关键技术在运载火箭制造中的应用

运载火箭的箭体主要有推进剂贮箱（燃料箱和氧化剂箱）、箱间段、级间段、尾段、仪器舱、整流罩、管路等组成。火箭制造按毛坯制造、零件加工、部（组）件装配、全箭对接总装与测试的顺序依次进行，涉及各种常规和特种机械制造方法。

图3-1所示为运载火箭典型结构图。运载火箭整流罩、箱间段、仪器舱等舱体为半硬壳非密封铆接结构，基本零部件包括框环、桁条、蒙皮、接头等，原材料为LY19、 LD10等热处理强化铝合金板材、型材和锻件，级间段有铆接结构和杆系结构，杆系结构则由30CrMnSiA手工焊接而成，主要制造技术包括冲压、滚弯、拉弯、龙门铣、钻铆等。近年，航天铆接舱体数字化、自动化钻铆正在逐步取代手工钻铆。

图3-1　运载火箭典型结构图

运载火箭推进剂贮箱为薄壁密封结构，约占火箭全长的2/3，由箱底瓜瓣、筒段壁板、短壳壁板和人孔法兰等组成，采用LD10、2219等热处理强化铝合金板材、型材和锻件，经钣金、机加工、化铣和焊接加工而成，焊缝先做外观和X射线检查，然后做气密和强度试验。主要加工技术有冲压、拉弯、焊接、无损检测等。 目前壁板网格的化铣逐步被机械铣切代替，箱底整体成形已成为贮箱制造的重点发展方向。(www.xing528.com)

运载火箭动力系统的阀门和管路种类较多，阀门壳体主要加工工艺为数控切削、热处理等，阀芯尺寸精度高，属于精密加工，部分小孔需电火花加工，涉及核心设备为高精度车床、铣床、加工中心和电火花加工设备等；管路用于液体或气体介质传输，主要加工工艺为数控弯管、焊接，涉及核心设备为全自动数控弯管机、高精度测管机和全位置管焊机等。 目前，多余物检测技术、3D打印技术和数字化自动弯管技术在火箭动力系统制造逐步得到应用。

航天伺服机构是航天飞行器飞行时摆动的主要执行机构，许多关键零件部件加工工艺复杂。例如阀芯阀座配合尺寸精度要求高，主要加工工艺为精密超精密加工，伺服机构的密封性主要取决于密封件工作面的机械加工、合理的装配工艺、逐级的密封测试，涉及重要设备包括高精度磨床、高精度五轴机床、电火花加工设备等。精密加工、配对装配、可靠测试、有效去除毛刺等是伺服机构制造的重点。

惯性器件是航天制导与控制系统中的重要的测量单机，具有精度高、壁薄、尺寸小、形状复杂、尺寸稳定性要求高等结构特点，采用了一些金属铍、磁性材料、弹性材料、陶瓷和石英等硬脆材料，需要采用精密超精密加工、精密装配与精密测量。精确制导系统中导引头上的光学零件，其加工工序主要有下料、粗磨、研磨抛光和磨边定中心，以及真空镀膜，涉及精密加工机床、精密磨床、抛光机和真空镀设备。

运载火箭总装是先将各系统的设备、仪器、阀门、导管、电缆及零部件分别装入相应部段，然后进行各部段和发动机对接。在总装厂，火箭一般采取水平卧式装配，箭体平放在可在地面导轨上直线移动的架车上，装配以手工操作为主。各部段在预装工序完成后按分系统进行多余物检查、气密检测、阀门启闭和电路导通等多项试验，部段对接后进行管路和电路检查，以及重量、质心和同轴度测量。主要设备包括多自由度总对接设备、室内大场景精密测量设备、质量特性综合测量装置、气密和多余物检测设备等。柔性、数字化自动装配技术是运载火箭和航天器总装的发展方向。