火箭院703所为“长五”火箭研制“防寒服”  能隔绝接近极限的深低温

发布时间 : 2016-09-29     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  长征五号运载火箭(以下简称“长五”火箭)的“肚子”里装了满满的深低温液氢液氧燃料,这些燃料几乎达到了低温的极限。中国运载火箭技术研究院(简称“火箭院”)703所为“长五”火箭的贮箱研制了一件“防寒服”,使其外表面温度可以一直保持在0℃以上,火箭内部的仪器、设备、电缆等也可以正常工作。


  “
长五”火箭“体内”燃料温度接近绝对零度


  “长五”火箭个头大,力气也大,大家都叫它“大火箭”。它的体重接近900吨,相当于15架波音737客机的重量总和,而其中90%以上的重量为深低温液氢液氧燃料。它周身冰冷,由此得名“冰箭”。
  深低温一般是指低于-153.15℃的温度。“长五”火箭使用液氢液氧推进剂,燃烧后产生的是水,无毒无污染,产生的推力也更大。其中,液氧的温度达-183℃,液氢的温度可达-253℃,已经接近-273.15℃的绝对零度了,而绝对零度,正是自然界温度不可能达到的最低温度。


  
“防寒服”有“里”有“面”


  “防寒服”一共只有十几毫米厚,却是让箭体保持体温的“利器”,说它是“防寒服”,名副其实,这件“衣服”有“里”有“面”,能使火箭在燃料加注以及飞行过程中,外表面温度保持在0℃以上,从而避免火箭仪器、电缆等受极低温影响产生功能异常。
  “防寒服”中间的“棉花”层是低密度材料,有10至20毫米厚,如果它直接涂在贮箱金属表面,贮箱受冷收缩时,“棉花”层因收缩性能比金属小,会导致脱粘,影响绝热效果,因此研制人员给“防寒服”设计了“里”和“面”来保护“棉花”层。
  “防寒服”的“里”仅有零点几毫米厚,比“棉花”层更适应金属材料的热胀冷缩,且能同时与金属材料的贮箱和“棉花”完美贴合。
  “防寒服”的“面”可以保护“棉花”不吸收外界水气、不被损坏,更好地发挥绝热性能。
  703所绝热材料工程师申雄刚介绍说,“防寒服”里最主要的材料叫做“低密度全闭孔聚氨酯泡沫塑料”,由近十种原材料按照一定的配比高速撞击混合反应而成,这些液体材料分成两组,就像“哥俩好”胶水一样,一旦混合,就会在几秒钟之内发生发泡反应、并快速固化成型。
  材料研制人员为研制符合“长五”火箭使用要求的新型材料,进行了大量的试验,最终筛选出了最佳的材料配方和成型工艺。


  
在“试衣间”里穿“防寒服”


  给火箭“穿衣服”并不是一件简单的事,为了给“长五”火箭“穿上”这件“防寒服”,703所的技术人员精心打造了专用的“试衣间”来解决这个问题。
  “试衣间”是个全密闭式温湿度可调节的操作室,里面有一套自动喷涂系统。在电脑中输入各种工艺参数,自动喷涂系统的机械臂便开始按照设定的路径运转,在机械臂末端的喷枪里有个碰撞混合腔,多组分的原材料在这里碰撞充分混合后被喷涂在火箭贮箱表面。


  
先拍照,再裁衣


  火箭贮箱进入“试衣间”前,首先使用激光传感器给贮箱做一次型面测量,就像给贮箱拍了一张“3D照片”,所有的形状信息都包含在这张“照片”中,后续“裁剪衣服”时这张“照片”就会成为至关重要的基准面。
  在“试衣间”里“穿上”的“衣服”只能算是毛坯,还要裁剪成合适的“样式”,即加工成厚度一致的平整外观。火箭结构的壁板厚度仅为几毫米,并且大尺寸薄壁工件不可避免地会有各种变形,在一个厚度几毫米但直径五米、长度十几米还易有各种变形的“大家伙”上,加工出一层十几毫米、厚度均匀的材料,就像是在一个大气球的表面雕刻花纹,稍有偏差气球就破了。此时,之前拍摄的“3D照片”就要大显神威了,703所自主开发的仿形加工系统依据之前拍摄的“3D照片”中所包含的型面信息,生成专用的加工程序,可以将这层喷涂好的毛坯加工出几乎完全一致的厚度。
各种复杂的工序全部完成后,“冰箭”的这款又薄又隔温的“防寒服”才算正式完成,它能在后续的火箭燃料加注以及飞行过程中有效隔绝深低温,让“冰箭”不惧严寒。

【打印】 【关闭】