T/YH 1005—2020《運載火箭錐體類結(jié)構(gòu)靜強度試驗方法》

易果 徐姣 梁金華

（上海航天精密機械研究所，上海，201600）

1 背景情況

運載火箭的靜強度和靜剛度試驗為型號研制初期非常重要的一項力學(xué)試驗，通過靜力試驗，可判定箭體結(jié)構(gòu)靜強度和靜剛度水平是否滿足設(shè)計要求，為改進結(jié)構(gòu)設(shè)計、驗證或修正強度計算方法提供依據(jù)，同時可考核箭體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的工藝水平是否穩(wěn)定，并為結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計積累數(shù)據(jù)。

近些年來，隨著我國新一代運載火箭加快研制，靜強度試驗專業(yè)領(lǐng)域取得了較大的發(fā)展，大量新技術(shù)、新方法涌現(xiàn)于型號靜強度試驗，試驗結(jié)構(gòu)件不僅涵蓋了傳統(tǒng)的常溫貯箱、薄壁短殼、尾段、箱間段等，也新增了低溫貯箱、級間錐段、斜頭錐、曲面尾翼等復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，同時，試驗載荷也由軸壓或內(nèi)壓發(fā)展為低溫軸內(nèi)壓載荷、大集中力偏心軸壓載荷、多艙段多工況同步協(xié)調(diào)加載載荷等。尤其是各種錐體類結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)，出現(xiàn)了大量異于傳統(tǒng)的試驗方法和試驗工況，急需對其總結(jié)歸納，并引申為一部標(biāo)準，作為今后開展此類結(jié)構(gòu)件的試驗依據(jù)。

通過T/YH 1005—2020 《運載火箭錐體類結(jié)構(gòu)靜強度試驗方法》 的制定，規(guī)范、指導(dǎo)運載火箭錐體類結(jié)構(gòu)的靜強度試驗方法，明確試驗實施過程中的各種試驗方法的適用范圍、目的、依據(jù)、工況類型等詳細內(nèi)容，使我國運載火箭頭錐結(jié)構(gòu)靜強度試驗更加規(guī)范化、標(biāo)準化，從而到達提升運載火箭靜力試驗一致性、可重復(fù)性及安全性的目的。

2 主要內(nèi)容

標(biāo)準規(guī)定了運載火箭錐體類結(jié)構(gòu)靜強度試驗的試驗?zāi)康募耙罁?jù)、試驗系統(tǒng)組成及原理、試驗要求、試驗加載方法、試驗測量方法、試驗程序等。標(biāo)準適用于運載火箭整流罩錐段、支承艙、錐形級間段、助推器頭錐等錐體類結(jié)構(gòu)的靜強度試驗，其他火箭艙段結(jié)構(gòu)的靜強度試驗也可參照使用。標(biāo)準中主要章節(jié)及內(nèi)容如下。

a）試驗?zāi)康募耙罁?jù)：試驗應(yīng)以試驗委托方提供的試驗任務(wù)書、試驗大綱或其它有效技術(shù)文件為依據(jù)。

b）試驗系統(tǒng)組成及原理：試驗系統(tǒng)一般由加載控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和試驗工裝組成，試驗時，通過加載設(shè)備和試驗工裝對結(jié)構(gòu)進行靜載荷模擬加載，以驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性；通過測試設(shè)備和傳感器進行測量，以獲取結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下的力學(xué)性能。

