□ 周成忠 段京燕

阿里安火箭HM-60發(fā)動(dòng)機(jī)噴管總裝

俄羅斯火箭發(fā)動(dòng)機(jī)總裝

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是運(yùn)載火箭的“心臟”，它是一種通過(guò)液體推進(jìn)劑在燃燒室內(nèi)燃燒，形成高溫高壓燃?xì)猓a(chǎn)生反作用力，推動(dòng)飛行器飛行的動(dòng)力裝置。

發(fā)動(dòng)機(jī)包括大大小小、各式各樣的零部件，這些零部件通常在一個(gè)工廠的不同車(chē)間或者在各個(gè)地方的不同工廠加工生產(chǎn)，然后由發(fā)動(dòng)機(jī)總裝車(chē)間總裝而成。那么，這些零部件是怎么總裝到一起的呢？在解釋這個(gè)問(wèn)題之前，讓我們先來(lái)看一看火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是由哪些主要零部件組成的。

從大的方面說(shuō)，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一般由推力室、推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)組成。其中，推力室是推進(jìn)劑混合、燃燒并高速噴出燃?xì)猱a(chǎn)生推力的重要部件，由噴注器、燃燒室和噴管等組成；推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)的作用將推進(jìn)劑從貯箱輸送到推力室，分為擠壓式供應(yīng)系統(tǒng)和泵壓式供應(yīng)系統(tǒng)，包括閥門(mén)、導(dǎo)管、渦輪泵、高壓氣瓶等；發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)器、火藥啟動(dòng)器、燃?xì)獍l(fā)生器、壓力開(kāi)關(guān)、流量控制器和伺服機(jī)構(gòu)等，作用是完成啟動(dòng)、點(diǎn)火和關(guān)機(jī)，以及保持預(yù)定推力或可變推力、預(yù)定推進(jìn)劑混合比和流量，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障或某種危險(xiǎn)情況時(shí)實(shí)施緊急關(guān)機(jī)。

三個(gè)系統(tǒng)的部件也是由許多零件裝配而成，裝配之前都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，確認(rèn)合格后才裝配到一起；有些裝配后還要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，直到符合設(shè)計(jì)要求，才能交付發(fā)動(dòng)機(jī)總裝。例如渦輪泵的端面密封需要經(jīng)過(guò)光學(xué)檢查，并要在裝配后進(jìn)行氣密性檢查，以嚴(yán)防泄漏。泵上高速轉(zhuǎn)動(dòng)的部件裝配后還須利用精確度極高的動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行平衡檢查。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)全部零部件齊套并且驗(yàn)收合格后，就可以進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)總裝了。

總裝從三大部件開(kāi)始

發(fā)動(dòng)機(jī)縱橫交錯(cuò)的導(dǎo)管

美國(guó)土星五號(hào)火箭J-2發(fā)動(dòng)機(jī)上的噴管和氣瓶

發(fā)動(dòng)機(jī)總裝、檢試是將發(fā)動(dòng)機(jī)所屬零部件，按設(shè)計(jì)文件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工藝文件進(jìn)行裝配、調(diào)整、檢查和測(cè)試的過(guò)程，是一種以機(jī)械裝配為主，以焊接和其它工種為輔，并配有檢測(cè)的綜合性技術(shù)，主要包括機(jī)架、推力室、渦輪泵的對(duì)接，各類閥門(mén)、液路、氣路、電纜和控制設(shè)備的安裝，以及各項(xiàng)檢測(cè)與試驗(yàn)等。雖然它是發(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程的最后階段，但由于直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能和可靠性，因此是發(fā)動(dòng)機(jī)制造中一個(gè)至關(guān)重要的階段?？傃b和檢測(cè)工作必須在潔凈、防塵并備有空調(diào)裝置的廠房?jī)?nèi)進(jìn)行。廠房的環(huán)境溫度和濕度必須限制在一定范圍內(nèi)，以滿足防潮、防銹和防塵要求。

由于各系統(tǒng)的零部件在發(fā)動(dòng)機(jī)上的空間位置相互交叉或重疊，因此用一般的藍(lán)圖很難表示清楚，所以它的總體結(jié)構(gòu)只能用安裝示意圖、外廓尺寸示意圖和樣機(jī)表示，并依此進(jìn)行總裝。因各系統(tǒng)零部件的連接面較多，所以經(jīng)常使用裝配測(cè)量臺(tái)和安裝定位夾具等工藝裝備來(lái)保證空間位置尺寸要求。各系統(tǒng)部件之間連接的基本形式有法蘭連接、螺紋連接和焊接三種。法蘭連接多用于直徑較大的管路系統(tǒng)，螺紋連接常用于直徑較小的導(dǎo)管連接，焊接則用于密封要求高、安裝后不分解的部位。

