航天发动机大直径不锈钢整体弯头内高压成形缺陷控制研究

大直径弯头是航天发动机燃料传输系统的关键构件,传统工艺采用冲压半管再拼焊成形方法难以满足高空间利用率和高可靠传输的需求。本文提出一种整体弯头内高压成形方法,利用轴向进料调整管料轴向应变状态,降低内外侧壁轴向应变,避免破裂缺陷的同时提高整体弯头尺寸极限与成形性,理论计算内外侧壁理想进料量分别为21 mm和24 mm。实验中通过改善润滑条件促进了轴向进料,避免因管料与模具间摩擦力过大时无法有效进料导致的破裂缺陷。预弯管件预成形时存在变形强化,通过退火热处理降低硬度,消除残余应力,提升塑性变形能力。成形的1Cr18Ni9Ti不锈钢整体弯头相对弯曲半径0.75、径厚比67,直径200 mm,最大减薄率约为31%。

液体火箭发动机U形环密封界面优化设计

U形密封环是液体火箭发动机常用的一种密封结构,其密封性能是决定发动机可靠性的关键因素。为研究U形环的密封机制,改善其整体结构的密封性能,构建U形环密封结构的有限元分析模型,分析常温预紧工况和低温工作工况下密封环的密封性能。结果表明:相对于常温(20℃)预紧工况,低温(-183℃)工作工况下U形环密封面的有效接触宽度和接触应力更大,但仍存在密封面接触不充分的问题。采用密封界面形貌的优化设计方法对U形环密封界面进行优化设计,优化后U形环密封面从平坦形貌变为非平坦的非线性形貌,低温工作工况下U形环密封面的有效接触宽度增加了138%,接触应力分布均匀程度提升了99%,密封面的有效接触宽度大幅增加,接触应力分布的均匀性大幅改善,整体结构的密封性能显著提升。

变形高温合金在液体火箭发动机中的应用进展及展望

变形高温合金以其良好的耐高温、抗氧化、抗热腐蚀性能和较好的冷、热加工性,在液体火箭发动机推力室身部、涡轮壳体、涡轮转子等热端部件中得到了广泛的应用。通过查阅文献,综述了国内外变形高温合金及热加工技术发展现状、液体火箭发动机热端构件对高温合金性能需求、变形高温合金在国内外著名液体火箭发动机中的应用情况。结合液体火箭发动机可回收、高性能、轻量化、低成本的发展趋势,总结了变形高温合金在液体火箭发动机领域的主要发展趋势,包括研发针对液体火箭发动机服役工况的高温合金材料、改进热加工工艺,从而提升高温合金性能、降低高温合金构件制造成本;研发和推广耐高温轻质金属间化合物、降低热端构件质量。

液体火箭发动机涡轮端轴密封可靠性提升技术研究

针对某型液体火箭发动机工艺试车后涡轮端轴密封泄漏量超标,导致发动机无法正常交付的问题,提出一种基于发动机结构和密封原理的轴系回转工艺方法,分析工艺可行性并设计制作工装,通过工艺试验获取密封性能改善的工艺参数。试验结果表明,在不分解发动机情况下,该工艺可改善发动机工艺试车后涡轮端轴密封的贴合状态,减小密封泄漏量,提升涡轮端轴密封可靠性和复用性。

液体火箭发动机供应商穿透式管理研究与实践

针对航天产品及供应商特点,提出供应商差异化穿透式管理思路,以液体火箭发动机产品及供应商为对象,进行了差异化穿透式管理实践,研究得出不同类别产品及供应商差异化穿透式管理要点及具体管理内容。

基于摄影测量技术的航天发动机装配过程几何参数测量方法研究

当前我国航天发动机装配过程几何参数的测量方法为专业人员操作激光跟踪仪或全站仪逐点位进行测量,此类方法存在测量效率低的缺点。针对此问题,提出了一种高效的基于摄影测量技术的航天发动机装配过程几何参数测量方法,对该测量方法的测量原理进行了介绍,详细说明了这一方法各测量环节实现的测量目的,最后通过实测数据计算工业数字摄影测量技术在此类应用中的系统准确度,证明了该测量方法的可行性。

液体火箭发动机推力室熔焊缝数字化胶片图像缺陷识别方法研究

推力室的焊接质量可靠性与稳定性对于发动机服役性能以及火箭安全运行具有非常重要的意义,主要通过人工评定胶片图像来识别其焊缝缺陷,检测效率低、经验依赖性强。针对液体火箭发动机推力室胶片数字化图像的特点,通过对原始图像进行尺寸归一化、图像增强等图像预处理构建图像样本集,并采用YOLO V3算法建立了基于深度学习理论的熔焊缝缺陷自识别模型。结果表明,训练的YOLO神经网络模型能够准确识别胶片数字化图像中气孔、裂纹、未熔合、未焊透等4种典型熔焊缝缺陷,识别准确率达90%以上,有良好的工业应用前景。

