CZ-2F返回舱和逃逸飞行器分离试验技术①刘习文刘斌崔洪伟摘要:较详细地叙述了CZ-2F返回舱和逃逸飞行器的地面分离试验方法、试验过程、上下回收装置设计和防火措施,对试验情况和测量结果进行了分析总结。关键词:分离试验;返回舱;逃逸飞行器;载人运载火箭中图分类号:V416文献标识码:ATheSeparationTestTechnologyofLM-2F′sReturnModuleandEscapeVeLiuXiwenLiubinCuiHongwei(BeijingInstituteofStructure&EnvironmentEngineering,Beijing,100076)Abstract:Thetestmethodandprocedure,thedesignofrecoveryequipments,andthemessuresoffirepreventionofthegroundseparationtestofLM-2F′sreturnmoduleandescapevehiclearede2scribedindetail.Andtheresultsofthetestsareanalyzedandsummarized.KeyWords:Separationtest;Returnmodule;Escapevehicle;Mannedlaunchvehicle杂。因此,进行地面模拟分离试验格外重要。“CZ-2F返回舱和逃逸飞行器分离试验”就是为此而设计进行的。1前言2003年10月15日,CZ-2F运载火箭将神舟五号飞船成功送入太空,飞船返回舱于次日安全返回,中国的首次载人飞行宣告成功。航天员要从太空返回地球,返回舱与轨道舱的分离是个关键,它的影响大到航天员的生命安全,小到返回舱着陆点的改变。而且,为了保证航天员的生命安全,神舟号上带有逃逸系统,在发射后一定时段内如果出现异常,逃逸塔将带着半截整流罩、轨道舱和返回舱升空并转移到安全空间内,然后返回舱与逃逸飞行器进行分离,航天员乘返回舱回到地面。在这种情况下,返回舱与逃逸飞行器的分离更为重要,因为2试验目的与技术难点CZ-2F返回舱和逃逸飞行器分离试验的目的主要包括:a)考核返回舱和逃逸飞行器分离装置的协调性;b)考核选用GF-5固体火箭提供分离能量方案的正确性;c)考核分离时序的合理性。为了模拟空中的分离情况,对试验提出如下技术要求:a)在失重状态下分离;b)两次自由跌落分离,一次摆动失重分离;c)安全回收,重复使用。本试验为国内首创,在制定试验方案时,有几个难点摆在试验课题组面前:首先是试验状态实现起来困难。为了模拟实际的飞行状态,试验的分离动作复杂,包括垂直失重状态分离和斜抛失重状态分离两种情况,而且时序各不相同,再加上整流罩的反推火箭要实施真实点火,更增加了时序控制、安全防护和线缆布置等各方面的困难。其次是试件的回收问题,也是最大的困难。试件主要由返回舱(下分离体)和逃逸飞行器(上分离体)组成,返回舱重2950kg,逃逸飞行器由轨道舱和半截整流罩及其附属装置、上下支撑、栅格翼等组成,重约4990kg。试件主体及其附属装置、分离装置及火工品均为真实产品。由于不仅要满足时序要求,还要避免两分离体相互碰撞,所以要求试件的失重高度大。但是试件质量又很大,因而造成上、下分离体的回收冲击载荷很大。如果利用即可进行试验。3.2上回收系统试验的上分离体———逃逸飞行器重达5t,且由于返回舱位于半截罩内,试验中要检查分离过程中返回舱和下支撑或半截罩有否碰撞问题,因此上分离体的落高要求达到1.35m,因而回收时的冲击过载很大。为此,设计了具有回收和缓冲功能的上回收装置。该装置主要由缓冲器主体、调节拉杆和钢丝绳组成,上端和梁连接,下端和限定重量的专用圆环板吊具相连。为满足缓冲功能及半截罩上端框和圆环板吊具的强度要求,经计算,缓冲系统选用12组缓冲器,分两层组成:第1层回收一段时间后,第2层再参与回收。采用这种方法既降低了冲击过载,又减少了缓冲器的伸长量,以避免两舱发生相撞。同时,在进行缓冲器设计时考虑到了3.3下回收系统下分离体,即返回舱跌落高度约4.3m,回收时速度接近10m/s,动量近27.4×103N·s,难以安全回收。而返回舱造价昂贵、工艺复杂、生产周期长,因此返回舱的安全回收成为技术关键,为此试验人员进行了大量的配重跌落试验,以及返回舱不同高度的跌落试验,从而求得缓冲垫的整体刚度,推导出最大冲击载荷下该垫的变形量,进一步确定下回收系统的高度。试验时,以交叉叠集的方法,铺设中间厚2.15m、边缘厚2.3m的泡沫海绵缓冲垫,其形状和返回舱舱底基本相似,上加双层锅状高强度尼龙网组合回收。并根据横摆分离的危险范围计算出反推火箭火焰喷射影响区,在易燃的试验方法经...