天舟“血脉”三维造 ——货运飞船管路研制侧记

天舟一号飞行任务的圆满成功标志着载人航天工程空间实验室阶段任务顺利收官。其实,早在天舟一号诞生的过程中,它就已经是一个创纪录的小高手了。作为航天产品全三维制造的先行者,天舟一号的管路产品第一次实现了全三维研制,开启了我国载人航天工程后续产品全周期全三维制造的新阶段。

三维制造,实现管路“无中生有”

如果将天舟一号比作人体,那么管路就相当于人的血管系统,联系着舱内的各类仪器设备,供应养料,新陈代谢。传统的管路制造属于飞船制造的一个串行环节,只有等到飞船舱体研制完毕,各类设备仪器安装好了,才能进行管路的安装调试,直接影响型号的生产周期。

能否将管路生产从串行变成并行,从生产主线中脱离出来独立研制?这个想法在天舟一号变成了现实。通过采用航天器管路三维柔性数字化制造技术,天舟一号的“血脉”能够体外成型,届时就像在商店买的组合家具一样,按照“说明书”一组装就能精准到位。

理论上说起来很简单,应用于实践却并非易事。以往都是根据二维图纸进行生产,现在唯一的参考是三维数据模型,如何保证生产人员看得懂、用得好?

技术人员开展了一系列技术攻关,掌握了空间飞行器管路柔性数字化装配和管路多目快速测量两项关键技术,打通了三维生产的技术关卡,使虚拟的三维数据能够直接转化成数控设备的生产程序,不需要厚厚的图纸,车间的工人就能“从无到有”完成管路生产。

三维检测,助力管路精准安装

随着航天器的数量、种类和复杂程度呈爆发式增长,航天器管路也更加复杂多变。以天舟一号为例,其消耗管路总体长度几乎相当于标准操场跑道10圈,复杂程度也远超想象,例如给发动机输送燃料的管路分支多达几十个,且为三维空间走向,其复杂程度已经可以比拟人体的动脉系统。

借助三维柔性数字化制造技术,如此复杂的管路从看得见摸不着的三维模型变成了看得见摸得着的产品。然而这只是三维制造的第一步,还必须保证组装完成的管路系统能够完美契合舱体的形状。试想,如果一根导热的管路因为几毫米的误差,距离某个怕热的设备过近,那产生的后果将是灾难性的。

为此,研制人员开发了具有自主知识产权的管路柔性装配平台,可自动提取管路坐标和调整空间位姿;利用多目视觉测量技术进行管路快速测量及对比,确保每一根管路的三维角度都与设计模型严丝合缝。其中,利用多目测量系统,只需不到10秒,设备就能将拍摄的产品照片逆向转化成三维数据,直接与设计三维模型进行对比,1.5米范围内测量精度能够控制在0.1毫米。

天舟一号管路产品的全三维研制,为载人航天工程后续空间飞行器的三维制造提供了技术保障,开创了我国航天智能制造的“天舟速度”。

(文章来源:中国载人航天)

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