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500吨级重型液氧煤油发动机

航天科技六院领导在一线指导重型运载首次泵联试后续工作

2016年8月12日下午,集团公司科技委副主任、院科技委主任谭永华、中国工程院院士张贵田、副院长栾希亭在7103厂35车间了解重载煤油泵试后分解情况。8月15日上午,谭永华带领院相关部门负责人,再次到35车间了解重载涡轮氧泵的试后分解及状态分析。院领导对各关键零部件试车后的状态非常满意,对后续研制充满信心。要求充分了解试车对个关键部件的考验情况,确保年底第二次泵联试后墙不倒。


数字化让大火箭“心脏”轻松跳

来源:中国航天报     日期:2016/08/12 

8月8日,国务院印发了《“十三五”国家科技创新规划》,其中对研制重型运载火箭进行了清晰描绘。几天前,由中国航天科技集团公司六院自主研制的重型运载火箭500吨级液氧煤油发动机首次燃气发生器-涡轮泵联动试验取得圆满成功的消息也见诸各大媒体。

500吨级液氧煤油发动机是我国可预见未来研制的最大推力液体火箭发动机,对支撑未来发展具有重要意义。“除了吨位大,该型发动机是我国首台全面采用数字化技术研制的大推力火箭发动机。”六院11所所长李斌介绍。

数字化三维设计为“快”而生

“研制这款发动机,不少技术指标要达到世界一流,攻关难度可想而知。”该所副所长刘站国感慨。

为化解技术跨度大带来的研制风险,国防科工局和集团公司创造性地提出增加“关深研制阶段”,即开展关键技术攻关和方案深化论证。在此基础上,六院提出了关深阶段与研制并行开展的思路。但是,短时间内如何并行完成这两大方面工作呢?

“想要快,只能从改变设计流程和研制手段中找出路,而数字化就是一剂良方。”刘站国说,正是在这样的背景下,采用数字化三维模式设计重型火箭发动机的思路应运而生。

新设计模式有点“甜”

以重型发动机研制为契机,六院全面推行全三维数字化研制模式,在搭建和完善厂所数字化平台的基础上,组建了发动机总体牵头的重型发动机IPT(集成产品开发)团队。

其中,11所重型发动机数字化设计团队由总体室、专业室、信息中心和标准化相关人员组成,平均年龄31岁。

他们是数字化三维设计的拥趸者,更是推动者。在短时间内,他们制定了20余项数字化管理规定,完成了总体方案的深化、骨架模型的发布和三维模型设计下厂。

主任设计师杨亚龙介绍:“通过三维设计,在模装阶段消除了发动机复杂结构装配过程中的干涉问题,促进了组件级与系统级多学科仿真,使边界条件、载荷情况与约束条件更为真实,仿真结果更加可信。

同时,在设计中工艺提前介入,最大程度地避免了操作流程反复,实现了工艺与设计并行。设计人员在论证过程中对方案优化的热情也大大增加了。”

“从实际来看,数字化确实让产品做得更可靠了。”重型组组长高祖兴举例说,“推重比是发动机的重要指标,这个数值越大就意味着发动机能产生的推力越大。以往发动机只有在真实产品出来后才能确定这个值,重型发动机由于采用数字化设计,可随时监控、调整组件分配值直至满足要求,从而使重型发动机的推重比达到世界先进水平。”

此外,通过数字化设计,发动机重要组件涡轮泵的效率也比以往显著提升,而且仅用一年多时间就实现了所有结构的三维模型下厂,相比以前缩短了一半时间。新模式的“快”让生产厂的主管工艺人员也大为惊叹。

推动人才建设和矩阵式管理

上世纪90年代,波音公司在777上首次成功实现全三维数字化设计和制造,团队协作和并行设计是其精髓。

我国以往发动机设计采用串行模式,更侧重个人把关的流程。为适应新模式,11所进行了深入探索,逐渐形成了“IPT可以离开数字化,但数字化离不开IPT”的共识。

采访中恰逢重型IPT团队进行“头脑风暴”,投影仪上显示的三维模型在设计人员操作下时而翻转变形,时而组合分解,设计和工艺人员围坐一起,热烈讨论着发动机装配和运输的相关方案。其间,杨亚龙几次提到“要有数字化思维”、“要建立数字化配套规范”……

