温度变送器回收(打造高可靠商业液体运载火箭：中科宇航持续夯实基础试验能力)

Posted 2023-06-01

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温度变送器回收(打造高可靠商业液体运载火箭：中科宇航持续夯实基础试验能力)

来源中科宇航公众号

商业液体火箭和可重复使用液体火箭的“科技树”在行业中不断被点亮，从业者开始走进航天深水区，关键的基础能力也成为了紧俏资源。中科宇航致力打造高可靠液体探空火箭、液体入轨火箭和可重复使用火箭，基于目前我国最大的固体火箭“力箭一号”的研制基础上，液体火箭研制遵循基本原则：从小到大、从低到高、从简单到复杂，持续夯实自主可控的液体火箭关键产品研制和测试能力、动力与增压输送和推进剂供应试验能力，还有运载火箭的综合试验能力。

01动力与增压输运和推进剂供应试验能力

针对液体火箭动力系统研制，已形成42MPa高压供配气能力和10m3级低温液氮供应能力，集配气系统、配电系统、控制系统和数据采集系统为一体的液体火箭高压供配气和低温供液通用试验平台。平台具备通用性、集成性和可扩展性三大优点，满足液体火箭研制过程中的各类单机试验和系统试验。

图1 高压供配气和低温供液通用试验平台系统

图2 液体火箭高压供配气和低温供液通用试验平台高压气源系统

图3 高低压供配气台

图4 液体火箭高压供配气和低温供液通用试验平台低温供液系统

低温供液系统由低温贮罐系统、低温加注管路系统、排放和处理分系统、气路分系统和测控分系统组成，其中主要设备有液氧储罐、硬直管段、金属软管、变频离心泵、阀门、连接器、过滤器、流量变送器、压力变送器、温度变送器等。所需的加注量是由调控变频离心泵来实现对加注、补加过程不同的流量需求。中科宇航目前已具备低温加注能力。

液体火箭高压供配气和低温供液通用试验平台已成功应用于各项液体火箭试验。典型试验包括贮箱低温密封试验、换热试验、孔板标定试验、输送管试验、补偿器试验、低温连接器和阀门研制阀以及阀门功能综合试验。

图5 低温贮箱密封、贮箱换热试验

图6 孔板调压、标定和反馈试验

02综合试验能力

液体火箭基础试验能力包括静力试验、动力学与环境试验、热试验和温湿度试验。集力学加载系统、配电系统、控制系统和数据采集等系统的综合试验能力建设，覆盖强度试验、模态试验、振动试验、冲击试验、热试验和多物理场耦合试验。

图7 运载火箭综合试验能力

静力试验方面，自主建设多通道静力自动协调加载试验系统和内外压强度试验系统。多通道静力自动协调加载试验系统由4通道MOOG控制器、油源与分油子站、伺服作动器，静力加载台架和数据采集系统组成，静态控制精度优于0.5%FS，动态控制精度优于2%FS，疲劳试验最高加载频率20Hz，用于观测和研究试验件结构的零部件在静荷作用下的强度、刚度、稳定性以及应力、变形的分布情况。目前，静力试验方面已完成液体探空火箭的贮箱强度试验（水压1.2MPa)、蒙皮桁条舱段强度试验、发动机机架强度与刚度试验、常平座疲劳试验和电缆罩外压试验。

图8 静力试验能力建设

动力学与环境试验方面，建立了模态试验、振动试验、分离试验和冲击试验四大单项试验能力，并在单项试验的基础上通过试验技术的融合形成了以低温管路振动试验、高温管路振动试验为代表的复合试验能力。

模态试验系统具备多激励多输出能力，最大采集通道达到80通道，配备了高精度模态加速度传感器和速率陀螺，可开展力锤或激振器激励的模态分析（静态和动态）、工作模态分析（OMA）、旋转机械阶次模态分析，支持SIMO、MISO、MIMO等多种模态实验方式，完成星箭模态试验、摆动喷管动特性试验，可快速识别火箭产品整体和局部的动力学特征，为姿控设计和结构优化提供支撑。

图9 星箭模态试验

图10 摆动喷管模态试验

针对液体火箭动力和增压输送系统，以10t级振动试验台为基础，综合热试验力、低温试验能力和高压试验能力，形成了低温管路振动试验系统、高温管路振动试验系统和常规振动试验系统。目前已完成气瓶振动、阀门振动、典型管路等振动试验。面向输送管路、增压管路和预冷回流管路等，正持续搭建低温管路振动试验和高温管路振动系统。

