10月13日，由哈尔滨工业大学和中国航天科技集团有限公司八院149厂等联合打造的国内首条运载火箭3米级箱底批量产线，实现了第100件充液拉深整体箱底下线，相比国外第一代技术，此次双方自主研制的流体高压成形第二代技术，在高质量、高可靠、低成本方面优势显著。很多小伙伴可能会好奇，火箭贮箱究竟是个什么东西？贮箱箱底为何又被称为火箭上的“皇冠”呢？它的制造过程究竟难在哪里？今天就跟随力力的脚步一起来解开这些疑惑！

什么是火箭贮箱？

运载火箭的贮箱，顾名思义，是用来贮存火箭燃料的，每枚火箭上都有好几个贮箱。不同用途的贮箱尺寸不同，例如直径3米的芯级贮箱用于长三甲系列运载火箭的三子级；直径2.25米的助推器贮箱，目前主要用在长二F和长三乙等型号的运载火箭上。不同型号的运载火箭，也配有不同型号的贮箱。贮箱越大，装的燃料越多，火箭飞得也就更远。

贮箱的组成以及制作材料是怎样的？

贮箱是火箭的主体结构，通常由筒段、短壳和箱底三大件组成。其箱底为椭球形曲面薄壁结构，是关系全箭可靠性的核心关键构件，被誉为火箭上的“皇冠”。

火箭贮箱主要由铝镁合金和铝铜合金两种材料制成，其中铝镁合金主要用于助推器贮箱；铝铜合金主要用于芯级贮箱和我国新一代运载火箭贮箱。

贮箱箱底为何被誉为火箭上的“皇冠”？

贮箱箱底结构由瓜瓣构件组成，这类大型薄壁结构成形过程中材料内部产生非均匀应力分布。在传统的生产工艺中，火箭的箱底是由瓜瓣、顶盖和过渡环“拼焊”而成，不仅有多条焊缝可能会影响箱底的可靠性和合格率，而且焊接前，每一个瓜瓣和顶盖还要历经下料、淬火、拉深成形、修整等十多道工序。因此，火箭箱底一直是火箭贮箱部组件中结构最复杂、制造难度最大、生产周期最长的产品，也难怪被人们誉为火箭上的“皇冠”。

贮箱瓜瓣样件

拼焊箱底

要想实现对传统加工技术的升级，主要面临的挑战有两个：一是“深腔曲面”，深径比达0.7，型面精度1.5毫米，要求极高。二是“超薄壁厚”，零件壁厚相对板幅来说非常小，不足3‰。这类深而薄结构刚度极弱，在成形过程会发生严重失稳缺陷，在国际上也是一个长期难以突破的难题。美国NASA、欧空局都是通过增加板厚、绕开薄板起皱来解决这一难题，加工周期长，材料利用率仅为10%左右。

箱底成形技术的突破

面对困扰已久的国际难题，哈尔滨工业大学苑世剑教授团队经过潜心研究，提出了板材成形失稳起皱流体均布加载应力场调控理论，为超薄板整体呈现奠定了理论基础。让无形的液体听得懂“指令”，实现实时精准控制，通过大扰动流体介质溢出精准调控和匹配加载，成功把导致失稳的压应力调控为拉应力，从根本上解决了薄壁结构整体成形发生起皱的国际难题。

苑世剑教授和团队成员

在流体压力成形整体箱底的基础上，研究团队还研发出整体局部特征凸孔技术和装备，建成了国内首条3米级整体箱底制造生产线，形成年产300件整体箱底批产能力。流体成形技术与装备的成功实施，使我国火箭结构制造关键技术实现跨越式发展，形成国际先进的第二代整体箱底制造技术，大幅提升我国火箭大型轻质薄壁结构的制造水平和生产能力，也为未来火箭的研制提供了关键产业化技术积累。

参考文献

[1]郭磊. 火箭贮箱箱底大型薄壁结构层次化装配偏差传递分析[D].上海交通大学,2020.

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/J8Uk4MJO229W8CCgLPmsuw

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/ORLQsovENryM6UZ1DZJw4Q

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/eBTyDvw9piyU6i6yYbZznw

[5]https://mp.weixin.qq.com/s/W3UMoCuXkSYUrXOAriKxTQ

来源：力学科普

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