新华网重庆7月26日电(韩梦霖)7月24日14时22分,搭载中国空间站问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭在海南文昌航天发射场发射升空,准确进入预定轨道。问天实验舱完成预定轨道姿态调整和系统调试后,其太阳能电池翼的阿尔法对日定向驱动机构将投入使用。该阿尔法机构采用的对构齿轮传动由重庆大学自主研发,并在上海宇航系统工程研究所、上海航天设备制造总厂、郑州机械研究所等单位的通力合作下完成对构齿轮正样产品的交付。
重庆大学机械传动国家重点实验室教授陈兵奎介绍,阿尔法对日定向驱动机构对构齿轮传动的研发工作,从2014年开始到成功发射升空,用时近8年,历经缩比原理样机的研制、1:1初样的研制和最终正样产品的研制交付三个阶段,攻克了设计、制造、检测过程中的一系列关键科学技术难题,保时保质地完成了所有正样产品的交付。
据陈兵奎介绍,问天实验舱配置了目前国内研制的最大面积可展收柔性太阳翼。受太阳入射角和空间站飞行姿态的影响,太阳翼的发电效率会因时段不同、姿态不同而产生相应变化。为了让柔性太阳翼24小时不间断追踪太阳,保持最高状态的发电效率为空间站保障用电,问天实验舱首次采用太阳翼双自由度同时转动,确保每一缕阳光都垂直照射在太阳翼上。
为实现这一目的,问天实验舱使用了我国目前设计规模最大、连续工作寿命最长、传输功率最大的大型回转运动类空间机构产品——对日定向装置。
“对日定向装置的的对构齿轮传动,由重庆大学自主研发,是一种新型齿轮传动。其突出的误差适应能力和较高的承载能力,能够满足太空极端高低温交替变化对阿尔法机构提出的超大空间尺寸形变、高可靠、长寿命等严苛要求。”陈兵奎介绍。
陈兵奎介绍,对构齿轮的原理是受小时候滚铁环的启发提出的。“滚铁环直走的时候,铁环垂直于地面,而拐弯的时候,铁环与地面倾斜,因此我们猜想曲线与曲面的接触会有很好的误差适应性。经过深入的研究,提出了具有很好误差补偿能力的线面对构齿轮传动。”
在前期积累的理论研究和工业应用基础上,陈兵奎带领科研团队针对阿尔法机构对构齿轮传动进行了近八年的攻关,攻克了极端工况下对构齿轮设计理论与方法、多物理量作用下对构齿轮数字闭环精密加工与测量、拟实条件下对构齿轮加速疲劳寿命试验技术与装备等多项关键技术。
陈兵奎介绍,八年来,为了按时交付对构齿轮正样产品,研发团队成员夜以继日,付出了巨大努力。他举了一个成渝接力的例子,“2020年5至8月,由于我们没有高精度的检测设备,需要到成都进行协作检测。团队成员一边进行加工,一边接力去成都,早上去、晚上回,奋战100天,终于完成了产品交付。”
陈兵奎表示,对构齿轮传动取得了多项自主知识产权成果,除了在空间站上面应用以外,在一般工业领域,以及航空航天、舰船制造、轨道交通等领域,目前也在推广应用的过程中。