原材料壁板厚度差离散较大以及化学反应要靠时间长短来控制壁板铣切厚度,有时差几分钟,厚度差就差了很多,精度很难控制,导致壁板化铣后质量变动较大。而这次三级贮箱要减掉的重量至少50公斤,每一个减重的操作都必须慎之又慎,细之又细,既不能减不到目标,又不能减得过度。

研究院首次采用了新型机械壁板铣的方式。“这种方法铣出来的壁板非常光滑,而且精度很高,厚度误差可以控制在0.1毫米之内。”1车间主管型号调度员介绍说。在生产现场,记者看到两位老师傅正在仔细进行壁板铣,旁边立着一块刚铣出来的壁板,看起来像镜子一样干净,光可鉴人。长2.5米、宽1.6米的壁板,比一张4人餐桌还要大很多,对于操作人员来说,需要细心关注每一个环节,克服每一个难关。普通的装卡固定方式行不通,大家就开动脑筋,采用吸盘式装卡方式;担心铣切时厚度不好掌握,每一次铣切的尺度便化整为零,即使只需要铣掉3厘米厚度,也要分多次进行;铣切中为防止发生变形,操作人员每铣完一面,就要翻过来,再铣另一面,释放掉应力。这样的工作听起来不难,但非常考验人的耐心和细心,老师傅们昼夜紧盯加工情况,发现壁板有轻微移动,便随时准备停下重来。

这样精雕细琢的工作,要花费比平时更多的加工时间,原来一个月就能完成的任务量,这次多用了一倍的时间。师傅们采取24小时倒班制,抓紧时间完成了为火箭三子级贮箱减重最重要的工作。

悉心研究 加强“体质”

多余的“脂肪”减掉了,还得加强体质,才能确保“大力士”火箭真正增强运载能力,技术人员又将目标锁定为提高三子级贮箱的焊接质量和可靠性。

三子级贮箱在部段焊接车间进行焊接。这个贮箱上有一个特殊的结构,叫共底,也就是氢箱和氧箱共用的箱底。共底非常“娇气”,因为它的焊接区很薄,只有1.8毫米厚,而不是焊接区的地方就更薄了,还不到1毫米,相当于几张纸那么薄。在火箭总装厂,大家都对共底的焊接难度有所耳闻:要保证这么薄的共底焊接可靠、结实,常常要投2保1,用数量保证质量。

为解决共底焊接合格率不高的问题,部段焊接车间在前期做了大量准备工作。经过分析,技术人员认为,以前的焊接方法使操作人员宁愿把电流调大一点,也不愿调小,因为只有这样才能完成焊接,但由此带来了热输入量大、变形大的问题,缺陷也容易变多,合格率自然不高。找准了根源,大家便对症下药,跟踪前沿技术,引进悬空自动焊接的先进方法。这种焊接方法的特点是,只要摸好参数,固定下来焊接规范,电流就可以精确控制,大大减少变形和焊接缺陷,提高合格率。车间特级技师、年轻的主管工艺员及现场的操作人员天天泡在现场,与设备摸爬滚打,经过千百次试验,不仅摸索出了一套最优的焊接规范,而且还利用悬空自动焊设备,实现了快速精准铣切,改进了箱底瓜瓣压紧顺序控制方法等,这些精准的装配方法为焊接质量提升提供了基础。

三子级贮箱完成焊接,为验证焊接可靠性、确保贮箱的强度,还要对贮箱进行X光“体检”,看看它内部的缺陷情况。X光检测共拍摄了66张片子,接受“体检”的总焊缝长度达10余米,只有5张片子出现了两毫米左右的缺陷,一次焊接合格率达到了95%以上。

专业处理后,成功减重的三子级贮箱已经“健康”诞生,并成为长三乙增强型火箭中的一个重要组成部分。经过总装工作人员多管齐下,长三乙增强型火箭“减重”而不减“力气”,把“脂肪”变成了“肌肉”,切实增强“体质”,为托举“嫦娥奔月”做好了最坚实的后盾。(吴思)

(责编:实习生王檬、马丽)

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