c）試驗要求：包括試驗件、試驗設(shè)備、試驗工裝、試驗邊界約束方法、試驗場地及環(huán)境、參試人員等要求。

d）試驗加載方法：包括截面軸壓載荷加載、截面彎矩載荷加載、截面剪力載荷加載、偏置集中力載荷加載、外壓載荷加載、組合載荷加載等方法。

e）試驗測量方法：包括應(yīng)變測量、位移測量、力測量、壓力測量等方法。

f）試驗程序：包括試驗準備、試驗系統(tǒng)安裝、預(yù)試驗、試驗系統(tǒng)檢查、正式試驗、試驗結(jié)束等步驟。

g）試驗報告編制：包括數(shù)據(jù)處理、報告編制內(nèi)容及文件資料歸檔等要求。

3 應(yīng)用場景和意義

在標(biāo)準編制前期，編制組對國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準進行了有針對性的調(diào)研和查證。目前檢索到的國內(nèi)外同類標(biāo)準中，涉及運載火箭結(jié)構(gòu)靜力試驗的標(biāo)準的主要有GJB 1027A—2005 《運載器、上面級和航天器試驗要求》、QJ 1917—1990 《彈道式導(dǎo)彈彈頭殼體靜強度與剛度試驗規(guī)范》、QJ 2067—1991 《彈道式導(dǎo)彈彈體靜、熱強度與靜、熱剛度試驗規(guī)范》、NASA-STD-5001 Structural Design and Test Factors of Safety for Spaceflight Hardware。其中GJB 1027A—2005 是航天產(chǎn)品環(huán)境試驗中最直接且具有指導(dǎo)性意義的標(biāo)準。GJB 1027A—2005 制定主要參考了美國軍用標(biāo)準MIL-STD-1540B、MIL-STD-1540C、MIL-STD-1540E、美國軍用手冊MIL-HDBK-340A Vol I和歐洲空間合作組織標(biāo)準ECSS-E-10-13。該標(biāo)準從2005 年頒布執(zhí)行，它為運載器、上面級和航天器整個研制過程的試驗計劃提供經(jīng)濟有效的依據(jù)和指導(dǎo)。該標(biāo)準作為系統(tǒng)指導(dǎo)性標(biāo)準，對靜強度試驗的方法本身涉及的內(nèi)容較少。

本標(biāo)準是在充分借鑒上述國內(nèi)外標(biāo)準中相關(guān)技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，緊密圍繞尾翼這一運載火箭典型結(jié)構(gòu)的強度分析與試驗驗證兩方面內(nèi)容進行編寫的，標(biāo)準中規(guī)定的技術(shù)內(nèi)容既不違背現(xiàn)行標(biāo)準，同時又比現(xiàn)行標(biāo)準更具有指導(dǎo)性和可操作性。

4 主要起草單位介紹

上海航天精密機械研究所（八〇〇所）隸屬于中國航天科技集團公司第八研究院，前身為建于1958 年的原國防部五院一分院第二設(shè)計部，是我國第一代地空導(dǎo)彈研究設(shè)計單位之一，現(xiàn)主要承擔(dān)戰(zhàn)術(shù)武器總體結(jié)構(gòu)和總裝綜測、運載火箭箭體結(jié)構(gòu)和大型強度環(huán)境試驗等航天軍工產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)任務(wù)。六十年來，八〇〇所先后研制、生產(chǎn)了數(shù)十個型號防空導(dǎo)彈武器，多個武器型號成為國防主戰(zhàn)裝備；參與研制了風(fēng)暴一號、長征二號、長征三號、長征四號和長征五號、長征六號等新一代運載火箭；參與載人航天工程神舟飛船、天宮空間站等型號研制工作，作為中國航天和軍工行業(yè)的骨干單位，為中國航天事業(yè)和裝備現(xiàn)代化作出了杰出貢獻。

目前，八〇〇所具有強度環(huán)境試驗技術(shù)服務(wù)、輕合金材料研制、激光智能裝備開發(fā)等30余項專業(yè)技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)能力，并與上海交大、哈工大、機械科學(xué)研究總院等二十余家科研機構(gòu)建立了長期合作關(guān)系。掌握了鎂合金稀土元素配比優(yōu)化、鑄造鎂合金晶粒細化、鈦合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件選區(qū)激光熔化增材制造等關(guān)鍵技術(shù)，研制了國內(nèi)尺寸最大的集超塑成形、擴散焊、釬焊等功能于一體的真空復(fù)合成形裝備，并可在高性能輕合金材料開發(fā)、構(gòu)件快速制造、試驗檢測等方面為客戶提供一體化解決方案。