发动机喷管钎焊缝射线检测的图像处理方法

针对火箭发动机喷管钎焊缝射线检测图像灰度分布不均匀、结构与缺陷信息混叠导致缺陷检测精度低的问题,提出一种基于边缘信息和结构特征提取的图像处理和缺陷分析方法。首先通过亮度矩阵、高斯滤波与锐化等方法对原始检测图像进行增强预处理;然后利用Canny算子和霍夫变换抽取图像中的边缘信息及边缘中的线段结构信息,并通过自适应阈值处理获取类正弦结构信息;最后对所得边缘信息、线段信息和类正弦结构信息进行差分处理并进行缺陷信息判定。基于所提算法开发了相应软件,对实际发动机喷管钎焊缝射线检测图像进行分析,处理结果表明,所提方法可有效克服区域灰度不均匀、结构与缺陷信息混叠等问题,实现了射线检测图像的统一处理和缺陷信息的提取,具有较高的检测效率及准确性。

液体火箭发动机辐射冷却身部材料研究进展

辐射冷却是上面级和空间液体火箭发动机推力室身部最常用的冷却形式,近年来在部分大推力、高性能二级火箭发动机喷管中也得到了应用。辐射冷却身部材料的耐高温性能和密度,直接影响液体火箭发动机的比冲、推重比和可靠性。通过查阅国内外文献,综述了钛合金、高温合金、难熔金属和碳纤维复合材料等材料在国内外液体火箭发动机辐射冷却身部中研究和应用情况,结合液体火箭发动机推力室身部燃烧室段和喷管段服役工况,对不同材料特点进行了分析。研究对标未来高性能、高可靠和低成本液体火箭发动机的发展需求,并对近年来发展起来的铱/铼/碳-碳复合材料、低密度铌合金和3D打印难熔合金进行了概述。

某型探月发动机推力线参数自动化计算方法研究

探月系列发动机推力线参数要求较为特殊,有些参数商业软件无法直接给出结果,需要检测人员自行根据实际的推力方向进行换算,费时费力,存在质量隐患,本文通过建立推力线,坐标系的数学模型,基于C#语言编写推力线参数计算需要的空间几何算法,实现了推力线参数自动化计算。

液体火箭发动机工艺知识数字化管理及应用研究

本文结合液体火箭发动机产品特点、制造工艺特点和企业实际,在重点研究了发动机工艺知识及工艺知识体系框架、工艺知识建模方法的基础上,建立了发动机工艺知识库,实现了发动机工艺知识的规范化管理和高效共享。通过知识库与工艺设计系统的集成,实现了基于知识的发动机数字化工艺设计。形成了完整的发动机工艺知识数字化管理应用方案,实现了快速、高质量工艺设计,推动了新研型号的快速研制。最后提出了后续发动机工艺知识研究应用的发展建议。

液体火箭发动机导管焊缝数字化X射线检测工艺研究

为液体火箭发动机总装导管设计了透照工艺方案,从方案可行性、工艺可靠性等方面进行了论证,并针对适用导管的检测灵敏度、缺陷检出进行了产品检测试验,验证了导管焊缝无损检测系统的可靠性和检测效率能够满足导管智能生产线上的导管检测要求。

液体火箭发动机增材制造技术研究进展

针对增材制造技术在国内外液体火箭发动机领域的应用成果和研究现状,分别综述了增材制造在发动机的制造技术和流程、制造工艺标准以及在发动机推力室、涡轮泵、阀门、总装及其他组件和整机中的应用研究,并展望了增材制造技术在液体发动机中的发展方向,指出在液体发动机领域,增材制造应该在应用广度和深度、结合增材制造特点的发动机结构设计方法、制造技术和工艺标准、新材料和材料性能数据库的构建等方面进行更加全面系统的研究,以应对未来航天领域的重大挑战。

面向铝基发动机气门座圈的激光熔覆铜基合金工艺及性能研究

目的为了提升发动机气门座圈耐磨耐冲蚀性能,延长发动机寿命。方法针对铝基发动机气门座圈,采用激光熔覆制备铜基合金覆层,对激光熔覆工艺与熔覆层性能之间的关系进行研究。以稀释率、覆层接触角为衡量标准优化参数,研究激光扫描速度、送粉率、激光重熔参数与熔覆层组织形貌的关系。结果熔覆层的表层组织随扫描速度的增加而细化,同时,熔覆层的稀释率和覆层接触角均增大,而熔覆层的稀释率和覆层接触角随送粉率的增加呈下降趋势。通过改变激光重熔参数,可改变强化相在熔覆层中的分布情况,从而改变熔覆层硬度。通过对剪切断面进行分析,结果表明,结合界面的剪切强度随着扫描速度的增加先增加后降低,在扫描速度为8 mm/s时,剪切强度最大,为142.31 MPa。在最优参数下,熔覆层的平均硬度为392HV0.05,相当于ZL104铝合金基体硬度(约85HV0.05)的4.6倍。结论熔覆层冲蚀磨损和销盘磨损试验表明,铜基涂层具有最低的摩擦因数和最低的冲蚀质量损失,印证了铜基覆层可以提升发动机气门原材料的耐磨耐冲蚀性能,并在一定程度上提升发动机缸体寿命,为实际应用提供一定的指导。

