固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品化工作探究

楊冀英 許通 胡偉 薛曉華 韓書鋒 王敏 來平安

（中國航天科技集團(tuán)有限公司第四研究院第四十一所，西安，710025）

引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是高科技戰(zhàn)爭，裝備在其中的重要作用日益凸顯。以盡可能低的全壽命期費(fèi)用，盡可能短的研制周期生產(chǎn)出新型武器用以裝備部隊(duì)是實(shí)現(xiàn)國防現(xiàn)代化的重要途徑之一。隨著航天產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和國家對(duì)裝備產(chǎn)品實(shí)戰(zhàn)化要求的不斷提升，從平臺(tái)到各級(jí)配套產(chǎn)品的通用性要求也發(fā)生了根本變化，從能用到好用、再到寬領(lǐng)域使用也促使我們的研制生產(chǎn)模式必須進(jìn)行大調(diào)整，兼顧效率、效益兩方面的因素[1]。黨的十九大提出了建設(shè)航天強(qiáng)國、建設(shè)世界一流軍隊(duì)、培育具有全球競爭力的世界一流企業(yè)的新目標(biāo)和新要求[2]，集團(tuán)公司第八次工作會(huì)也明確了實(shí)現(xiàn)“三高”發(fā)展的建設(shè)目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，單純依靠按照傳統(tǒng)的“一個(gè)型號(hào)、一支隊(duì)伍、一條生產(chǎn)線”的研制生產(chǎn)模式很難取得顯著地成效。一方面，是時(shí)間上難以保障。首先，航天產(chǎn)品科研生產(chǎn)管理以及質(zhì)量管理體系是“航天品質(zhì)”的防火線，其控制流程及審查節(jié)點(diǎn)的設(shè)置導(dǎo)致產(chǎn)品的固有研制生產(chǎn)周期較長；其次，高可靠性的要求帶來的一系列必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目、確認(rèn)工作，在很大程度上限制了產(chǎn)品研制生產(chǎn)效率的提升；最后，雖然自動(dòng)化設(shè)備被大量應(yīng)用，但是在現(xiàn)有的工藝技術(shù)水平下，部分產(chǎn)品的固有周期還無法得到大幅度縮短，如推進(jìn)劑、復(fù)合材料殼體的固化時(shí)間等。另一方面，成本上難以控制。首先，眾多的產(chǎn)品種類必然占用更多的人力、物力，最終帶來的是研制周期、成本的增加；其次，多種類、小批量的生產(chǎn)任務(wù)也使得現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備難以發(fā)揮最佳的生產(chǎn)能力。

綜上所述，在標(biāo)準(zhǔn)化工作中深入推進(jìn)產(chǎn)品化，壓縮不必要的產(chǎn)品種類，才能實(shí)現(xiàn)科研生產(chǎn)所需的各類資源的最優(yōu)化配比。

1 產(chǎn)品化工作思路

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是一種采用固體推進(jìn)劑的動(dòng)力裝置，主要由燃燒室、噴管、點(diǎn)火裝置、點(diǎn)火火工品和安全機(jī)構(gòu)等部件組成[3]，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1 所示。其主要使命任務(wù)是為導(dǎo)彈飛行提供動(dòng)力。

圖1 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

固體發(fā)動(dòng)機(jī)因其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，使用維護(hù)簡便而成為導(dǎo)彈系統(tǒng)的理想動(dòng)力。武器系統(tǒng)對(duì)技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的極致追求決定了發(fā)動(dòng)機(jī)必須因武器的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)不同而有所差異，這就是固體發(fā)動(dòng)機(jī)彈機(jī)一體化程度高的原因，即一型導(dǎo)彈對(duì)應(yīng)一型動(dòng)力。不同型號(hào)的導(dǎo)彈對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求存在很大的差異，也使得發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的道路上困難重重。

發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入要求一般包括結(jié)構(gòu)及接口、性能和環(huán)境條件等，具體如下：

a）結(jié)構(gòu)方面：彈總體對(duì)級(jí)間連接、裝配空間、線纜安裝以及過載要求的不同使得發(fā)動(dòng)機(jī)前后裙結(jié)構(gòu)尺寸、局部外形尺寸差異較大；彈總體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)外形要求的不同使得發(fā)動(dòng)機(jī)整體外形尺寸差異較大。

b）性能方面：彈總體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)過載載荷、能量要求的不同直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)絕熱殼體選材及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、推進(jìn)劑配方選擇及藥型設(shè)計(jì)等。

c）環(huán)境條件方面：彈總體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用環(huán)境、貯存環(huán)境要求的不同使各型號(hào)在推進(jìn)劑種類、藥型設(shè)計(jì)、防銹、密封等方面也不盡相同。