对于他和设计团队这批“吃螃蟹”的人来说,数字化带来的甜头可谓鲜美的螃蟹肉,但蟹肉可口也不是没有扎过嘴。扎嘴的事归根到底是观念转变的问题,杨亚龙说:“数字化不应是设计人员‘剃头挑子一头热’,提高整个链条的数字化程度迫在眉睫。”

这个问题也是李斌一直在思考的,“在重型发动机数字化工作开展初期,我们组建了由总体室牵头、多部门人员组成的设计队伍,从基础平台建设、三维建模软件培训、数字化规范制定等方面开展工作。目前,这支队伍已经成长起来,成为推动数字化设计工作的中坚力量。”后续,如何加大数字化人才培养力度和资源配置,进一步探索型号产品的矩阵式管理模式,最大限度地发挥这一新技术模式的优势,成为摆在他案头的重要课题。(吴琳)


航天科技六院500吨级液氧煤油发动机联试获成功

来源:中国航天报     日期:2016/08/04

近日,由中国航天科技集团公司六院自主研制的重型运载火箭500吨级液氧煤油发动机首次燃气发生器-涡轮泵联动试验取得圆满成功,标志着该型发动机关键技术攻关取得重大突破。

500吨级液氧煤油发动机是我国可预见未来研制的最大推力液体火箭发动机,将用于我国深空探测、超大型空间设施建设等重大航天活动。

500吨级液氧煤油发动机代表着未来航天主动力的发展方向,其推力、比冲和推重比均达到世界先进水平。据六院有关专家介绍,该型发动机是我国首台全面采用数字化技术研制的大推力火箭发动机,采用了分级起动、泵后摇摆、机电一体化调节等多项先进技术,以及10余项简捷的使用维护技术,其性能、可靠性、使用维护性均有大幅度提升。

燃气发生器-涡轮泵联试是继数值仿真、冷态试验验证取得阶段性成果后,对500吨级液氧煤油发动机关键技术成果进行的系统级综合热试考核。试验装置包含了500吨级液氧煤油发动机除推力室之外的主要组件产品,试车的成功使发动机总体、大功率涡轮泵、大流量燃气发生器、高压大流量低温阀门、高精度流量调节器,以及新材料、新工艺和试验等关键技术得到初步考核。

此次联试是我国航天液体动力体系持续发展的重要标志,将推动我国航天主动力技术达到世界先进水平。(张平)


六院研制的重型运载液氧煤油发动机首次涡轮泵联试取得圆满成功

2016-08-01 中国航天科技集团六院

8月1日,由我院负责研制的重型运载火箭500吨级液氧煤油发动机首次燃气发生器-涡轮泵联动试验取得成功,标志着该型发动机研制工作取得首个里程碑式胜利,为后续圆满完成关深阶段研制任务奠定了基础。

我院院长谭永华、科技委主任张贵田、副院长栾希亭、总工程师胡旭东等陪同上级领导专家现场指导试车。

试车前,我院11所、7103厂、165所及院有关部门通过对试车方案、联试产品状态质量、试车台改造调试、联试风险分析和充分的紧急预案确认复查,做了大量工作,付出大量心血,确保试车取得预期目标。

此型发动机为我国正在研制的最大推力火箭发动机,对支撑后续空间站建设、载人登月及深空探测具有重要意义。(张平)


       2011年,航天科技六院申请重型运载火箭发动机立项,7103厂34车间木模工王海带着徒弟们大干了6个月,赶制出了1:1比例的木模样机。专家组到现场考察时,都为之赞叹。现在,这个高达5m的样机还展示在装配车间厂房。


2016年10月之前,完成单体推进器组合点火(协调性)试验。500吨级液氧煤油发动机今年有望实现技术突破。

        这个协调性实验是指500吨级的液氧煤油发动机的组合点火实验。目前,他们研制的500吨级的液氧煤油发动机已经完成了理论模拟设计实验和单个推进器在不点火情况下的流体和性能实验,数据和结果非常理想。他们正在为即将进行的500吨级的液氧煤油发动机单体推进器组合点火实验做最后的冲刺准备,如果实验成功,将大大加速我国从轻型中型运载火箭的国家进入拥有重型运载火箭的国家。