图11 管路振动试验台

图12 增压输送系统组件振动试验

针对液体火箭分离，搭建分离动力学考核系统，验证1）分离试验方案设计；2）非火工解锁与推冲；3）冲击、力、分离信号等参数测量。针对上述三个具体方面，中科宇航建立了运载火箭分离试验的实施标准，基于直流程控电源和示波器建立了一套火工品输出电压的反馈控制发火系统，并配置了最大180通道的冲击采集系统，完成典型系统级分离试验。

图13 分离试验

在分离解锁推冲过程中，采取抗冲击减振措施，为了评估抗冲击措施的有效性，建立基于空气炮的运载火箭分离体撞击模拟系统，该系统可用于模拟分离解锁体分离时对分离体产生的撞击，也可用于快速迭代抗冲击减振器设计。

图14 分离冲击空气炮模拟系统

通过多轮迭代，成功研制的抗冲击减振器可有效降低冲击，并成功在多次大型地面分离试验中完成验证。

图15 抗冲击试验结果

热试验方面，采用高功率石英灯加热装置建立热试验能力，已建成的热试验的控制系统由直流电源和高性能PXI加热控制器组成，最大加载功率达到900KW，可实现6分区加载控制，直流电源具有0-500V输出电压，单柜最大许用电流300A，控制响应时间优于50ms，满足大功率快速变温控制需求。高性能PXI加热控制器加热程序为自主开发的高性能加热控制器，具有温度控制、热流控制、冷壁热流控制等多种控制模式，控制器成熟稳定，温度闭环控制速率达到10Hz，热流闭环控制速率达到100Hz，具备32通道的温度/热流测试能力和128通道的高温应变测量能力（≯900°C）。

图16 石英灯加热装置

图17 石英灯加热装置

图18 典型防热试片热试验

温湿度试验方面，中科宇航结合液体火箭单机研制中的试验技术要求，建立了温度湿度振动综合试验系统，温度湿度振动综合试验系统容积为3m³，温度范围为-70℃～+150℃，湿度范围为10%～98%RH；升降温速率≥10℃/min，振动推力40KN，满足中科宇航液体火箭自主研制的航电单机、管路阀门和各项分离系统的高低温试验。

图19 管路阀门可靠性试验

03核心单机设计、试验和测试能力

面向无人值守和简化箭地发射（去勤务塔模式）要求，自主设计高可靠0秒气脱连接器、加注连接器和主动撤收装置机构，其中0秒气脱连接器，可满足6-12路供气需求，单路最高气压23Mpa。通气自动分离，分离路气压17-23Mpa。主体材质采用Ocr18Ni9，防锈防腐蚀。

图20 连接器0秒气脱连接器研制试验

兼顾液体探空火箭、可重复使用火箭和入轨火箭，建设高可靠的阀门设计、制造和试验能力，包括电磁阀、加注单向阀、保险阀和排气阀、单向阀、过滤器等，低温阀门通过- 196° 低温考核，满足不少于2000次通断使用，高精度压力控制可满足0.01MPa, 阀门采用健状设计理念，对机加工颗粒和碎屑有一定容错性。

图21 液体火箭阀门

图22 电磁阀测试曲线

深度学习FALCON9分离技术，开展非火工解锁和分离冲量装置设计、试验，产品将应用于首枚液体探空火箭。目前，已完成气体解锁装置研制和推冲装置研制，完成基于记忆合金的150kg卫星解锁装置研制，其中记忆合金解锁装置近场150mm的频率冲击小于500g。研制产品均经历密封试验、分离试验、高低温试验和振动试验，可靠性高、分离迅速、可重复使用，足以胜任火箭发射任务。

图23 记忆合金星箭解锁

商业航天，只有具备设计、制造、试验全流程的低成本和可控性，才能承担起通过实践经验学习优化的代价。中科宇航也将时刻遵循高可靠性，试验充分性和快速迭代的研制准则，通过快速设计、试验、不断迭代优化，加速液体火箭的快速研发和可靠性提升。为亚轨道飞行液氧煤油探空火箭（2022年择机发射）、100公里级亚轨道可重复使用技术验证平台（2023年择机发射）和液氧煤油二级入轨火箭（2024年择机发射）提供了设计支撑和研制基础，同时也为后续亚轨道旅游、可回收液体火箭等重大任务奠定了坚实的基础。