鑒于上述幾個(gè)因素的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品化工作主要從以下3 個(gè)方面開展：

a）原材料級(jí)——針對(duì)目前各型號(hào)原材料選用情況，統(tǒng)一同規(guī)格原材料技術(shù)指標(biāo)，健全新材料研制程序，逐步實(shí)現(xiàn)原材料按規(guī)格選用、去型號(hào)化。

b）零件級(jí)——提高成熟產(chǎn)品的通用化程度，逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，逐步建立通用零件產(chǎn)品序列。

c）部組件級(jí)——對(duì)功能相對(duì)獨(dú)立的部組件級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行模塊化、通用化設(shè)計(jì)，健全部件級(jí)通用產(chǎn)品選用、評(píng)估制度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度。

2 產(chǎn)品化工作進(jìn)展

近年來，結(jié)合固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)研制實(shí)際，我所致力于產(chǎn)品化工作的深入開展，建立了內(nèi)容涵蓋發(fā)動(dòng)機(jī)零、部、組件及整機(jī)等各級(jí)產(chǎn)品的產(chǎn)品化標(biāo)準(zhǔn)體系，包含產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)52 項(xiàng)。以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為牽引，充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品優(yōu)勢，諸如密封圈、螺栓等系列重要零件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定，滾控發(fā)動(dòng)機(jī)、試驗(yàn)表征發(fā)動(dòng)機(jī)、安全機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火裝置系列產(chǎn)品化工作的持續(xù)推進(jìn)，都對(duì)航天產(chǎn)品化工作實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛越功不可沒。

截至目前，我所已完成固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)安全機(jī)構(gòu) (DZ 系列、TA 系列)、點(diǎn)火藥片、點(diǎn)火藥盒、點(diǎn)火藥柱、點(diǎn)火燃燒室等15 類近30 種產(chǎn)品的產(chǎn)品化設(shè)計(jì)工作，形成產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)31 項(xiàng)?！禗Z-1 安全機(jī)構(gòu)規(guī)范》《TA-1 安全機(jī)構(gòu)規(guī)范》《點(diǎn)火導(dǎo)爆索組件》等3 項(xiàng)國軍標(biāo)已完成報(bào)批。

產(chǎn)品化工作在促進(jìn)科研生產(chǎn)工作高效開展、確保產(chǎn)品質(zhì)量、降低質(zhì)量成本方面發(fā)揮了顯著的推動(dòng)作用。同時(shí)，隨著標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于型號(hào)，其在減少人為設(shè)計(jì)差異、壓縮通用產(chǎn)品種類、提高通用產(chǎn)品技術(shù)成熟度等方面的作用也日益凸顯。

3 安全機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化實(shí)例

3.1 安全機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化的必要性

由我所自行研制的DZ 系列、TA 系列安全機(jī)構(gòu)，擔(dān)負(fù)著根據(jù)發(fā)控指令確保發(fā)動(dòng)機(jī)安全點(diǎn)火、消除系統(tǒng)誤發(fā)火的重任，被廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)和宇航型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)和自毀系統(tǒng)。安全機(jī)構(gòu)為機(jī)電產(chǎn)品，元器件、零部件龐雜。由于安全機(jī)構(gòu)的多型號(hào)應(yīng)用，其生產(chǎn)、制造、驗(yàn)收要求各不相同，導(dǎo)致試驗(yàn)項(xiàng)目的大量重復(fù)，工藝文件繁多，同用途試驗(yàn)工裝種類過多等問題的不可避免，無形中降低了產(chǎn)品的可靠性，成為產(chǎn)品批量生產(chǎn)的負(fù)累，嚴(yán)重影響型號(hào)交付進(jìn)度。去任務(wù)化、去型號(hào)化，實(shí)現(xiàn)安全機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品化是解決上述問題的唯一途徑。

3.2 安全機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化的可行性

DZ 系列安全機(jī)構(gòu)，包括DZ-1/0-0，DZ-1/0-0A、DZ-2/0-0 等三型，其中兩型已于2002 年完成設(shè)計(jì)定型，DZ-2 安全機(jī)構(gòu)于2014 年完成設(shè)計(jì)定型。DZ 系列安全機(jī)構(gòu)已應(yīng)用于20 余種型號(hào)，各型安全機(jī)構(gòu)產(chǎn)品均已生產(chǎn)逾千臺(tái)，產(chǎn)品技術(shù)成熟、工藝穩(wěn)定。TA 系列安全機(jī)構(gòu)情況與之類似，技術(shù)成熟，型號(hào)應(yīng)用廣泛，試驗(yàn)考核充分，具備成為貨架產(chǎn)品的前提條件。

