民营火箭企业蓝箭突破激光焊接夹层喷管技术,制造成本降九成

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  2月25日,澎湃新闻(www.thepaper.cn)从民营火箭研制企业北京蓝箭空间科技有限公司(下称“蓝箭航天”)获悉,其自主研发的“天鹊”(TQ-12)80吨液氧甲烷发动机喷管夹层激光焊接一次成功,焊接用时2天,成本下降90%,80吨发动机的首台喷管顺利下线。

  

  激光焊接夹层喷管技术
喷管是火箭发动机的一个重要部件,它通过“收敛-扩张”的几何形状,使燃烧室内的燃气保持预定压强,并使燃烧产生的高温燃气通过喷管膨胀加速到超音速,将其热能充分转换为燃气的动能,使发动机获得巨大推力。
但液体火箭发动机中再生冷却夹层式喷管的制造,一直以来是液体火箭发动机生产中的难题。蓝箭航天方面表示,喷管是典型的大直径、薄壁零件。对于液体火箭发动机再生冷却喷管,既要求其有足够的结构强度和刚度来承受轴向的推力、内部的液压和强烈的震动;又要求它的重量尽可能轻,这样便能提高发动机推重比。同时,喷管的扩张型面精度还应与设计理论型面接近,以使燃气以最优的方式膨胀,获得最高的比冲。

  

  机器人激光焊接设备 蓝箭航天供图
蓝箭航天动力团队此次攻克激光焊接夹层喷管技术难题,实现了大型喷管机器人全自动激光焊接,可大幅度降低喷管制造成本,缩短制造周期,提高产品质量,便于实现产品批量化制造。
例如,“天鹊”(TQ-12)80吨发动机喷管直径1米以上,使用激光焊接夹层喷管技术后焊接用时仅2天,成本下降90%。如果后续工艺继续成熟,焊接用时或可压缩至10小时以内,制造周期仅为传统工艺下的1/10左右。

  

  夹层焊接完成的喷管 蓝箭航天供图
据悉,此前国内尚无激光焊接夹层喷管技术,国际上也无相关型号的成熟产品,蓝箭航天的激光焊接夹层喷管技术是国内首创,并已申报专利。蓝箭航天创始人、CEO张昌武表示,“天鹊”(TQ-12)80吨液氧甲烷发动机喷管顺利下线,表明了蓝箭的自主创新取得了重大成果,核心技术填补了国内空白,极大缩短“天鹊”发动机的研制周期,降低成本。

  

  喷管位置示意图 蓝箭航天供图
此外,蓝箭航天方面还表示,其与国际一流激光装备制造集团合作,建成了整套机器人激光焊接设备,可焊接的最大喷管直径接近2米,适应各类不锈钢、高温合金、铜合金、铝合金、铜-钢异种金属、高温合金-不锈钢异种金属焊接,满足未来二级发动机、上面级发动机大面积比喷管焊接需求。该套设备近期将完成交付,进驻蓝箭航天在浙江湖州的智能制造工厂,为后续液氧甲烷发动机批量化生产提供保障。

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