他攻下世界级难题 助“大火箭”一飞冲天

发布时间 : 2017-01-17     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

 

 

  长征五号运载火箭(以下简称“大火箭”)在海南文昌成功首飞,作为长征火箭家族中的“大力士”,它的运载能力大幅提升。火箭的大推力离不开四个助推器的功劳,但恰恰是这四个助推器,给“大火箭”的前捆绑结构设计带来了前所未有的困难。面对这个世界级难题,中国运载火箭技术研究院所属的北京宇航系统工程研究所结构强度设计师李林生,勇挑千钧重担,助大火箭一飞冲天。

 

立志攻克世界级难题

 
  大火箭有四个助推器,通过前后捆绑结构与箭体芯级相连,作为主承力结构的前捆绑结构,位于芯一级和芯二级相连的箱间段上。
  李林生说,火箭在飞行过程中,每个助推器的起飞推力达240吨。每个前捆绑点至少要能够承受300吨以上的载荷,才能满足大火箭的运载能力要求,这相当于20辆满载重型卡车的重量,超过我国现役火箭捆绑力的3倍。
  火箭的壳体是薄壁结构,在前捆绑设计中,不仅要满足大载荷的要求,还要考虑到箭体的薄壁结构和减重要求。这一结构设计难题,在国内乃至全世界都没有经验可以借鉴,但李林生在这一难题面前说:“只要功夫深,铁杵磨成针,我就是‘磨’也要把这个结构件给‘磨’出来。”

 
不疯魔不成活

 
  重任在肩,李林生深知其中的分量与责任。那阵子,他满脑子想的都是捆绑结构设计。究竟怎样的结构形式才能同时满足载荷和减重的要求呢?这个问题久久地在他脑海中盘旋。
  李林生每天像上紧了的发条,不停地运转。加班加点早已成为家常便饭,回到家已经很晚了,匆匆洗漱一下,躺下却没有一丝睡意,心里有事根本睡不着。好不容易睡了,早上又很早就醒来,脑子里又开始反复琢磨。第二天上班又将晚上想的问题建立模型,计算、分析、优化。
  同事们有时调侃李林生说:“你这是进入8小时工作,24小时思考的节奏啊。”

  

上千次优化方案 攻克世界难题

 

  助推器在火箭飞行过程中产生巨大的推力,作用在火箭壳体上,会产生不同方向的推力、弯矩、剪力和拉力,并且这些力是缠绕在一起的。此时,火箭就受到这些复杂的力的作用,如果处理不好,不仅火箭的运载能力达不到要求,还会破坏箭体结构。
  如何将这些干扰力扩散并巧妙地化解是李林生在前捆绑结构设计过程中最头疼的事。为此,他创新性地设计了大承载异型前捆绑结构,把各种干扰力梳理出来,并化解掉。
  任何一个设计方案都不是一蹴而就的。为了尽可能地优化方案,李林生在电脑前进行了上千次修改、分析、优化。前捆绑结构上的每一处圆弧的弧度,每一处结构的厚度,每一个孔位……都是他一点一点“抠”出来的。由于长期使用鼠标,他的手腕处磨出了厚厚的茧。
  李林生说:“虽然有时候也觉得可以满足设计要求了,但我总觉得还可以做得更完美一些,如果就这样止步了,心里总觉得不舒服,必须要做到让自己满意为止。”
  十年,弹指一挥间。李林生设计的前捆绑结构,不仅满足了运载能力要求,而且还为箭体减重600余公斤。此举突破了运载火箭捆绑结构大集中力、轻质化、高效率扩散这一世界级设计难题,填补了我国大直径前捆绑火箭结构设计的关键空白。

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