11所十八室低温发动机涡轮泵班组

2016-03-23 中国航天科技集团六院

        发动机是火箭的心脏,而涡轮泵则是发动机的心脏。承担着我国新一代运载火箭两型发动机涡轮泵研制的就是航天科技集团六院11所十八室低温发动机涡轮泵班组。

       这是一个14人的设计班组,平均为年龄34岁,但就是他们,却承担着以我国新一代长征五号、长征六号、长征七号三型火箭用120吨和18吨补燃循环液氧煤油发动机为代表的9种涡轮泵组件研制,承担着以重型液氧煤油发动机、低成本可重复使用液氧甲烷发动机等为代表的多个型号预先研究任务。此外,这个班组还承担了多项重点课题和多项重大基础研究项目。研究成果荣获集团公司科技进步一等奖、六院科学技术成果二等奖。新型管式扩压器技术申报国家发明专利,并填补了国内空白。

深挖理论夯基础  阔斧创新见倪端

       针对涡轮泵专业发展中的重点、难点、热点问题,班组在做好工程研制工作之余,力求在基础研究领域中有所突破。泵用高效率、低振动新型扩压器关键技术,填补了国内空白。在某计划支持下,通过开展富氧条件下金属着火试验研究,掌握了16种发动机用新材料的着火特性和燃烧产物特征,初步探索了着火机理。在国内率先开展了涡轮低周疲劳寿命研究工作,掌握了多物理场耦合研究方法。

班组建设多举措  精细管理筑和谐

        低温发动机涡轮泵组坚持以优质、高效、安全完成各项任务为目标,注重制度建设及规范化管理,针对低温涡轮泵型号预研设计、产品技术处理、地面试验、发动机试车、外协产品研制、高校技术合作、国际交流协助七方面复杂多样的任务特点,制定了高效的管理制度,固化了具体的工作流程,实现了设计的本质安全,开辟了传承的技术通道,构建了广阔的交流平台。

       班组以理论指导设计、设计牵引产品、产品反馈理论的闭环思路,针对低温涡轮泵组七方面的业务,固化了工作流程,针对性地出具了相关细则。针对班组人员工厂配合任务多,保质量压力大的特点,为避免质量问题、提高工作效率,班组要求各产品负责人根据自身多年配合经验,梳理装配过程中必须注意的重要环节或细微之处,共同编写了涡轮泵装配验收要点用于指导配合工作。为了严控外协产品质量状态,编写了4个数据包管理制度;针对外部单位合作,制定了高校合作技术协议签订框架,国际交流中保密安全原则。

       针对涡轮泵产品多样性,更新完善了涡轮泵装配、分解卷宗,以表格形式对过程状态进行了细致检查;建立了故障启示录、故障案例、对涡轮泵产品故障进行总结分析。建立涡轮泵知识管理平台,对涡轮泵研制经验进行记录和总结,使得技术得以有效传承和积累。

      为了开拓研究视野、争创国际一流,班组积极构建广阔的交流平台,发挥专业与语言的共同优势,与多方外国机构专家形成长期友好的技术交流和合作关系,对涡轮泵技术发展,产品研制创新,起到了不可估量的巨大作用,尤其在重型发动机涡轮泵研制中,沟通交流的时间占据了30%,大大提升了方案的先进性,使得我们的涡轮泵技术在多方面达到世界领先。

       班组始终坚持“科学培养人才,提升团队素质”的人才培养理念,并提出了“人人都有闪光点,人人都要有作为”的口号,将人才的培养作为班组工作重要内容,通过形式广泛、层次多样、务实创新的方式来促进班组人员快速成长。在新人培养方面细化管理,建立培养书目和量化考核要求,工作中坚持以老带新、技术帮扶,敢于给新员工安排研制任务,关注工作进展,予以帮助和指导,并及时纠正工作中存在的问题,使新人在项目中成长,构建人才成长良性机制。同时班组以预先研究460吨发动机涡轮泵关键技术攻关为背景型号,顺利完成六院第二批航天人才科学作风培养课题。通过开展作风问题诊断,关键事件剖析,总结提炼出了班组作风培养方法,形成了课题组特有的《科学作风标准和科研行为规范》。

      低温涡轮泵组剑指苍穹、志在超越,瞄准世界先进液氧煤油发动机;众志成城、攻坚克难,打造出绿色发动机制胜 “心脏”,助力长征六号首飞成功;班组将一如既往、全力以赴,为长征五号、长征七号、重型运载提供强劲动力,引领我国液体动力迈进国际前沿。