火箭发动机端面密封静环热压工艺及故障分析

静环是端面密封的主要组成部分,石墨环热压环节是整个静环生产的核心,热压成品率直接关系端面密封的质量可靠性。结合生产工艺过程,深入分析了热压工艺机理,建立了静环热压的数学模型,明确了镶嵌应力、过盈量校核等一系列参数。在此基础上,形成了一套完备的热压工艺方法。结合某型号试车端面密封故障问题,对静环进行了仿真分析和试验验证。结果表明,在热反浸过程端面密封受到高温作用,由于石墨材料线性膨胀系数发生变化,导致石墨环和静环座间的过盈量减小,过盈连接部位局部存在微缝隙,石墨环受高压介质挤压不均匀脱出,石墨环脱出不均匀导致石墨端面变形,产生泄漏。

火箭发动机涡轮泵轴电解扩孔加工技术

某型液体火箭发动机涡轮泵轴内腔采用台阶式深长孔结构,需将长度424 mm的深孔直径由φ71.8 mm扩孔至φ89 mm,采用常规机械加工,存在刀具易振颤、散热条件差等难题,加工难度极大,成本高昂。提出一种工件旋转、阴极可调整式随动进给电解加工方法解决大深径比深孔扩孔难题,借助流场电场仿真技术手段,完成了内喷式工具阴极刃的刃口优化设计、长阴极刃的电解液喷口结构设计与优化、过渡圆弧的阴极轮廓设计与优化;并完成了加工装置的适应性改制,进行了电解扩孔技术的电解加工参数优选。在电解液浓度20%(硝酸钠溶液)、电解液温度29~33℃、电解液入口压力0.3 MPa、电压20 V、阴极进给速度0.02 mm/min、电机转速8 r/min的加工条件下,借助超声波测厚仪在机检测剩余壁厚,对阴极进行动态调整,加工出圆度及同轴度优于φ0.02 mm、直径精度优于0.2 mm的轴深孔结构。

增材制造技术在液体火箭发动机应用述评

美国普惠洛克达因公司、NASA、太空探索技术公司(Space X)、蓝色起源公司、Rocket Lab公司、空客防务与航天公司及西安航天发动机有限公司等国内外航天企业和科研机构将增材制造技术广泛应用于液体火箭发动机,对其产品、成形工艺、技术路线及发展趋势做了较详尽的介绍。分析了国外增材制造液体火箭发动机关键零部件工程应用和发展思路对我国的启示,并提出了展望。

液氧/煤油发动机多余物自动检测技术

多余物的控制是航天型号产品研制生产过程中的关键,多余物检查及排除是保证火箭发动机可靠工作的重要环节。针对1200kN液氧煤油发动机总装后不能进行多余物检测的问题,采用机械转台将被检查产品进行滚动,使存在于发动机内腔的金属多余物与其内壁发生碰撞和滑动,在此过程中产生的声信号以弹性波的形式传播到产品外壁,通过声发射传感器监测该信号,并转化成相对应的电信号输出,给出多余物有无的判定信息和存在位置的参考信息。通过对发动机多余物自动检测中浮动环及电磁干扰噪声的屏蔽,以及发动机整机多余物自动检测中发动机滚动的转速、传感器的阈值以及触发信号同步接收时间等工艺参数的研究,得到了发动机多余物检测的最佳工艺参数,实现了1200kN液氧煤油发动机整机多余物自动检测。

射线计算机成像技术在发动机变壁厚产品检测中的试验研究

针对液体火箭发动机离心轮、涡轮静子等厚度变化大的复杂激光选区熔化成形(SLM)钢构件在常规X射线胶片照相检测(RT)时,由于胶片的宽容度低造成的检测覆盖率低,存在漏检质量隐患的问题,采用射线计算机成像技术(CR)对该类变截面厚度差在5~20 mm内的钢构件进行检测。结果表明,CR检测图像宽容度是胶片照相检测的3倍,检测覆盖率高;以离心轮线状缺陷CR检测为例,且通过CT和理化检测验证证明,CR检测具有与胶片照相检测基本一致的缺陷检测灵敏度、可靠性。

重型运载火箭发动机涡轮部件富氧燃气通道高温防护涂层技术研究

针对液体火箭发动机富氧燃气通道的传统搪瓷涂层在高温、高压、高速燃气冲刷工作环境下存在的开裂和脱落问题,对金属陶瓷复合涂层进行了高温氧化防护技术研究。采用喷涂和真空烧结工艺在高温合金基材表面制备了金属陶瓷复合涂层,对其组织结构、物理特性和高温抗氧化、热震、抗火焰冲刷性能进行了分析和试验。结果表明,金属陶瓷复合涂层通过真空热扩散形成了多孔组织,在1000℃氧化和冷热交变环境下表现出优异的抗氧化、抗热震性能,能够承受1100℃、1马赫燃气冲刷。