美国空天飞机计划验证飞行器结构、材料工艺及试验技术

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1、综述航天制造技术美国空天飞机计划验证飞行器结构、材料工艺及试验技术1121卢兆勇郑义隋阳任湘（1.北京航天长征科技信息研究所，北京100076；2.首都航天机械公司，北京100076）摘要：结合美国空天飞机计划验证飞行器X-40A、X-37A和X-37B，介绍了可重复使用轨道机动飞行器验证试验所采用的基本结构、材料工艺和试验情况，使读者一窥可重复使用轨道机动飞行器制造技术。关键字：结构；材料工艺；试验技术ResearchofStructure,MaterialProcessingandTestoftheUnited

2、StatesSpaceAirplane1121LuZhaoyongZhengYiSuiYangRenXiang（1.BeijingAerospaceLongMarchScientificandTechnicalInformationInstitute,Bejing100076;2.CapitalAerospaceMachineryCompany,Beijing100076）Abstract：Basedonspaceairplaneprojectofunitedstates,X-40A,X-37AandX-37B,t

3、hepaperintroducestheelementarystructure,materialprocessandtestingofReusableOrbitalManeuverVehicle(ROMV),withpurposeofenablingreaderstohaveagoodunderstandingofmanufacturingtechnologiesofROMV.Keywords：structure；materialprocessing；test1引言着陆质量为3405kg，设计载荷质量227kg。X

4、-37B验证飞行器的验证目标是“对可重复使用的空间飞行空天飞机计划由美国空军和NASA共同提出，器技术进行空间验证、风险降低、运行方案研发”。1996年项目开始实施，通过飞行器进行轨道机动可重X-37B将验证数十项重大技术，包括防热系统、推进复使用飞行相关技术的验证。1997年，波音公司制造系统、电子系统、自主导航与控制、自主返回与着陆出第一架缩比验证飞行器X-40A，并于1998～2001技术等。年进行了多次投放试验。制造缩比飞行器X-40A的主[1～5]要考虑是为了降低可重复使用飞行器验证成本和飞2结构与材料工

5、艺行试验的风险。1999年，NASA开始设计全尺寸的验证飞行器X-37A，X-37A尺寸较X-40A大20%。2003根据不同阶段验证内容的不同，验证飞行器结构年国防高级项目研究局（DARPA）接管了空天飞机计上存在着一定的差异，但其设计理念却是一致的，即划。2006年4月，全尺寸的飞行器X-37A进行首次模块化设计。图1和图2分别给出了X-37A和X-37B投放试验。X-37B是在X-37A基础之上研制，以进一的整体结构图，图中通过颜色差异对不同结构进行了步验证轨道机动可重复使用飞行技术。X-37B长区分。由于试

6、验目的与飞行环境的不同，X-37A和8.9m，高2.9m，翼展4.5m，载荷舱长2.1m、直径1.2m，X-37B结构上存在一定的差异，X-37A没有安装太阳作者简介：卢兆勇（1978-），工程师，机械工程专业；研究方向：航天科技信息。收稿日期：2013-10-245综述2013年10月第5期能帆板、发动机、动力控制系统及贮箱等部组件，而机构为铝合金机加结构件，通过螺栓与机身连接。且X-37A热防护系统也是有选择的使用，部分结构使用了泡沫材料。图4中段机身试验件简图图1X-37A的整体结构图尾段机身由内部辅助结构、

7、接线架和若干检修口构成。该结构承载减速板、体襟翼和方向升降舵产生的飞行负荷。用于轨道飞行试验X-37B的推进剂贮箱和推力系统也安装在该段，图5给出了推力系统配置示意图。贮箱设计使用的是2219铝合金。X-37B使用的推进剂是MMH/N2O4，使用这种推进剂的推力室（主要包括燃烧室和喷管）材料通常为C-103铌合金，图2X-37B的整体结构图这种材料在649°C到760°C会被氧化，而燃烧室的温度通常会高于1371～1649°C，因此需要在铌合金表层验证飞行器采用模块化的机身设计理念，能够快加一层R512硅化物涂层。

8、速技术集成，试验更换。验证飞行器由前段机身、中段机身和后段机身三段结构组成。图3给出了翼箱和主机身结构简图，从简图上可以较清楚地看到验证飞行器的三段式结构。图5推力系统配置示意图图3翼箱和主机身结构简图飞行器的推力系统包括轨道机动系统、反作用力控制系统。OMS包括两台轨控发动机，每台发动机前段机身包括前起落架舱、头锥、电子设备检修的推力为4895N，RCS包