從2005年起,哈爾濱玻璃鋼研究院陸續(xù)承擔了三項“天宮一號”的研制項目,包括“天宮一號”資源艙推進分系統(tǒng)先進復合材料承力錐臺研制、“天宮一號”應用系統(tǒng)先進復合材料相機支架研制、“天宮一號”應用系統(tǒng)碳纖維復合材料安裝座研制。三個項目由林再文副院長親自負責,在他的帶領下,項目研制順利,歷經(jīng)模樣、初樣、試樣到正式應用,完全滿足了“天宮一號”的應用需要。此前,哈玻院曾承擔并圓滿完成了載人航天工程從“神舟一號”至“神舟七號”的相應科研任務。
資源艙推進分系統(tǒng)先進復合材料承力錐臺是“天宮一號”的重要結(jié)構(gòu)件。“天宮一號”空間實驗室資源艙包括發(fā)動機和電源裝置等,用于提供軌道與姿態(tài)控制、電力能源供應、熱控環(huán)控,為軌道機動提供動力,為飛行提供能源。資源艙推進分系統(tǒng)主承力結(jié)構(gòu)件是“天宮一號”的重要結(jié)構(gòu)件,外形尺寸大,可分配的結(jié)構(gòu)空間和結(jié)構(gòu)重量小,載荷條件苛刻,設計和制造的技術難度較大。
哈玻院設計的碳纖維復合材料承力錐臺結(jié)構(gòu)方案,創(chuàng)造性地使用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)與復合材料十字梁組合結(jié)構(gòu)作為主承力結(jié)構(gòu)件,該設計方案優(yōu)于金屬面板方案,解決了推進分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間小、有效載荷難以布局的難題。在產(chǎn)品設計、研制過程中,科研人員破解了大型復合材料結(jié)構(gòu)的有限元設計方法及其在復雜載荷作用下的承載能力、主承力蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的設計計算方法等問題,攻克了產(chǎn)品模具設計技術、十字梁整體成型工藝、主承力高精度要求的蜂窩板成型工藝、大型復雜結(jié)構(gòu)的裝配工藝等一系列關鍵技術,滿足了“天宮一號”承力錐臺工藝制造需求。
2005年起,經(jīng)過結(jié)構(gòu)設計、仿真計算分析、初樣產(chǎn)品研制、靜力試驗、正樣產(chǎn)品研制等階段,“天宮一號”資源艙推進分系統(tǒng)先進復合材料承力錐臺產(chǎn)品成功交付使用。
碳纖維復合材料相機支架是“天宮一號”應用系統(tǒng)的重要承力結(jié)構(gòu)件。為滿足空間光學結(jié)構(gòu)的應用,相機支架的設計要求五個“高”:尺寸精度及形位精度要求高;線膨脹系數(shù)要求高;結(jié)構(gòu)彈性模量要求高,變形要微米數(shù)量級;產(chǎn)品基頻高,達100Hz以上;重量指標要求高,研制的技術難度較大。
2006年,哈玻院承擔了“天宮一號”碳纖維復合材料相機支架組件的研制任務。該項目利用大型仿真分析軟件建立了參數(shù)化計算模型,對復合材料構(gòu)件進行優(yōu)化設計,在不規(guī)則結(jié)構(gòu)的有限元分析計算方法等方面具有創(chuàng)新性,并解決了三大技術難題:不規(guī)則、不等厚、不等寬、大截面加筋結(jié)構(gòu)的工藝成型技術,復合材料加筋夾層結(jié)構(gòu)的成型技術以及高精度雙層加筋結(jié)構(gòu)的精度控制!疤鞂m一號”碳纖維相機支架最終順利交付,并通過了各項地面試驗考核。
碳纖維復合材料安裝座是“天宮一號”應用系統(tǒng)空間光學相機結(jié)構(gòu)傳動軸的安裝支座,由碳纖維主軸、副軸軸蓋、底座以及鈦合金軸套等零部件組成。為滿足空間光學結(jié)構(gòu)件尺寸穩(wěn)定性要求高的需要,采用高模量、低膨脹系數(shù)的碳纖維制造安裝座的主體結(jié)構(gòu)。該項研制任務由哈玻院2008年期承擔,產(chǎn)品最終順利交付,并通過了地面試驗考核。