《載人航天器結(jié)構(gòu)工藝瓶頸及對策》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。

1、航天器環(huán)境工程第28卷第6期640SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2011ff：12JJ載人航天器結(jié)構(gòu)工藝瓶頸及對策趙長喜(北京衛(wèi)星制造廠，北京100190)摘要：文章時我國載人航天器工藝需求進行了分析，對載人航天器現(xiàn)存的薄壁結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力控制與消除技術(shù)、載人密封結(jié)構(gòu)高可靠低應(yīng)力焊接技術(shù)、碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)等工藝瓶頸進行了研究，并針對工藝瓶頸提出了解決對策。關(guān)鍵詞：載人航天器；制造工藝；殘余應(yīng)力；焊接技術(shù)；復(fù)合材料中圖分類號：V460：TB303文獻標識碼：A文章編號：1673-1379(2

2、011)06-0640-04DoI：10．3969／j．issn．1673—1379．2011．06．028O引言隨著我國載人航天工程的順利發(fā)展，建設(shè)長期在軌有人照料的空間站成為載人航天工程三期的重點項目。一方面，在空間站項目強有力的需求牽引下，為新材料和新工藝技術(shù)的研究應(yīng)用提供了機遇；另一方面，空間站結(jié)構(gòu)的長壽命(8～10年)、低漏率、高可靠、輕量化等要求，也給結(jié)構(gòu)材料的選用、制造工藝技術(shù)帶來很大的難度，尤其是在保證大尺寸載人密封艙體的長期在軌氣密性以及結(jié)構(gòu)精度上與國際先進技術(shù)還存在一定的差距，還需要進行大量的研究工作。1

3、載人航天器工藝需求分析1．1低地球軌道環(huán)境對材料和工藝的影響載人航天器運行在距離地面200,-一700km的低地球軌道上，該軌道與其他軌道相比，顯著不同的是更為惡劣的原子氧和熱循環(huán)環(huán)境。而原子氧和熱循環(huán)對材料和工藝影響很大。NASA研究結(jié)果表明原子氧對一些材料(如：碳纖維復(fù)合材料、銀等)的表面氧化腐蝕很嚴重。因此，在材料選用和表面防護處理工藝方面需要重點考慮。載人航天器在低地球軌道運行期間反復(fù)進出地球陰影，每90min左右沿軌道運行一圈，溫度會在．160～+120。C范圍內(nèi)周期性變化。熱循環(huán)會引起航天器零部件內(nèi)部應(yīng)力變化，材

4、料內(nèi)部的殘余應(yīng)力在熱循環(huán)過程中會部分釋放而引起變形，從而影響航天器部分儀器設(shè)備的精度。因此，在材料毛坯應(yīng)力和制造過程應(yīng)力的控制方面也需要重點考慮。1．2載人航天器對材料和結(jié)構(gòu)的工藝要求1．2．1適應(yīng)輕量化航天器結(jié)構(gòu)在滿足一定強度和尺寸穩(wěn)定性的前提下，要求盡量減輕重量。一方面，采用輕質(zhì)高強的有色金屬材料和復(fù)合材料，如鋁合金、鎂合金、鈦合金、鋁基碳化硅、碳纖維復(fù)合材料等；另一方面，采用輕型結(jié)構(gòu)，如泡沫夾層結(jié)構(gòu)、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)、整體壁板結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)等。因此，工藝技術(shù)要適應(yīng)新材料和輕量化結(jié)構(gòu)的需求。1．2．2工藝穩(wěn)定性航天產(chǎn)品的高可

5、靠性研制特點，對工藝的穩(wěn)定性提出了很高的要求，不僅是要研制出產(chǎn)品，而且要求工藝過程可控、穩(wěn)定，產(chǎn)品可檢測。1．2．3工藝高精度載人密封艙結(jié)構(gòu)中的大尺寸密封面、密封槽的加工精度，特別是密封面的表面粗糙度，是直接影響整艙密封性能的重要因素；陀螺、相機、指向機構(gòu)等產(chǎn)品精度在亞Ilm量級至Ixm量級。這既要求材料和結(jié)構(gòu)具有良好的加工性能，又要求工藝具有精密加工及超精密加工能力。收稿日期：2011．11-08：修回日期：2011-11．18基金項目：國家重大,Vl-技專項工程作者簡介；趙長喜(197旺)，男，研究員，研究方向為空間飛行

6、器制造工藝。E-mail：zhaoyz529(國,126．com。第6期趙長喜：載人航天器結(jié)構(gòu)工藝瓶頸及對策1．2．4材料穩(wěn)定性空間飛行器根據(jù)其功能不同，使用壽命從幾天到十幾年。要求長期工作在輻照、真空、零重力、高低溫等特殊空間環(huán)境中的航天器材料與結(jié)構(gòu)具有良好的尺寸穩(wěn)定性，以滿足航天器儀器設(shè)備對高精度的要求。2載人航天器工藝瓶頸2．1航天器薄壁結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力控制材料內(nèi)部存在很大且分布不均勻的殘余應(yīng)力，而在切削加工中又會引起殘余應(yīng)力的部分釋放和重新分布，從而導致加工變形。零件加工完成后仍然存在很大的殘余應(yīng)力，在貯存過程中會緩慢釋

7、放，也能引起零件變形。岡此，對于航天器薄壁結(jié)構(gòu)零件的變形控制是難點，需要對其工藝過程進行分析，重點從原材料或毛坯的狀態(tài)、加工工藝方法和工藝過程、消除應(yīng)力方法和時機、加工裝夾方法等方面進行深入分析，以期找到有效的工藝措施。2．2載人航天器密封結(jié)構(gòu)高可靠低應(yīng)力焊接技術(shù)焊接是載人航天器密封結(jié)構(gòu)的重要工藝措施，是保證其密封性能和結(jié)構(gòu)強度的重要手段。目前大部分結(jié)構(gòu)焊接均實現(xiàn)了高可靠自動化焊接。但在載人航天器結(jié)構(gòu)中，大量復(fù)雜形狀的焊縫(如球底、法蘭等)仍需靠手工焊來完成。由于手工氬弧焊的熱輸入量大，焊接殘余應(yīng)力水平高，容易導致焊接結(jié)構(gòu)變

8、形增大、補焊次數(shù)增加。因此手工焊縫影響著艙體結(jié)構(gòu)的密封性能，成為密封艙體主結(jié)構(gòu)研制的薄弱環(huán)節(jié)。載人航天器結(jié)構(gòu)艙段殼體逐漸從半硬殼式結(jié)構(gòu)發(fā)展到整體壁板結(jié)構(gòu)。一方面，結(jié)構(gòu)材料除成熟的5A06鋁合金外，新型高強鋁合金、鋁鎂鈧合金、鎂合金等新材料也不斷得到發(fā)展和應(yīng)用；另一方面焊接厚度從蒙皮結(jié)構(gòu)的2