      3月17日,航天科技六院承办中国工程院机械与运载工程学部2016年第一次常委扩大会议,前来参加会议的尹泽勇、张彦仲、金东寒、钟志华等11位院士在我院听取了院长谭永华作的题为“航天液体动力技术发展”专题汇报,集团公司科技委副主任于登云,院科技委主任张贵田院士、副院长栾希亭参加了参观交流活动。

       谭永华在专题汇报中介绍了我国航天动力发展情况、发展的思考与分析、未来展望等五个方面内容。院领导谭永华、张贵田、栾希亭与众院士进行了现场交流。与会院士表示,支持六院研制更大推力、更新技术的火箭发动机,希望六院保持动力技术领先水平,保障航天事业发展,在高端装备能力建设上多沟通交流,按照国家科学发展部署,积极研制新的空间推进技术,进一步推动航天液体动力事业发展,支撑航天强国建设。


       近日,11所重型运载液氧煤油发动机氧泵水力试验取得成功。自此重型运载液氧煤油发动机氧泵、燃料泵和氧预压泵组件均通过了水力试验的考核。


       2016年2月20日,国务院国资委主任肖亚庆视察六院。六院重型运载火箭发动机预研工作已经突破多项关键核心技术,抢先生产出多个重要零部组件。表示要保持良好势头,积极利用国内现有最新、最好的技术条件,争取更大突破,获得国家更大支持。


         2016年1月20日,雷凡培到航天科技六院调研:“18吨液氧煤油发动机二次启动得试多少次?”“常规发动机振动问题通过哪些渠道解决?跟总体沟通过吗?” “重型液氧煤油发动机关键技术攻关还有哪些困难?”在11所,雷凡培一行听取了该所重型发动机等预研型号研制和信息化平台建设等方面情况汇报,并深入该所国防科技重点实验室,详细了解创新项目开展、实验水平、能力建设等情况,并观摩指导了某型号研究试验。


        航天科技六院十三五规划:拓展新领域,加强组合动力研究。要对照国际一流的动力公司,分析找差距,加快重型火箭发动机的关键技术攻关,满足国家经济、军事各方面的需求,在“十三五”期间取得关键技术的突破。 


航天科技六院11所大功率高速涡轮驱动装置投入运行

中国航天报 日期:2015/10/21 

            近日,由中国航天科技集团公司六院11所研制的大功率高速涡轮驱动装置,成功完成了重型发动机轴承低温运转试验。

           试验中,大功率高速涡轮驱动装置运行平稳、涡轮性能高,标志着该装置成功投入运行。

           采用全三维数字化设计的该装置具有功率大、转速高、大流量、高压比、可低温环境工作等技术特点,这也是攻关的技术难点。该所利用大功率高效涡轮技术、高速轴承技术、高效密封技术、转子动力学技术和三维仿真技术成功攻克了多个技术难题。

          与电机驱动的装置相比,以涡轮驱动的该装置在高转速、大功率、低温等方面具有明显的优势;同时,试验系统简单、成本低、转速调节方便、可靠性和安全性高,可在地面设备等多领域获得新的拓展应用。

          后续,该装置将在需要大功率、高速驱动的地面试验中获得新的拓展应用。(成楠 任众)


重型发动机机电伺服系统原理样机成功进行桌面联试

        近日,重型发动机起动关机与工况调节机电伺服系统原理样机在我所六室成功进行桌面联试。由我所自主研制的伺服控制器与西安微电机研究所承制的伺服电机在空载条件下进行了匹配测试。

        采用机电伺服驱动控制调节元件实现发动机起动关机与工况调节是重型发动机的重要技术创新点,可实现发动机闭环控制,建立发动机—火箭控制/反馈联系,提升发动机及火箭控制水平;并大幅简化发动机气液系统,提高发动机使用维护性与可靠性。本次试验结合重型发动机控制需求,测试了不同频率、不同波形转速指令下伺服系统闭环运行特性,初步检验了伺服系统匹配性及调速性能、稳动态性能等闭环控制性能。

        本次伺服系统桌面联试为后续伺服系统负载模拟试验及调节元件液流试验等奠定了坚实基础,标志着重型发动机机电伺服控制技术攻关转入带载试验阶段。


重型发动机低温运转试验台成功投入使用

        近日,在清水头试验区我所完成了多套重型发动机轴承及端面密封低温运转试验,圆满完成了任务书提出的产品考核要求,为重型发动机用轴承及端面密封后续研制奠定了坚实的基础。