3.3 安全機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品化

以DZ 系列安全機(jī)構(gòu)為例，基于多型號(hào)應(yīng)用實(shí)際，在充分考慮應(yīng)用效果的前提下，對(duì)各型號(hào)通用技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)一并納入標(biāo)準(zhǔn)。

a）安全機(jī)構(gòu)生產(chǎn)、制造、裝配至整機(jī)裝配完成階段，手動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換電壓由DC24V～32.5V，統(tǒng)一為25V，不依型號(hào)要求的改變而改變；

b）安全機(jī)構(gòu)100%隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選試驗(yàn)、100%溫度應(yīng)力篩選試驗(yàn)中，機(jī)構(gòu)安裝支架由之前的20 余種統(tǒng)一為2 種；

c）溫度應(yīng)力篩選試驗(yàn)條件統(tǒng)一為1 種。

安全機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化的實(shí)現(xiàn)，極大地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和產(chǎn)品可靠性。以TA-1 安全機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化前、后某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)及其遠(yuǎn)距離發(fā)火裝置標(biāo)準(zhǔn)件件數(shù)系數(shù)的變化為例，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的應(yīng)用成效可見一斑。安全機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化前、后零部件總數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)件件數(shù)系數(shù)對(duì)比分別如圖2、圖3所示。從柱形對(duì)比圖中可以直觀地看到，安全機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化前，遠(yuǎn)距離發(fā)火裝置的零部件總數(shù)多達(dá)337 件，幾乎占到了發(fā)動(dòng)機(jī)零部件總數(shù)的一半，而產(chǎn)品化后，這一數(shù)量降至7 件，零部件數(shù)量壓縮率達(dá)到了98%；同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)件件數(shù)系數(shù)也從產(chǎn)品化前54%提高到了產(chǎn)品化后的63%。

圖2 安全機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化前、后零部件總數(shù)對(duì)比

圖3 安全機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化前、后標(biāo)準(zhǔn)件件數(shù)系數(shù)對(duì)比

4 點(diǎn)火裝置產(chǎn)品化實(shí)例

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置分為2 種類型：簍式點(diǎn)火裝置和小火箭式點(diǎn)火裝置。主要由絕熱頂蓋、引燃藥盒、燃燒室殼體，燃燒室裝藥（推進(jìn)劑或煙火劑）等組成。作為發(fā)動(dòng)機(jī)重要部件之一，點(diǎn)火裝置的主要功能是執(zhí)行點(diǎn)火指令，可靠點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，并保證工作全程較高的可靠性和安全性。

在歸納整理大量設(shè)計(jì)參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和型號(hào)應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，我們梳理出點(diǎn)火裝置多項(xiàng)可能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的“種子零部件”并有針對(duì)性地開展產(chǎn)品化工作。目前，已實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火藥片、點(diǎn)火藥盒、點(diǎn)火藥柱、點(diǎn)火燃燒室等點(diǎn)火零部件的產(chǎn)品化，形成產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)18 項(xiàng)并成功應(yīng)用于型號(hào)，取得了良好的收效。圖4 為點(diǎn)火裝置產(chǎn)品化前、后某型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)件件數(shù)系數(shù)的變化情況。發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)件件數(shù)系數(shù)顯著提升，從產(chǎn)品化前的65%提高到了產(chǎn)品化后的85%。

圖4 點(diǎn)火裝置產(chǎn)品化前、后標(biāo)準(zhǔn)件件數(shù)系數(shù)對(duì)比

總之，基于各型發(fā)動(dòng)機(jī)組成結(jié)構(gòu)相近的前提條件，產(chǎn)品化個(gè)案并非特例，具有一定的普適性和代表性。由產(chǎn)品化帶來的產(chǎn)品種類的壓縮、生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品可靠性的提高毋庸置疑。后續(xù)，隨著產(chǎn)品化工作的不斷推進(jìn)、貨架產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系的日臻完善，貨架產(chǎn)品統(tǒng)一狀態(tài)、統(tǒng)一組批生產(chǎn)、統(tǒng)一試驗(yàn)考核以供不同型號(hào)靈活選用，愿景可期。

5 結(jié)束語

在航天產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速壯大、型號(hào)研制和批生產(chǎn)數(shù)量大幅增加、發(fā)射試驗(yàn)任務(wù)空前繁重的大背景下，保成功、保交付的壓力倍增，研制與批產(chǎn)并重、質(zhì)量與成本并重已成為航天產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型必須面對(duì)的問題。同時(shí)，伴隨裝備平臺(tái)通用化要求的不斷提高，裝備快速保障、快速研制、快速裝備應(yīng)用模式的逐步形成。

產(chǎn)品化工作在促進(jìn)科研生產(chǎn)工作高效開展、確保產(chǎn)品質(zhì)量、降低質(zhì)量成本等方面發(fā)揮了顯著的推動(dòng)作用，是減少人為設(shè)計(jì)差異、壓縮通用產(chǎn)品種類、提高生產(chǎn)效率、提高通用產(chǎn)品的技術(shù)成熟度和可靠性的有效途徑。未來，深入實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略，統(tǒng)籌規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)化工作，加快標(biāo)準(zhǔn)研制和體系建設(shè)，強(qiáng)化工作機(jī)制創(chuàng)新，加強(qiáng)管理和協(xié)調(diào)配合，緊密結(jié)合型號(hào)研制需求，著力提高標(biāo)準(zhǔn)化工作的適應(yīng)性和有效性，發(fā)掘更多的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的單機(jī)產(chǎn)品、典型產(chǎn)品，滿足去型號(hào)化、去任務(wù)化的需求，提供性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠的配套產(chǎn)品，我們將為之不懈努力。