小小螺丝钉竟能影响火箭发射的成败!想去太空,螺丝钉要经历怎样的考验?
2023年10月26日,中国的神舟十七号载人飞船即将发射升空。这次任务由三位年轻而经验丰富的飞行员组成,并将开启中国空间站的新篇章。他们在太空中不仅要完成各项任务和科学实验,还要进行维修工作,并与地面控制中心保持通讯。让我们共同期待他们带回来的精彩“太空故事”!
然而谷神星一号火箭在今年9月份的发射中遭遇了失利,导致未能将载荷送入预定轨道。近日,星河动力公司召集了专家组,对于此次发射失败的原因进行了详细的调查和评估。经过调查,发现火箭一级发动机喷管扩张段内部的一个小小螺钉孔存在内部缺陷,导致火箭在飞行过程中出现了烧蚀异常,最终导致了失利。
报告指出,在螺钉孔加工过程中存在操作不当、使用不合适切削刀具和参数等问题。这些缺陷在高温高压操作下引发了材料热疲劳和氧化腐蚀,最终导致喷管气流分布异常、推力不均而造成飞行故障。
小小螺丝钉竟然这么重要?
航天紧固件的力量,揭示太空探索的关键角色
想必大家也都知道,从生活到生产,都离不开被称为“工业之米”的紧固件。比如小小的一颗螺丝钉,无论是近在掌上的智能手机还是远到探索太空的航天器,工业社会处处都有它的身影。
那么何为航天紧固件,顾名思义,是在航天器和卫星制造中起到紧固、连接和固定作用的零件。这些零件必须经受住极端的环境条件,包括高低温、辐射、真空等,确保航天器的稳定运行。它们可能是螺钉、螺栓、销钉、夹具等,看似微不足道,但在航天领域中扮演着至关重要的角色。
一颗螺丝钉想要有飞向天空、翱翔宇宙的资格,那必然需要经过千锤百炼的重重工序和精挑细选,只有完成了这些考验才能达到最基本的航天紧固件的标准。
瞧一瞧 航天航空紧固件知多少
航空常用紧固件的特点:
·强度高、重量轻,强度等级一般在900MPA以上,可达1800MPA甚至更高
·采用MJ螺纹、UNJ螺纹、MR螺纹
·采用强度分级和温度分级
·对材料有严格要求,能适应复杂环境
航空航天特种紧固件
· 环槽钉以及环槽钉禁锢系统——一种双面安装单面施铆的永久性紧固件
·快卸锁类紧固件——主要用于口盖和舱门部位链接,有多种结构形式,可实现快速装卸功能
·复合材料紧固件——用复合材料制造的紧固件,可用于解决强度、重量、雷击、腐蚀等问题
夸一夸 航天紧固件的贡献
新华社酒泉8月21日电(李国利、郭龙飞)8月21日1时45分,我国在酒泉卫星发射中心使用长征四号丙运载火箭,成功将高分十二号04星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
据了解,长征四号丙火箭高度将近50米,质量可达120吨。如此庞大的机器在承受自身重量的情况下,还需要承受推进阻力、运载卫星等人物,其对自身的硬件要求之高可想而知,而帮助火箭完成架构、组合乃至分离解体的关键部件就是航空航天紧固件。
当一颗螺丝想去太空,要经历怎样的考验?
“同样尺寸的螺丝钉,宇航级产品比民用级产品轻一半。”航天精工科研人员举起一枚螺丝钉介绍。仔细端详,它是钛合金材质,外部镀了一层蓝紫色的涂层,像美妆达人的渐变色眼影盘一样光泽多变。
按应用领域分,紧固件产品可分为民品级紧固件、型号装备级紧固件和宇航级紧固件三大类。在能“上天”的紧固件中,最常见的是高强度铆钉,使用量能达到几十万件。“最重要的是火箭点火起飞的那段时间,一定得撑住。”科研人员说,作为连接整个飞行器的“筋骨”,螺丝钉形体虽小,但作用极大,航天器上的紧固件要承受冲击、振动和变载,不少连接点要在高温或低温下工作。
“箭体里操作环境复杂,为此我们专门开发出‘定制化’产品,一插、一粘、一托就能装上。”科研人员演示着手里的紧固件补充道。空间站核心舱使用的特殊结构紧固件,大多能满足单面安装、快速安装等特殊要求。
“这是‘会说话’的螺栓,现在已经应用在高铁上。”科研人员手里的螺栓头部有一个浅色小圆环,通过类似刺绣的工艺,把厚度不超过5微米的传感器装在螺栓顶部。结合专用测量仪器,可实时原位精准测量智能螺栓预紧力,提醒使用者螺栓是否安装到位,并使测量精度提升了10倍。
在现场,科研人员还展示了为飞机设计的“隐身螺栓”,所有产品沉头高度尺寸都控制在0.05毫米以内,仅为头发丝的1/2左右,使组装蒙皮后的飞机表面顺滑如绸缎。耐高温螺栓则采用含有铌、钨、钽等难熔合金材料加工,并在螺栓表面烧结一种抗氧化陶瓷涂层,穿上“陶瓷外衣”的螺栓能够经受1800℃高温。
在航天精工的生产车间里,经历过冷镦、螺纹成型、冲压成型、热处理、表面处理等一道道工序后,粗糙的原材料变成一颗颗颜色各异、结构完美的螺丝钉。经过检测和重重考验后,一枚合格的螺丝钉才能拿到太空“通行证”,进入整箭、整星组装环节。
看一看 航天紧固件的未来发展
随着科技的不断进步,航天紧固件也将迎来新的发展机遇。为了满足越来越复杂的太空任务需求,新型的航天紧固件将不断涌现。例如,3D打印技术将有望在制造紧固件中发挥重要作用,因为它可以生产出更复杂、更轻便且成本更低的紧固件。
此外,随着人工智能和物联网技术的快速发展,智能紧固技术将在航天领域得到更广泛的应用。通过与物联网技术的结合,紧固件可以实时传递它们的状态和性能信息,帮助科学家及时发现问题并采取相应的维护措施。
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