中國(guó)航天科技集團(tuán)六院7103廠增材制造創(chuàng)新中心突破了航天液體動(dòng)力領(lǐng)域3D打印全流程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了230余種復(fù)雜精密構(gòu)件3D打印成型。
其中，90余種構(gòu)件通過(guò)整機(jī)熱試車(chē)考核，30余種構(gòu)件實(shí)現(xiàn)不同批量交付，已應(yīng)用于長(zhǎng)征系列火箭50余次發(fā)射任務(wù)和飛行試驗(yàn)，為我國(guó)“祝融號(hào)”火星車(chē)軟著陸、載人空間站、探月工程和北斗導(dǎo)航等航天重大工程的實(shí)施提供了技術(shù)支持和保障。
從設(shè)計(jì)優(yōu)化到產(chǎn)品交付
2021年6月17日，長(zhǎng)征二號(hào)F遙十二運(yùn)載火箭托舉著載有三名航天員的神舟十二號(hào)載人飛船沖向太空。
7103廠生產(chǎn)制造了該火箭所用芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)、二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)、助推器發(fā)動(dòng)機(jī)，并采用3D打印技術(shù)制造相關(guān)零件，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)更可靠，效率速度雙提升。
7103廠增材制造創(chuàng)新中心主任楊歡慶介紹，發(fā)動(dòng)機(jī)推力室隔板加強(qiáng)肋是其中之一。加強(qiáng)肋是發(fā)動(dòng)機(jī)隔板夾層內(nèi)流通道的關(guān)鍵構(gòu)件，主要用于保證發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒穩(wěn)定性。該產(chǎn)品之前采用熔模精密鑄造工藝生產(chǎn)，有29個(gè)工藝流程，配套設(shè)備多且依賴性強(qiáng)，合格率不足20%。通過(guò)3D打印技術(shù)替代熔模精密鑄造工藝，加強(qiáng)肋的制造周期縮短了75%，合格率提升至98%，成本降低30%，且產(chǎn)品多項(xiàng)性能指標(biāo)接近甚至超過(guò)傳統(tǒng)鑄件歷史最高值。
7103廠是我國(guó)唯一的大型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)廠。
2014年，該廠組建增材制造創(chuàng)新中心，致力于以3D打印技術(shù)推動(dòng)航天液體動(dòng)力工藝技術(shù)發(fā)展和制造能力提升。
2017年，以7103廠為主依托單位，多家國(guó)內(nèi)增材制造領(lǐng)域的高校、科研院所、企業(yè)，聯(lián)合成立國(guó)內(nèi)唯一的國(guó)防科技工業(yè)航天特種構(gòu)件增材制造技術(shù)創(chuàng)新中心。該中心成立以來(lái)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)研制能力的快速提升和工程化應(yīng)用的多點(diǎn)推進(jìn)，先后突破了20余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，覆蓋了70%以上液體動(dòng)力常用材料，完成了45種型號(hào)中10類(lèi)結(jié)構(gòu)、230余種復(fù)雜精密構(gòu)件的3D打印成型。在此基礎(chǔ)上，該中心初步構(gòu)建全流程技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)體系，參與制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)9項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，形成一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)成果。
“我們實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)優(yōu)化到產(chǎn)品交付的全流程服務(wù)。”楊歡慶表示，該中心將不斷拓展增材制造技術(shù)在液體動(dòng)力領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)工藝技術(shù)和制造能力不斷提升，為我國(guó)航天重大工程的實(shí)施提供技術(shù)支持和保障。
為天問(wèn)一號(hào)全程護(hù)航的發(fā)動(dòng)機(jī)
與“祝融號(hào)”火星車(chē)軟著陸相關(guān)的液體動(dòng)力技術(shù)，涉及到航天科技集團(tuán)第六研究院研制交付的發(fā)動(dòng)機(jī)。
根據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)六院，2021年5月15日7時(shí)18分，天問(wèn)一號(hào)著陸巡視器與環(huán)繞器實(shí)現(xiàn)分離，成功軟著陸于火星表面，著陸后，“祝融號(hào)”火星車(chē)成功傳回了遙測(cè)信號(hào)。
由航天科技集團(tuán)第六研究院研制交付的78臺(tái)各型發(fā)動(dòng)機(jī)，推舉長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭，助力天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器，將液體動(dòng)力的貢獻(xiàn)貫穿全程。
在長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭上，配置了由航天科技集團(tuán)六院研制生產(chǎn)的新一代綠色無(wú)污染的8臺(tái)120噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)、2臺(tái)50噸級(jí)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)、2臺(tái)9噸級(jí)膨脹循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)及18臺(tái)作為輔助動(dòng)力的姿控發(fā)動(dòng)機(jī)。這30臺(tái)四型發(fā)動(dòng)機(jī)，將我國(guó)運(yùn)載火箭的近地軌道運(yùn)載能力，從9噸提升至25噸，從而實(shí)現(xiàn)火箭的一飛沖天，為天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器向著火星的漫漫星途提供強(qiáng)勁可靠的動(dòng)力保障。
在天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器上，六院研制交付了著陸巡視器和環(huán)繞器的推進(jìn)分系統(tǒng)，共計(jì)48臺(tái)大大小小的發(fā)動(dòng)機(jī)。它們分別為著陸器著陸過(guò)程懸停、避障及緩速下降過(guò)程提供了可靠動(dòng)力，為環(huán)繞器系統(tǒng)提供軌道轉(zhuǎn)移、制動(dòng)捕獲、軌道調(diào)整以及姿態(tài)控制所需的精準(zhǔn)動(dòng)力。
其中作為著陸巡視器主發(fā)動(dòng)機(jī)的7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)是六院研制團(tuán)隊(duì)在借鑒探月任務(wù)中7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)火星探測(cè)任務(wù)全新設(shè)計(jì)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)。制造過(guò)程中，改進(jìn)型7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)與以往7500N發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和推力一樣，但重量和體積只有以前發(fā)動(dòng)機(jī)的三分之一，結(jié)構(gòu)也更加優(yōu)化、緊湊。發(fā)動(dòng)機(jī)的對(duì)接法蘭框還首次采用3D打印技術(shù)，“一次打印成型”避免大余量去除原實(shí)心棒材或鍛件引起的變形，也保證了發(fā)動(dòng)機(jī)與總體對(duì)接的質(zhì)量穩(wěn)定性。
來(lái)源：3D科學(xué)谷
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