《航天飞行器质量质心测量系统研发及应用》

2016年6月,长征七号首飞成功,2016年11月,长征五号首飞成功,2018年11月,北斗三号卫星组网完毕。“航天飞行器质量质心测量系统研发及应用”项目为上述重大航天工程提供了质量、三维质心等总体飞控参数测试,为型号产品研发及成功首飞做出了积极贡献。

项目来源于首都航天机械公司、天津航天火箭制造有限公司(长征五号、长征七号运载火箭总体单位)和北京航天发射技术研究所(北斗三号卫星上面级组合体总体单位)等军工企业型号任务委托,从2006年3月启动技术预研,2014年完成成套测量技术与设备研发,设备交付之后一直承担着型号产品质量质心的检测任务。

航天飞行器的质量(有效载荷的重量)精度决定了动力燃料消耗量的增减,对于航天工程来说确实需要斤斤计较;质心位置的控制精度对于飞行轨迹及命中率影响巨大,尤其是对于惯性飞行体可谓差之毫厘谬以千里。随着中国航天航空事业快速持续发展,为了提高航天产品飞行稳定性、保证入轨控制精度,航天飞行器及运载火箭在总体设计时对于质量、质心位置均提出了明确的控制指标,也对创新质量特性参数测量方法提出了新的挑战。该项目创新点如下:

(1)针对大型运载火箭箱体的质量质心测量,发明了分体式大型结构尺寸件的质量特性测量技术,并研发出能有效用于实际测量的自动化装备,成功用于大型运载火箭质量和三维质心测量,彻底解决了中国大型运载火箭质量特性参数测量原有技术(依靠吊钩秤和地衡)测量落后且不稳定的问题,提升了大型火箭总体参数测量技术水平。测量对象的最大直径5200mm,长度36000mm,最重质量40000kg,测量能力60000kg。

(2)针对北斗三号卫星上面级组合体加注在线检测要求,提出采用冗余模式解决长期在线质量特性测量技术,并完成了机械结构冗余设计和测控冗余设计,消除了长期在线测量蠕变对精度的影响,解决了卫星上面级组合体加注现场在线测量故障时的冗余问题,保障了加注过程出现故障时发射工作不受影响,大大提高了发射现场持续加注环境下质量质心测量的保险系数,得到了发射部队的高度肯定。

(3)研究出基于称重传感器自比对的原理,显著提高了横向质心的测量精度。

(4)对项目进行应用扩展,研究出中心扭杆集成测量技术,解决了产品质量、三维质心和转动惯量集成测量难题,使得集成测量中转动惯量测量精度与稳定性显著提高。

项目通过了中国机械工程学会组织的科技成果鉴定会,鉴定结论为:项目实现了系列技术创新,具有自主知识产权,整体技术居国际先进水平。

项目获得发明专利授权6件、实用新型专利授权6件,发表学术论文10篇,培养硕士研究生5名。项目应用于长征五号、七号火箭箭体和北斗三号卫星上面级组合体的质量特性参数测量,并进行了多项扩展应用,已取得使用证明17份,累计实现销售额9217万元,利税2805万元,取得了显著的经济效益和社会效益。

成果说明

“航天飞行器质量质心测量系统研发及应用”项目自2006年实施以来,技术成果及研发设备已交付给型号承制单位投入应用,分体式滚转测量技术实现了大型运载火箭长征五号及长征七号的质量特性参数高精度、便捷测量,解决了长期困扰行业的技术难题;冗余型立式测量技术实现了卫星上面级加注在线测量和故障冗余测量,为北斗三号卫星多次成功发射实现组网提供了技术保障,得到了应用方的高度赞誉。并对分体式滚转测量技术和冗余型立式测量技术进行了多项扩展应用,完成了我国近年内多种飞行器的相关参数测量任务,陆续开发出面向大型运载火箭箱体和北斗

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