發(fā)動(dòng)機(jī)上的零部件不僅種類多，而且數(shù)量大，可謂千頭萬(wàn)緒，對(duì)此總裝應(yīng)該從哪里開(kāi)始呢？由于各部件通常以機(jī)架、推力室和渦輪泵裝配后的組合體為支撐件，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)總裝一般是先進(jìn)行機(jī)架、推力室、渦輪泵三大部件的安裝、調(diào)整和測(cè)量，形成發(fā)動(dòng)機(jī)的外廓尺寸，以及其它部件的支承和安裝測(cè)量基準(zhǔn)，然后再安裝其它各系統(tǒng)。

渦輪泵是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的部件之一，它是泵壓式發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。如果說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)好比火箭的心臟，那么渦輪泵就如同心臟的心房。人的心臟通過(guò)心房的收縮，使血液流向心室；渦輪泵則通過(guò)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，使推進(jìn)劑增大到需要的壓力。

渦輪泵和機(jī)架的安裝、調(diào)整與測(cè)量通常采用裝配定位夾具。定位夾具由框架和定位法蘭盤(pán)組成。裝配時(shí)，將渦輪泵和定位夾具先后放在機(jī)架各自的安裝面上，然后調(diào)整渦輪泵位置，再后緊固。渦輪泵與機(jī)架或推力室的連接都采用螺栓連接。渦輪泵的支腿上設(shè)有長(zhǎng)形安裝孔，機(jī)架或推力室上設(shè)有安裝平臺(tái)，兩者直接對(duì)接后用螺栓連接緊固。

機(jī)架、推力室、渦輪泵三大部件安裝、調(diào)整和測(cè)量后，接著要安裝閥門(mén)、管路系統(tǒng)和電纜系統(tǒng)。

密封，發(fā)動(dòng)機(jī)總裝的基本要求

美國(guó)土星五號(hào)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

美國(guó)土星五號(hào)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

測(cè)試長(zhǎng)三甲火箭

美國(guó)土星五號(hào)火箭F-1發(fā)動(dòng)機(jī)總裝

F-1發(fā)動(dòng)機(jī)總裝

F-1發(fā)動(dòng)機(jī)總裝

發(fā)動(dòng)機(jī)總裝過(guò)程中，每個(gè)零部件之間必須連接緊密，因此密封性成為衡量發(fā)動(dòng)機(jī)總裝質(zhì)量的一項(xiàng)基本技術(shù)要求。雖然，每個(gè)連接部位的密封面已經(jīng)在零部件加工時(shí)達(dá)到技術(shù)要求，為總裝時(shí)保證密封性提供了基礎(chǔ)，但是總裝中常會(huì)出現(xiàn)一些意外，例如密封面有缺陷，像密封面劃傷、壓傷，密封球面不圓度超差和表面粗糙；柔性石墨纏繞墊、橡膠○形環(huán)、金屬○形環(huán)等密封件的壓緊變形量未達(dá)到要求；裝配連接面的軸向偏差、徑向偏差和偏斜偏差超過(guò)規(guī)定要求；擰緊力矩不合適或壓緊過(guò)程不符合技術(shù)要求，將密封件壓偏或壓緊量不均勻，或壓緊量過(guò)大，使密封件超出塑性變形后失去密封作用等。這些情況都可能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)總裝的密封性。

為了做到更有效地密封，總裝時(shí)經(jīng)常采取一些技術(shù)措施，例如法蘭連接時(shí)采用金屬○形環(huán)密封，螺紋連接時(shí)使用球形接頭進(jìn)行密封。同時(shí)，在裝配時(shí)要求正確安裝與調(diào)整，以此保證總裝密封性。對(duì)于采用螺栓和螺母緊固的密封結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，密封面越大，使用的螺栓螺母數(shù)量就越多。這時(shí)，擰緊螺母的順序就很有講究，一般采用十字對(duì)稱或間隔度90度或60度順序緊固法，并且逐步擰緊。另外，人工緊固螺母時(shí)，擰緊力矩不易準(zhǔn)確控制，經(jīng)常使得每個(gè)螺栓受力不均。為此，總裝中常采用力矩扳手，它的力矩指示表可準(zhǔn)確顯示擰緊力矩，使每個(gè)螺栓受力基本一致，從而使密封件各向均勻壓縮，克服因擰緊力不夠或不均導(dǎo)致的不密封現(xiàn)象。

