世界最大直徑的液氧煤油共底貯箱火箭院搞定了_風聞

來源：微信公眾號“中國運載火箭技術研究院”

共底貯箱，顧名思義，就是兩個貯箱有一個共用的底。從外形上看，共底就像一根腰帶，系在兩個火箭貯箱之間。實際上剖開來看，它是一個類似半球的結構件，通過最外部的兩個腰帶將兩個貯箱連接起來。

△貯箱共底

前不久，火箭院總體設計部，研製出5米直徑液氧煤油共底貯箱。試驗結果顯示，貯箱中的共底結構穩定，能有效隔離上下兩個貯箱近200度的温差，初步具備應用於未來新型火箭的條件。該共底貯箱研製負責人楊瑞生介紹，世界最大直徑液氧煤油共底貯箱在火箭院誕生。

兩個貯箱共用一個底的好處是什麼？

降低火箭高度，讓火箭更穩定。對於火箭而言，只有“身高”和“腰圍”的比例在合適的範圍內，它才更結實。因為，火箭在高空飛行時，需要抵抗很大的“高空風”，如果火箭結構太細長，就有在高空風中攔腰折斷的風險。

“5米直徑火箭液氧煤油共底貯箱”研製負責人楊瑞生介紹，“共底”的應用，可以解決既要讓火箭攜帶足夠的燃料，又不讓火箭太細高的矛盾。兩個貯箱使用三個底，能優化火箭‘長徑比’，讓火箭結構更穩定。

減少火箭“自重”，送更重的衞星上天。火箭起飛和飛行時，要用很大力氣“掙脱”地球引力，才能飛上太空、將衞星送入預定軌道。

楊瑞生説，在保證火箭各項功能的前提下，火箭“自重”越輕越好。這樣，就能攜帶更多燃料、有更大的力氣飛行。“共底”就是一個良好的解決方案，減掉了兩個箱子中間的一大塊“贅肉”，火箭能“讓”出更多起飛重量給衞星，衞星的設計師就能給衞星增加更多的功能，讓它在太空中完成更多的使命。

研製“共底貯箱”，難在哪裏？

“共底”要既能“隔温”又能“受力”。火箭的燃料有常温推進劑、低温推進劑等，在火箭飛行時，對應的發動機、管路等，都需要在合適的温度下才能正常工作。

楊瑞生説，兩個貯箱緊緊挨在一起，上下兩個貯箱中推進劑的温度相差200餘度，“共底”最重要的作用之一就是隔離這個温差。除了要隔熱外，“共底”還要承受幾種載荷：一是大温差引起的變形不協調造成的温度載荷；二是上面貯箱推進劑的重量以及將貯箱中推進劑推到發動機中的增壓壓力；三是由火箭推力、自重、拐彎等引起的力的傳遞，這個力可以達到數百甚至千噸級，也是業界常説的“軸向力”。而更難的就是，這幾種力在火箭飛行時將“共同發力”，設計師要處理好這種耦合關係。

△廠房裏的共底貯箱

為此，研製人員採用“國產高性能泡沫和金屬箱底”組成“夾層”結構，通過多輪力熱耦合分析迭代設計，確定了合理的結構參數，使共底可以承受內外壓載荷及温差引起的變形協調載荷；同時，創新性地通過多點獨立連接的方案，解決了5米大直徑共底夾層結構的精確裝配、大軸壓載荷傳遞等難題，讓共底能夠承受及傳遞數百噸的載荷。

建設5米級共底貯箱生產工藝及保障條件

如此大直徑的共底貯箱，需要生產製造能力的跨越。要有更大的加工設備，確保產品與設計參數吻合，且必須有一套成熟的加工工藝。但在此之前，我們國家只有3米直徑的共底貯箱的研製條件，從3米跨越至5米，研製難度較高。

楊瑞生介紹，大直徑共底結構對製造工藝、設備等要求很高。因為共底上下底尺寸很大、金屬壁很薄。在生產時，各種零件通過焊接裝配在箱底，焊接難度巨大。為此研製團隊開發出“單面單層變極性氬弧焊工藝”，獲取了焊接關鍵參數，克服了這一難題。

△試驗中的共底貯箱

同時，共底“隔温”的夾層結構採用的是複合材料，其粘接質量直接影響共底結構承載能力，但層層粘接的纖維布之間極容易出現氣泡、脱粘等問題，為此，研究團隊開發出“大厚度雙曲率PMI泡沫穩定成型以及高精度仿形加工工藝”，控制了粘接間隙，突破了大尺寸共底貯箱複合材料粘接強度技術難關。

在研製過程中，多家高校在夾層結構樣件力學響應分析、驗證試驗全流程仿真分析方面提供了技術支持。後續，該共底貯箱將進一步提升設計可靠性和工藝穩定性，並開展應用的液氫液氧環境的適應性試驗。在此基礎上，一大批創新性技術還將進行軍民融合轉化，拉動和促進國民經濟的發展。