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问天实验舱是如何造出来的
文章字数:961
  7月24日,中国空间站问天实验舱成功发射。
  问天实验舱集平台功能与试验载荷功能于一体,舱体总长17.9米、直径4.2米,发射重量23吨,相关指标比天和核心舱还要高,块头和分量跟北京地铁13号线一节列车车厢差不多。这个全世界现役在轨最重的单舱主动飞行器,是如何造出来的?
  问天实验舱由工作舱、气闸舱及资源舱3部分组成。其中,气闸舱肩负着长寿命及多种设备安装的使命,对重要承力结构件的要求很高。经过论证,研制人员决定采用承力能力更高的内外双筋壁板结构。
  与常规的外置筋壁板不同,内外双筋壁板需要在其内圆柱面上增加内置筋。这一操作的成形实施难度很大,而且成形缺陷、成形精度难以控制,稍有不慎即会出错。
  从单筋到双筋,难度不仅仅是翻倍。外筋在外面,看得见、好操作;内筋在圆柱面内部,不仅不好操作,还要浑然一体、要求很高。
  经过反复分析测试,工艺人员提出这样一种模具设计:先分、再拼,装配时避让开内筋位置,再进行产品的压弯成形。最终他们得出了优化的压弯成形轨迹,设定了合理的成形路径和压弯工艺参数。模具搞出来了,工艺参数有了,内外双筋壁板顺利实现了精密成形,满足了设计需求。
  问天实验舱有一个为航天员出舱使用的舱门,舱门的门框由焊接工艺方式连接,是典型的空间曲线焊缝,要求焊接变形小、质量高。
  从平面到空间、从直线变曲线,焊接难度也呈指数级增加。
  此类空间曲线焊缝的焊接,在以往型号研制过程中均采用手工方式完成,而问天实验舱产品焊接厚度增加到了5毫米,研制人员手工焊接时需要一层一层地焊,热量输入大、产品尺寸不易把握,焊接后结构应力大,无法满足空间站长期在轨运行的可靠性要求。
  唯一的办法是攻克空间曲线自动化焊接技术。研制人员经过攻关、测试,设计了可柔性变化的焊接工装,以柔化刚、借力打力,既满足自动化焊接的功能,又保证空间曲线轨迹的可靠连接,顺利完成了密封舱舱门门框的焊接,各项指标均满足设计要求。
  问天实验舱的舱壁加热管路可谓舱体太空防护衣,实验舱结构的增大,意味着加热管路数量要增加,且管路布局的整体走向呈空间三维结构,为此加热管路截面被设计成“Ω形”,类似一个圆形加一个平面,其与舱体内部要高度贴合在一起,以利于温度的灵敏控制。为此研制人员创新提出了“柔性分区+整体成形”的技术手段,即以管路三维曲面高精度制造,贴合于实验舱舱体的内表面。
  (张霞王天明付毅飞史诗)

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