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碳纖維像“纏毛線球”一般最終變身為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體。
長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)訊（記者汪甦 通訊員陳誠(chéng) 張博寧）用絲線造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)？真的可以！近日，從湖北三江航天江北機(jī)械工程有限公司（以下簡(jiǎn)稱“江北公司”）傳來(lái)好消息，快舟十一號(hào)上使用的碳纖維工藝技術(shù)又提升了。
一根碳纖維的粗細(xì)只有頭發(fā)絲的十分之一，而小手指粗的一束碳纖維，可以拉動(dòng)兩架大飛機(jī)。在江北公司的研發(fā)部門，長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者看到了這種新型材料，看起來(lái)“細(xì)如絲”的線，竟然是制造火箭的材料之一。
“對(duì)，我們正是用這細(xì)如絲的纖維制造出了快舟十一號(hào)新型運(yùn)載火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體。”見(jiàn)記者覺(jué)得不可思議，江北公司研發(fā)中心副主任尹建華解釋，碳纖維密度低、強(qiáng)度高、模量高、耐腐蝕、耐高溫。應(yīng)用這一新材料，可以使火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體減重四成，同時(shí)保證了發(fā)動(dòng)機(jī)在火箭飛行過(guò)程中能長(zhǎng)時(shí)間承受內(nèi)部高溫、高壓等極端挑戰(zhàn)。2022年底，快舟十一號(hào)全箭主體結(jié)構(gòu)就首次采用碳纖維復(fù)合材料，并且實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)替代。
看起來(lái)“細(xì)如絲”的線，竟然是制造火箭的材料之一。供圖：陳誠(chéng) 張博寧
細(xì)如絲，且柔軟，碳纖維是如何“變身”的呢？研發(fā)人員通過(guò)視頻向記者展示這個(gè)過(guò)程：在制造車間，碳纖維像“纏毛線球”一般，一圈一圈被纏繞在圓筒狀的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上。“纏毛線球”也有嚴(yán)格的技術(shù)要求。尹建華介紹：“每一條走線都不能重復(fù)，否則會(huì)造成某個(gè)局部變厚，影響外殼的尺寸和平整度，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)殼體重量分布不均，對(duì)火箭飛行穩(wěn)定性造成影響。而且每一層都要涂上膠液，讓纖維絲層層緊密黏合在一起。”
如此循環(huán)三四十層，耗時(shí)十余天，一個(gè)數(shù)米直徑的殼體才能完工。而后，再進(jìn)行固化、脫模等工序，最終變身為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體。
不僅輕量化，碳纖維材料也表現(xiàn)出了驚人的強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)室里，研發(fā)人員拿碳纖維和高強(qiáng)度鋼制成的兩種樣品對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，高強(qiáng)度鋼的受力為1705兆帕，就是得用5.2噸的力才能把這個(gè)樣品拉斷，而碳纖維的承壓強(qiáng)度達(dá)到2630兆帕。
尹建華介紹，目前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)正致力于熱塑性碳纖維復(fù)合材料纏繞技術(shù)研究，這項(xiàng)技術(shù)革新一旦完全成熟，在纏繞過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)原位固化，生產(chǎn)效率將大幅提高，還能在生產(chǎn)過(guò)程中顯著減少能源消耗和廢棄物產(chǎn)生，為航天制造業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供了可行路徑。
“通過(guò)對(duì)非金屬材料制造、工藝技術(shù)等的不斷突破，未來(lái)，輕盈的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)更進(jìn)一步地為固體運(yùn)載火箭運(yùn)力提升賦能。”尹建華信心滿滿。