        原有低温试验台无法满足低温重型轴承及端面密封大流量、高功率、高工况的试验要求,需在原有低温试验台基础上进行大量的土建和技术改造工作。为保证重型液氧煤油发动机研制进度,在一个多月的时间里,九室各专业组主岗放弃节假日休息时间,加班加点,刻苦攻关,克服低温重型试验台建设技术要求高、节点紧张等诸多困难,高质量完成了低温重型试验台的建设及调试工作,并按所内节点要求按时完成了重型轴承考台件及正式产品的低温运转试验。

       该型号低温轴承及端面密封运转试验的顺利进行,标志着重型发动机低温运转试验台成功投入使用。试验系统方案论证、设计、出图、设备采购、生产加工、安装调试及正式试验,得到了各部门的鼎力支持。


发动机三维数字化协同研制 打通设计到工艺和制造的数据流

2015-08-04 

       日前,由中国航天科技集团公司六院11所设计的重型发动机联试装置三维标注模型全部下厂生产,标志着发动机设计从二维图纸的研制模式向三维数字样机研制模式的转变。该所通过发动机三维数字化协同研制,实现了三维数字样机的设计工艺协同,使工艺提前介入设计过程,并面向制造过程进行全三维标注,实现设计零部件模型全三维直接下厂。

       近年来,11所大力推进系统动态仿真技术、设计仿真一体化集成设计和知识工程技术,形成了体系完整、覆盖发动机总体到组合件的创新研发体系和快速设计、多学科优化能力。通过构建数字化发动机协同设计环境,打通设计到工艺和制造的数据流,减少设计反复,提升关键技术攻关能力,加快了发动机研制进度,至此,11所发动机研制工作实现了由“任务型”向“能力型”的转变,信息系统不仅支持优质、快速地完成科研生产任务,同时支持知识经验的不断丰富和传承、基础科研的不断深入与核心研发能力的创新。后续将实现结构设计协同、设计仿真协同、设计制造协同、设计试验协同、管理与工程协同等五方面协同。

      据悉,该所还针对发动机研制模式进行探索和创新,建立了动态研制团队组织模式,依据任务要求适时成立由各类人员组成的IPT工作组,为任务实施、问题决策、制度制定、计划监控、技术攻关提供了组织保障,实现了垂直职能型组织结构向矩阵项目型组织结构的创新转变。同时,提出了成熟度管理的IPT准入准出规则及IPT工作程序模型,提高协同设计的并行度,形成了工艺、工装、制造、材料等人员提前参与发动机设计协同工作的创新转变。突破了数字化产品并行定义技术,通过骨架模型和自上向下的设计方法,实现了发动机主要组件三维模型全三维标注和下厂,设计意图由纸质文档和图纸的传递方式向系统的三维可视化传递方式的创新转变。


460吨液氧煤油发动机阀门首轮复核复算工作圆满完成

2015-05-04                    

       为确保460吨重型液氧煤油发动机阀门设计状态正确,阀门研究室开展了首轮复核复算工作。4月29日上午,质标处组织召开复核复算末次工作会,专家组成员、相关单位领导参加了会议。

       首轮复核复算包括流量调节器、发生器燃料阀、燃气单向阀三种产品。与以往二维设计不同,重型发动机设计采用全三维设计及标注,无纸质文件。针对这一情况,阀门研究室高度重视本次复核复算工作,前期针对复核项目、资料提供及审核方式等,与复核复算专家充分沟通,期间主管设计密切配合。末次会上,专家对三种阀门的设计方案正确性及结构合理性给予充分肯定,并对系统设计要求、设计计算、结构设计及技术条件等提出了修改完善意见和补充工作项目。              

       本次复核复算工作对提高重型发动机产品设计质量有重要意义,后续阀门研究室将对专家提出的意见和建议认真研究落实。会上同时启动了第二轮多种阀门的复核复算工作,确保研制工作顺利进行。


        发动机系统简图,主要组件包括推力室、燃气发生器、涡轮泵、氧化剂预压涡轮泵、燃料预压涡轮泵、流量调节器、燃料节流阀、液氧主阀、推力室燃料主阀、发生器燃料阀、泵后燃气摇摆装置、点火导管、起动箱等。

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