發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)高溫系統(tǒng)，包括推力室、渦輪泵啟動(dòng)系統(tǒng)和渦輪燃?xì)饫孟到y(tǒng)將承受高溫考驗(yàn)，此時(shí)連接部位的密封性將受到直接影響，而它一旦出現(xiàn)問(wèn)題必將導(dǎo)致飛行事故。為了在高溫下保持各種接頭的密封性，要對(duì)高溫系統(tǒng)的金屬○形環(huán)進(jìn)行高溫涂層和耐高溫膩?zhàn)犹幚怼?/p>

對(duì)于采用液氫液氧推進(jìn)劑的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，外表面需要采取隔熱措施，即包敷隔熱防火層。這種隔熱防火層是隔熱層和防火層組成的隔熱結(jié)構(gòu)。隔熱層由低溫粘接劑緩沖層、泡沫塑料隔熱層和密封加固層組成；防火層由隔熱抗燒層和熱反射涂層組成。

檢測(cè)與總裝一樣重要

在發(fā)動(dòng)機(jī)總裝過(guò)程中和總裝完成后，還需要認(rèn)真完成一項(xiàng)重要的操作，這就是發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)檢測(cè)。檢測(cè)是檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)總裝質(zhì)量和工作性能的重要手段，目的不僅是檢查總裝中各系統(tǒng)安裝的正確性和可靠性，還要檢查各系統(tǒng)的工作性能、配合關(guān)系以及綜合協(xié)調(diào)情況，另外檢測(cè)獲得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)還將成為發(fā)動(dòng)機(jī)出廠時(shí)的質(zhì)量依據(jù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)密封性檢測(cè)是發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，用來(lái)鑒定總裝的密封接頭是否達(dá)到密封要求。由于不同發(fā)動(dòng)機(jī)的密封性要求不同，進(jìn)行密封性檢測(cè)的時(shí)間也各不相同：采用可貯存推進(jìn)劑的發(fā)動(dòng)機(jī)，一般是總裝后整機(jī)進(jìn)行；采用液氫液氧推進(jìn)劑的發(fā)動(dòng)機(jī)，因系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，密封性檢測(cè)與裝配工序交叉進(jìn)行。

檢查總裝完成的F-1發(fā)動(dòng)機(jī)

美國(guó)航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)總裝

檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)密封性的主要做法是檢漏。檢漏的方法很多，發(fā)動(dòng)機(jī)總裝時(shí)常應(yīng)用皂泡法和氦質(zhì)譜檢漏法兩種。發(fā)動(dòng)機(jī)的一般系統(tǒng)或要求不高的部位通常使用皂泡法，它是一種簡(jiǎn)便實(shí)用的方法，即當(dāng)受檢部件內(nèi)腔充入氣壓后，在其接頭表面涂抹中性肥皂液，如果出現(xiàn)肥皂泡則表明存在泄漏問(wèn)題。低溫系統(tǒng)常使用氦質(zhì)譜檢漏法。氦質(zhì)譜檢漏裝置是一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，由檢漏儀、吸嘴和金屬軟管組成。檢測(cè)時(shí)，先在受檢部件的容腔內(nèi)充入含有一定氦氣的混合氣體，然后使用吸嘴在密封接頭處檢測(cè)；如果出現(xiàn)泄漏，流出的氦氣會(huì)通過(guò)吸嘴進(jìn)入氦質(zhì)譜儀，并在儀表上顯示出泄漏率數(shù)值。采用這種方法，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)連接面的密封性檢測(cè)從定性達(dá)到定量。

檢測(cè)中，如果連接部位存在不密封現(xiàn)象，允許調(diào)整緊固件力矩，以調(diào)節(jié)密封面壓緊力大??；如果不起作用，必須更換密封件，并重新裝配、調(diào)整和試驗(yàn)。

除了密封性檢測(cè)外，還要進(jìn)行電纜導(dǎo)通和絕緣性能檢查、電動(dòng)氣路試驗(yàn)和包括單元測(cè)試和綜合測(cè)試在內(nèi)的地面綜合模擬飛行試驗(yàn)等。所有總裝和檢測(cè)工作完成，并確認(rèn)完全滿足技術(shù)要求后，發(fā)動(dòng)機(jī)才能交付出廠，去參加各類試車(chē)。

航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)總裝完成

航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)交付

長(zhǎng)征火箭氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)總裝

長(zhǎng)三甲火箭在發(fā)射中心進(jìn)行測(cè)試