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        2021-01-22
        我國首個3.35米直徑復合材料貯箱原理樣機誕生

        1月22日,我國首個3.35米直徑復合材料貯箱原理樣機在航天科技集團一院(火箭院)誕生。該貯箱主要應用在液氧環境下,相比金屬貯箱可減重30%,強度更高,能夠大幅提高火箭的結構效率和運載能力,是一種新型輕質貯箱。

        復合材料貯箱原理樣機的誕生,標志著我國打破國外壟斷,成為全球少數幾個具備復合材料貯箱設計制造能力的國家。

        3.35米直徑復合材料貯箱原理樣機

        突破十大關鍵技術

        該項目是由火箭院總體設計部抓總,航天材料及工藝研究所與國內多個高校共同參與的典型“產、學、研”聯合攻關項目,研究團隊歷時兩年多,攻克了十大關鍵技術。

        復合材料液氧貯箱結構設計技術

        低溫復合材料細觀損傷力學分析技術

        多尺度復合材料滲漏抑制技術

        低溫液氧相容樹脂體系制備技術

        分瓣式可拆卸復合材料工裝設計制造技術

        復合材料工裝精確裝配技術

        高精度自動鋪放技術

        超薄預浸料制備技術

        復合材料法蘭密封技術

        復合材料可靠粘接密封技術

        用于拆裝復合材料組合式工裝的型架

        研制人員初體驗

        總體設計部貯箱組組長劉德博:“研制中要攻克從材料體系到設計制造一系列難題,許多技術都屬于國內首次嘗試?!?/p>

        總體設計部貯箱設計師張?。骸爸圃旃に噷秃喜牧闲阅苡绊戄^大,將該材料用于密封要求極高的推進劑貯箱,特別是超低溫介質貯箱是一項艱巨挑戰?!?/p>

        航天材料及工藝研究所工藝師張建寶:“箱體制造流程、工裝的制備、箱體成形、工裝拆除、密封檢測等均充滿巨大挑戰,經過十幾輪工藝及方案迭代才實現了樣機的成功制備?!?/p>

        相比于金屬貯箱減重30%

        貯箱作為火箭結構重量占比最大的部段,其減重對火箭運載能力的提升具有重大意義。

        材料小知識

        復合材料的密度為1.7g/cm3左右,鋁合金密度為2.8g/cm3,鋁鋰合金密度為2.7g/cm3,復合材料的比強度是鋁合金的8倍,是鋁鋰合金的6倍。

        在航天領域,我國現役火箭的部分部段就大量采用復合材料,減輕了結構重量。

        復合材料與當前火箭貯箱結構采用的金屬材料相比,具有密度更小、比強度更高、抗疲勞強度更好等優勢。相比于金屬貯箱,復合材料貯箱可以減重30%左右,可大幅降低結構重量,提升火箭運載能力。因此,發展復合材料貯箱是實現火箭減重目的的關鍵技術之一,也是國際航天大國爭相探索的新領域。

        3.35米直徑復合材料貯箱原理樣機的成功研制,標志著我國掌握了從復合材料貯箱結構設計、材料制備到成形制造的全鏈路技術流程,成為全球少數幾個具備復合材料貯箱設計制造能力的國家。

        綜合成本降低25%

        火箭運載能力越大,進入空間能力相對也會大幅提高,為中國航天開拓更大的舞臺。貯箱結構重量占箭體結構總重的50%以上,因此,貯箱輕量化是提高火箭運載效率的重要途徑之一。

        與應用于液氫液氧環境下的金屬貯箱相比,復合材料貯箱主要應用在特定的液氧環境下,可以用在火箭末級。據資料顯示,火箭末級貯箱每減重1公斤,意味著運載能力提升1公斤。而且復合材料貯箱具有生產工序少、周期短等優勢。從國外的研究成果來看,相比于金屬貯箱,采用復合材料貯箱可降低火箭綜合成本25%。

        未來,復合材料貯箱在火箭末級推廣應用,將能大幅提升火箭的運載能力,對探索降低火箭成本具有深遠影響。

        復合材料貯箱自動鋪放工藝

        原理樣機的成功研制只是我國復合材料貯箱技術發展邁出的一小步,只是其中的一個里程碑。

        總體設計部結構室副主任吳會強介紹,后續研制團隊還將對3.35米復合材料貯箱原理樣機開展一系列的考核試驗和評價,進一步開展關鍵技術攻關,提升復合材料貯箱的技術成熟度,推進復合材料貯箱在火箭上的應用,真正發揮復合材料貯箱在輕質高強方面的重大優勢,實現未來火箭結構大幅減重和運載能力的提升,增強我國深空探測的能力和水平。 

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