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时间:2020-02-10 05:24来源:lo622.com
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试验人员正在检查测量设备的安装情况,确保试验顺利进行。

大火箭氢箱水压试验现场

[据美通社2010年1月25日报道] NASA团队着眼于未来太空舱的概念设计,已经成功验证了一个全复合材料结构,它未来可能替代传统的用于承载宇航员进入太空并使他们安全返回地面的金属舱体。

近日,中国航天科技集团公司五院529厂顺利完成了一次舱体水压试验任务。与以往水压试验不同,针对此次试验过程中测点多、连线复杂等特点,该厂首次应用了摄影测量技术,通过舱体感光片的无接触测量,随时检测舱体的三维变形。此项技术应用在确保检测精度的同时,大大提高了生产效率。 来源:航天科技网站

“听声”不用耳

构成该结构的复合材料本质上与现在用于赛车、商业喷气机和高端运动装备上的坚固、轻质层压材料相同。采用新太空时代的制造技术,这些高级复合材料与传统金属结构相比具有潜在优势。例如,它们能被容易地制成复杂形状,而且结构强度更高,这正是未来下一代航天器所期望拥有的特性。

所谓“听声”,其实并不是真的用耳来倾听,而是用一套声发射测量系统。

由NASA工程与安全中心领导的团队,在NASA兰利研究中心利用一系列的全尺寸结构测试,开发和测试了该舱体。全尺寸乘员舱被加压到设计极限,与此同时关键接口,如着陆系统主降落伞接头,模拟未来乘员舱在发射和返回地球时可能承受的综合负荷进行了拉伸。试验中未发现故障点。

中国航天科技集团公司一院702所试验主管孙金云介绍说,这套系统可以采集到试验件破裂时所发出声音的应力波,如果有危险发生或者即将发生,系统都会及时报警。系统采集到的数据,对设计人员发现问题可起到非常重要的作用。

在通过这些和其他综合测试后,后面的试验检验了破坏耐受性,这对于复合结构来说是最关键的一个问题。试验显示,复合舱体能够完成任务,而且试验舱承受了2倍于内部设计压力的压力,并经受了4倍于设计寿命的循环试验。未来还计划进行新一轮更高碰撞能的碰撞评估。

其实,在火箭贮箱开展静力试验前,试验人员会在贮箱上贴上成百上千的“应变片”。这些“应变片”主要采集的就是火箭贮箱在试验时的各项载荷数据,验证设计方案是否可行。那“声发射”系统又为何启用呢?

复合材料乘员舱的设计、制造、检验和测试由NASA和工业界合作完成。参与者包括来自9个NASA中心的主题专家、空军研究实验室、艾尔科公司、阿联特技术系统公司、巴利丝带工场、科利尔公司、起源工程公司、简尼基工业公司、洛马公司和诺格公司。复合材料舱在ATK公司建造。(中国航天工程咨询中心 谢慧敏)

在长期的试验中,科研人员发现贮箱上有一些部位比较特殊。比如“焊缝”,由于外表面形状比较复杂,很难粘贴“应变片”。一般情况下,这些位置不容易发生损坏,但一旦发生损伤,却很难获取精确的数据,这为设计人员查找问题带来了困难。

孙金云说:“如果这样的话,就可能需要反复试验获取数据,甚至采用高速摄像机辅助判断损伤的位置、类型、程度等,既浪费成本,又耽误时间。为此,在这次试验中,我们就对以往试验中有可能发生损伤的部位进行了重点监测。”

这样,试验监测关键区域达到了百分之百,为确保长征五号火箭各项试验保质按时完成奠定了基础。

误差千分之一秒

大火箭氢箱水压试验当天,从上午10点半开始,测量主管顾海贝就在试验场来来回回地查看着系统窗口上实时显示的监测数据。

自从702所5室引入声发射技术以来,搭载了不少试验,更储备了不少的年轻力量,顾海贝就是其中之一。别看她今年也就20多岁,在声发射技术上,她已经是行家里手了。但对她来说,在如此庞大的贮箱试验中采用声发射技术,还是头一回。

在她眼前,一个个窗口上实时显示着五颜六色的布点,有大有小、有高有矮,或密集或疏离,这些布点每一次跳动,都犹如人的心跳一样饱含着生命特征。

她说:“这套系统和试验件之间有一个传感器连接,它就好似测量系统的‘耳朵’一样。”

她已经经历了很多次类似的试验,这次试验也非常顺利,十几路发射信号稳定、均匀,未发现异常。

顾海贝打比方说:“比如折断筷子时,会发出噼里啪啦的响声,其它材料也一样。但我们用肉眼看到筷子裂开时,其实它早就变形了。而声发射技术对哪怕很微小的损伤也十分敏感,能够‘听’到筷子是什么时候开始破损的,以及从哪里开始,怎样折断等整个过程。”

因此,这项技术将来还可以在一些产品的抽查检验中使用,不用破坏,就能分析出产品最大的受力载荷,这无疑能极大地节约成本。这项技术获取的数据误差要以千分之一秒甚至百万分之一秒来计算,非常精确。

首次声发射技术的成功使用,对长征五号火箭保进度、保成功提供了重要保障。后续,常温状态下的长征五号火箭贮箱试验都可以采用此项技术,而且低温状态下的试验还解决了“低温”测试这一难题。

试验人员刘砚涛举例介绍,比如长征五号火箭的贮箱低温试验,需要注入液氮,液氮的温度达零下200度,这种极寒的环境极有可能损坏声发射测量系统。他说:“这种情况下,我们就可能要为系统安装特殊的连接杆,就像为它装上‘听诊器’一样,这还需要我们进一步总结规律,使得这项技术在大型贮箱试验上的应用更加可靠、可信。”( 冉程) 来源:中国航天网

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