北理工科技為長(cháng)征五號首飛編織“火焰尾翼”
2016-11-10 10:41:59新浪教育
11月3日，我國研制的起飛規模最大、技術(shù)跨度最大、運載能力最大的新一代大型運載火箭——“長(cháng)征五號”在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功首飛。此次成功發(fā)射，標志著(zhù)我國航天總體技術(shù)躋身世界一流行列。在此次火箭發(fā)射任務(wù)中，北理工科研團隊及科技成果發(fā)揮了關(guān)鍵作用，宇航學(xué)院姜毅教授帶領(lǐng)的發(fā)射氣體動(dòng)力學(xué)課題組圓滿(mǎn)完成發(fā)射場(chǎng)導流槽研制保障任務(wù)，為長(cháng)征五號新型運載火箭成功發(fā)射編織出絢麗的“火焰尾翼”，為我國新一代航天發(fā)射場(chǎng)的建設做出了重要貢獻。
發(fā)射塔及底部導流槽
導流槽位于火箭發(fā)射塔最下端，是航天發(fā)射場(chǎng)最具技術(shù)含量的基礎保障設施�；鸺诎l(fā)射時(shí)會(huì )噴出超高溫高速的火焰，如果導排不暢，反射的燃氣流會(huì )對發(fā)射設施和火箭尾部產(chǎn)生嚴重影響，導致發(fā)射失敗。因此，必須在火箭底部?jì)蓚炔扇Я鞔胧�，將高溫的燃氣導至遠離發(fā)射架的地方。作為中國最新和最先進(jìn)的海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)，在建設之初就定位于滿(mǎn)足新一代大推力運載火箭的發(fā)射要求，發(fā)射場(chǎng)導流槽的設計也成為最重要的技術(shù)攻關(guān)。
文昌發(fā)射場(chǎng)總體設計單位經(jīng)過(guò)多年對國內各著(zhù)名研究所及高校研究機構的認真調研，鑒于姜毅教授曾參與完成我國酒泉、西昌等載人航天發(fā)射場(chǎng)導流槽研究和設計，不僅在相關(guān)理論分析等基礎研究方面具有豐富的經(jīng)驗和技術(shù)優(yōu)勢，而且具備豐富的工程化經(jīng)驗與過(guò)硬的保障實(shí)力。值得一提的是，團隊不拘泥于已有技術(shù)優(yōu)勢，始終保持銳意創(chuàng )新的進(jìn)取精神，憑借首創(chuàng )的“向燃氣流噴水”的關(guān)鍵技術(shù)理論突破，征服了總體設計單位。最終，北京理工大學(xué)(分數線(xiàn),專(zhuān)業(yè)設置)成為新型航天發(fā)射場(chǎng)導流槽設計的唯一合作單位，姜毅教授團隊被選為唯一合作者，參與了我國新一代運載火箭導流槽理論研究和試驗驗證項目關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
“長(cháng)征五號與現役運載火箭相比，無(wú)論在推力、參數、溫度、速度、火焰長(cháng)度方面，還是在點(diǎn)火后火箭在發(fā)射臺上的停留時(shí)間等方面，都有大幅度增長(cháng)，為火箭的發(fā)射帶來(lái)空前的技術(shù)難題，”姜毅教授介紹到。如何有效降低運載火箭發(fā)射時(shí)燃氣射流引起的相關(guān)效應，是我國新一代運載火箭發(fā)射場(chǎng)建設的關(guān)鍵技術(shù)。
向燃氣流噴水試驗
北理工配合發(fā)射場(chǎng)總體設計單位，用“火中澆水”的大膽創(chuàng )新，為我國新一代運載火箭導流槽理論研究和試驗驗證項目關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)書(shū)寫(xiě)了漂亮的答卷。姜毅教授帶領(lǐng)7名博士生通過(guò)縮比噴水試驗，證明了通過(guò)向火箭燃氣流噴水可以大幅度降低燃氣射流核心區長(cháng)度，為降低導流槽設計深度提供了重要的科學(xué)依據，為工程建設節約大量成本。團隊還完成了向高溫高速燃氣射流噴水的多種工況數值模擬，建立了數值計算模型，為導流槽的優(yōu)化設計工作提供了一種高效的技術(shù)途徑。
據姜毅教授介紹，“新一代航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射工位必須做到可以兼容發(fā)射各種大推力新一代運載火箭的要求，設計出適應性強的導流系統，是我國新一代航天發(fā)射場(chǎng)設計的關(guān)鍵技術(shù)之一”。為適應長(cháng)征五號嚴苛的發(fā)射需求，在時(shí)間緊、任務(wù)重的艱難背景下，姜毅課題組充分發(fā)揚了北理工人攻堅克難的科研品質(zhì)，經(jīng)過(guò)不懈努力，提出了導流槽出口雙弧面設計技術(shù)，有效降低了燃氣流對運載火箭的影響，并通過(guò)理論和試驗證明了該項技術(shù)的有效性，最終在文昌發(fā)射場(chǎng)發(fā)射核心區的實(shí)際導流槽建設中的到了成功應用，圓滿(mǎn)完成了導流槽優(yōu)化設計的理論分析任務(wù)，以保證長(cháng)征五號的順利發(fā)射。
