大火箭與大旋壓機_風聞
马氏体-04-17 05:36
歐洲航天局（ESA）的阿麗亞娜5（Ariane 5）運載火箭捆綁兩個大型固體助推器，每個助推器直徑3.1米，長31.6米，重270餘噸，裝填240餘噸端羥基聚丁二烯（HTPB）推進劑，最大推力720噸，貢獻了火箭超過90%的起飛推力。4月14日，阿麗亞娜5運載火箭在法屬圭亞那庫魯航天中心成功發射“木星冰月探測器”（JUICE）。這個重達6噸的探測器將飛向遙遠的木星，用於詳細研究木星衞星（木衞二、木衞三、木衞四）的地下海洋，增進人類對外星球海洋和潛在外星生命的認識。這是倒數第二發阿麗亞娜5，預計6月份發射完最後一發後，阿麗亞娜5火箭將退役，由阿麗亞娜6型火箭接替。
助推器的殼體材料是低合金高強度鋼。德意志博物館航空分館展示了一個筒體分段，直徑3.1米，長3.5米，壁厚8毫米，重2.55噸。
殼體由七個分段連接而成（上下分段相互咬合，用銷釘固定，用O型圈密封）。
這個大直徑薄壁鋼圓筒用到一種特殊成形工藝——對輪旋壓。
所謂旋壓，是將平板狀或者空心坯料固定在模具上，隨着模具的旋轉，向坯料施加局部的壓力，使坯料變形貼合到模具上，從而得到與模具形狀一致的產品。
對輪旋壓是用一對旋輪從內外兩側同時加工筒型毛坯的內外表面，首先帶來的好處就是不需要芯模，降低成本，可實現柔性化生產；兩面同時加工也意味着用更小的力就能實現更大的變形量，提高內表面的成形質量和內外表面的力學性能均勻性，適用於直徑2.5米以上大型薄壁筒件。
從一塊1米長、壁厚58毫米的筒坯開始，只需75分鐘就可以旋壓出一段助推器筒體。承擔這項任務的是德國MT Aerospace公司（原為MAN集團的子公司MAN Technology，後被歐洲航天龍頭之一的OHB公司收購），使用Thyssen公司（1999年與Krupp公司合併為蒂森克虜伯）製造的3.2米直徑對輪旋壓機（下圖是它的模型），旋輪的徑向壓力可達160噸。
目前世界上最大的對輪旋壓機屬於美國Ladish公司，加工能力達到直徑4.4米、長5米，航天飛機和SLS運載火箭的助推器3.7米直徑鋼殼體就由它加工，後者的推力達1600噸，是目前最強大的固體發動機。
對輪旋壓鋼殼體適用於大直徑、大推力、但也講求性價比的運載火箭，依靠減重來提升性能的導彈則使用高性能纖維（玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維）複合材料殼體，而在“廉價走量”的中小型導彈鋼殼體上，對輪旋壓的優勢並不明顯。此外，對輪旋壓還可以加工液體運載火箭的鋁合金推進劑貯箱筒段、大口徑油氣管道等。
我國的對輪旋壓裝備發展比較滯後，目前僅有一些小型的實驗裝置。不過在其他大型旋壓機方面，我國已追趕到世界先進水平。
2018-2019年，西安博賽投產了亞洲最大的3.6米直徑立式旋壓機和5.8米直徑卧式旋壓機，服務於航空、航天、軍工和各類民用領域。
由5800旋壓機加工的運載火箭推進劑貯箱箱底（鋁鋰合金，3.35米直徑）。用一塊整體成形的金屬代替分片焊接結構，可以減少焊縫、減輕重量、提高可靠性、縮短製造週期，用於長征七號、八號等新一代運載火箭。
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參考資料：
陝西衞視. 《陝西新聞聯播》20191221亞洲最大卧式旋壓機在西安建成投產 填補我國金屬旋壓重大裝備製造業空白
http://news.cctv.com/2019/12/21/VIDE0gBVeFSgNH678fSPNlJn191221.shtml
金屬加工. 亞洲最大的5800卧式雙滑台強力數控旋壓機投產.
張大偉,朱成成,趙升噸. 大型筒形件對輪旋壓設備及應用進展. 中國機械工程,2020,31(9):1049-1056.
孫于晴,曹學文,楊延濤,等. 大直徑筒體對輪旋壓技術研究現狀及發展前景. 航天製造技術,2022(1):16-22.
張立軍,楊寧,李志順,等. 金屬薄壁筒體對輪旋壓技術進展及應用探析. 中國機械工程,2023,34(2):226-237.