箱式發射導彈發射安全性分析范文
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摘要:
為提高箱式發射導彈的出箱安全性，研究不同發射角條件和各偏差對導彈發射的影響。通過建立導彈剛柔耦合發射動力學模型進行動力學仿真，得到發射過程中的導彈質心位移、彈箱間隙等關鍵數據，同時考慮了各偏差對導彈發射出箱姿態的敏感性。研究結果表明，較大的初始射角可以減小導彈發射時的初始擾動，質心偏差是引起發射過程中導彈姿態變化的最敏感因素。
關鍵詞:
1導彈發射過程的仿真分析
首先針對不同高低發射角條件下進行計算，分別模擬了發射角為45°和64°時導彈出箱的運動姿態變化，得到的主要參數如圖2－圖7所示。在圖中，橫軸為導彈發射時間，其最大值是0．85s，即導彈發射出箱的時間。圖2和圖3分別表示的是不同發射角度下，導彈發射出箱時的質心橫向位移和縱向位移變化圖。從仿真結果分析來看，這2種工況條件下導彈質心位移在x和y方向的位移所受的影響比較小，在導彈出箱的時刻基本上忽略不計。圖4為2種發射角條件下的導彈垂向位移變化圖。從圖中可以看到，導彈在z方向的質心位移受到初始高低射角的影響較大，初始高低發射角越大，導彈在z方向的質心位移受到的影響越小。這是由于導彈的下沉量受到初始高低射角的影響較大，初始高低射角越小，由重力導致的低頭就會越明顯;初始高低射角越大，由重力導致的低頭的影響就會減小。導彈的下沉量會直接使導彈在z方向的質心位移，下沉量增大，則導彈在z方向的質心位移增大，反之亦然。圖5－圖7表示的是不同發射角度下，導彈發射出箱時的質心橫向、縱向、垂向質心轉角變化圖。橫軸坐標表示的是發射時間，從下面仿真結果圖中知道，導彈的縱向、垂向質心轉角受到的發射角影響基本相近，而較大的發射角會給導彈的橫向質心轉角帶來較小的影響，減小導彈在發射過程中的側偏現象。由此可見，在導彈發射過程中，較大的發射角條件對導彈的動力學響應影響較小，所引起的導彈姿態變化、造成的導彈下沉量和側偏現象較小，有利于導彈的發射。圖8是2種發射角條件下，在導彈發射過程中，導彈下部與發射箱導軌之間的最小距離。由圖中可知，較大發射角條件下，導彈在出箱時刻與導軌的最小間隙更大，有更大的安全讓開距離。這是由于在較大的初始高低射角條件下，導彈由重力導致的低頭效應和下沉量較小，彈與導軌間的距離一定，則彈與發射箱導軌的距離會相對較大，導彈發射出箱的安全性就會有很大的提高。
2各偏差對導彈發射敏感性分析
研究各項偏差對導彈動力學的響應時，主要分析各項偏差在導彈運動特性和發射箱振動方面所引起的在x、y、z方向的影響。考慮的各項偏差有:無偏差，質心偏差1(+30mm，+5mm，+3mm)，質心偏差2(－30mm，－5mm，－3mm)，轉動慣量偏差1(+8%，+8%，+8%)，轉動慣量偏差2(－8%，－8%，+8%)，導軌摩擦系數0．1，導軌摩擦系數0．2，質量偏差+35kg，質量偏差－35kg，推力橫移2mm，推力橫移－2mm，推力偏斜5'，推力偏斜－5'和風載荷工況。風壓是垂直于氣流方向的平面所受到的風的壓力。根據伯努利方程得出的風－壓關系，風的動壓為WP=0．5•γ0•v2。其中WP為風壓(kN/m2)，γ0為空氣密度(kg/m3)，v為風速(m/s)。考慮10級大風的惡劣情況，其瞬時風速達到22．5m/s，從導彈發射車左側吹來。在發射過程中，隨著導彈脫離軌道不斷發射出箱，導彈受到風載荷作用的面積逐漸變大。進行動力學仿真計算時候，風載荷以面壓力作用在左側發射箱左側，面壓力為0．0002688MPa;導彈從出箱時刻開始，受到風載荷作用，將其等效為作用在導彈質心的力和力矩。通過有限元分析軟件得到各項偏差條件下導彈的質心位移和質心轉動角動力學仿真結果對比圖，即圖9－圖14。由圖9和表1知道，導彈出箱時刻，對導彈的橫向位移影響比較明顯的偏差有質心偏差1、導軌的摩擦系數1和2、推力偏斜－5'和風載荷。其中推力偏斜－5'引起的橫向位移變化最小，數值是2mm。相比較無偏差條件，大大減少了導彈的下沉量;導軌的摩擦系數也在一定程度上改善了彈的姿態變化;而風載荷則加大了彈的下沉量，減小彈箱之間的間隙，不利于導彈的發射。由圖10－圖11中看到，各項偏差對導彈的縱向、垂向質心位移影響不大。圖12和表2表示的是各項偏差對導彈的橫向質心轉角影響情況，從圖中可以看到，質心偏差和推力偏斜是影響導彈橫向質心轉角的最大偏差。由于版面問題，表2中未列出對橫向質心轉角影響比較小的偏差。圖13表示的是各項偏差對導彈的縱向質心轉角影響情況，從圖中知道，各項偏差的影響都比較大，其中以質心偏差和風載荷的影響最大。圖14和表3表示的是各項偏差對導彈的垂向質心轉角影響情況，由圖和表知道，質心偏差、轉動慣量偏差、導軌摩擦系數和風載荷對導彈垂向質心轉角造成較大影響。由此可見，在導彈的發射過程中，質心偏差是影響導彈姿態變化的最敏感因素。導軌的摩擦系數、推力偏斜、轉動慣量偏差和風載荷對導彈的姿態變化也有一定的影響，其中風載荷會增大彈的下沉量，而推力偏斜－5'能改善彈的下沉量，增大彈箱間隙;質心偏差、導軌的摩擦系數、推力偏斜、轉動慣量偏差和風載荷對導彈的側偏都有一定的影響。
3結語
本文建立了導彈在發射過程中的運動方程，依據多柔體系統剛柔耦合動力學基本理論，完成了對某導彈武器系統的動力學仿真分析。從仿真結果的對比圖中可以看出，在導彈的發射過程中，較大的初始射角可以減小導彈發射時的初始擾動，能夠提高導彈的出箱安全性。考慮各項偏差對導彈在發射過程中運動狀態的影響時，仿真結果表明質心位置是引起導彈姿態變化的最敏感因素，同樣會影響導彈出箱時刻的彈箱間隙;導軌的摩擦系數、推力偏斜、轉動慣量偏差和風載荷對導彈的下沉和側偏也有一定的影響。故在研究導彈發射動力學時，應考慮發射角和各項偏差在發射過程中所帶來的初始擾動，對導彈的發射精度和出箱安全性造成的影響。
參考文獻:
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作者:程運江 何強 馬大為 朱忠領 單位:南京理工大學機械工程學院