发射阀改进后气动发射装置弹道仿真分析.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 4 ． 2 0 1 l 发射阀改进后气动发射装置弹道仿真分析 李志华 周 开华 阎 勇 吴 吉伟 海军 蚌埠 士官 学校兵 器 系 ， 安徽 蚌埠2 3 3 0 1 2 摘 要 根据气动不平衡式 发射装置 的内弹道理论建立 了该发射装置缓冲面积调节器的流通面积计 算数学模 型， 在仿真初始条件 给定 的条 件 下 ， 重 点 分 析 了 鱼 雷质 量 和发 射 管 长 度 对 于 鱼雷 弹道 的影 响 。 关键词 发射阀 ； 鱼雷 ； 仿真 ； 内弹道 中 图分 类 号 T J 6 3 1 ． 2 T J 0 1 2 ． 3 文 献 标 识码 A 文章 编 号 1 0 0 8 0 81 3 2 01 1 0 4 0 0 2 7 ～ 0 3 Re s e a r c h o n t h e I n c i p i e n t T r a j e c t o r y o f t h e I mp r o v e d G a s L a u n c h i n g De v i c e L I Z h i h u a Z HOU K a i h u a Y AN Y o n g WU J i - we i We a p o n De p a r t me n t ，Be n g b u Na v y P e t t y Offic e r Ac a d e my ，B e n g b u 2 3 3 0 1 2， Ch i n a A b s t r a c t T h e i n t e r i o r t r a j e c t o r y mo d e l i s e s t a b l i s h e d ．T h e m e t h o d a n d ma t h e m a t i c a l m o d e l s h a v e b e e n t e s t e d o n t h e c o m p a r e d s i m u l a t i o n d e s i g n o f t h e s h a p e o f t h e a p e r t u r e o f a n o l d l a u n c h i n g v a l v e ， a n d p r o v e d i t s a v a i l a b i l i t y f o r t h e o p t i ma l d e s i g n o f t h e l a u n c h i n g v a l v e ． T h e i n fl u e n c e o f t h e t o r p e d o w e i g h t a n d t h e l a u n c h t u b e t o t h e i n c i p i e n t t r a j e c t o ry i s a n a l y z e d i m p o rt a n t l y ． Ke y Wo r d sl a u n c h i n g d e v i c e ； t o rpe d o； s i mu l a t i o n ；i n c i p i e n t t r a j e c t o ry O 引 言 气 动不 平 衡 式发 射装 置【 ’ 1 要 实 现 大 深 度 发射 除 了 增加发射气瓶的存储能量外 ，最关键的是要解决发射 能量控制问题 以保证武器在不同深度发射时的内弹道 稳定。以往的气动不平衡式发射装置发射深度范围小 1 0 ～ 4 5 m ，外部 海水 压力 对武 器 的 内弹道 的影 响 不是 很大 ，发射阀采用单一能量输入规律也能满足武器的 要求 。随着 潜艇 发射 深度 的增 加 如 2 0 0 m 以上 ， 原发 射阀单一的发射能量输入规律已无法保证武器在不同 深度发射时管 内弹道的稳定 ，这就要求发射 阀能随发 射深度的变化调整其能量输入规律。由发射阀的结构 收稿 日期 2 0 1 0 0 9 1 7 作者简介 李志华 1 9 7 4 一 ， 男 ， 湖北孝感人 ， 博 士生 ， 讲 师 ， 主要从 事水雷 和反潜科研教学 说 ， 机液 复 合 等 差无 级 变 速 器 的 效 率 相 对 于 液 压 传动来说有 了较大的提高 ，将其用于大功率的工程车 辆上有 着重 要意 义 。 参 考 文 献 【 l 】 刘修骥． 车辆传动系统分析【 M】 ． 北京 国防工业 出版社 ， 1 9 9 8． 【 2 ]2 胡纪滨． 多段 液压机械无级 变速传动 的动态特性研究 [ D 】 ． 北 京理工大学博士学位论文 ． 2 0 0 3 ． [ 3 】 徐立友． 拖拉 机液压机械无级 变速器特性 研究【 D 】 ． 西 安理工 可知 ，发射 阀能量 输 入规 律取 决 于其 开启 面 积变 化规 律 ，而 发射 阀开启 面积 变化 规 律 又取决 于其 阀芯 特性 孑 L 形状与阀芯的运动规律。对给定发射阀． 其特性孔形 状是 固定 的 ，因此 只能 通过 改 变 阀芯 的运 动规 律来 改 变发射阀能量输入规律 。新型气动发射装置在原发射 阀缓冲器的基础上加装一缓冲面积调节器 见 图 1 ， 该 缓 冲面积调节器可根据发射深度的变化调整缓冲器 中 的液 体流 通 面积 从 而改 变 阀芯 的运 动规 律 。进 而调 节 发 射能 量输入 规律 。 l 发射 阀开启面积计算方程 ／ ， i ， i 式中 一发射阀开启面积； i 流入发 射管 气体质 量 ； - - 一一 一 - - - - - - - - - - 大学博士学位论文． 2 0 0 7 ． 【 4 】 杨亚联 ， 秦大同 ， 谢勇． 汽车无级变速器 的类型及基本原理[ J 】 ． 汽车 技 术 ， l 9 9 7 7 ． 【 5 】 胡纪 滨． 高效液压 机械连续 无级传 动理论 分析 和实验研 究 [ D】 ． 北 京 理 工 大 学 硕 士 学位 论 文 ， 1 9 9 5 ． 【 6 】 吴元道． 工程机械静液压传动装 置f J 1 ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 2 4 ． 【 7 】 付永 领 ， 祁 晓野 ． A ME S i m系统 建模和仿真一从 入门到精 通 【 M 】 ． 北京 北京航空航天大学出版社 ， 2 0 0 6 ． 液 压 气 动 与 ／ 2 01 1年 第 4期 一 空气 流量系数 ； 发 射阀开 口截面处气 体密度 ； i 发射阀开口截面处的气体流速 ， 其中 i 1y／ [1- 丁 】 ， 当 P B 、 ／ 署 ， 当 P B ≤ 卢 卢 ； ； pi P ， ， 当 Pa 当 ≤ pB 。 Ps 式 中R 空气气体 常数 一 比热 比 p 发射管内部气体压强 ； p 发射气瓶压力 ； 发射气瓶内气体温度。 I璺 l 1 加 蓑 缓 冲 面积 调 节器 的发 射 周结 构 简 图 2 缓冲面积调节器流通面积计算方程 由缓 冲器 结构 可推 出缓 冲面积 调节 器流 通面 积与 阀芯移 动速度 的关 系 d x S 、 S t _ d t ， ， ， b--o ／ 一 S f p 式中S t 缓冲面积调节器受深度调节的流通面积； S f 缓 冲器 活塞和 滑阀之 间的间隙 面积 S b 缓 冲 器 活 塞 面 积 s b 子 d ； ，d ， 为 缓 冲 活 塞 s 0 缓冲器活塞孔流通面积 见图 2 。 图 2 滑 阀与缓冲活塞位置关 系图 。 口 2 一 2 ≤ 。 So x I T Ⅱ4 2 --- 2 I ≤ 2 其 中 d x d 5 一 h 。 P 。 为缓冲器介质压力 P q e 一 5 - p a 一 一 】 式中 S l 发射 阀阀 芯上 端 面积， S 。 } ； d 。 发射阀阀芯上端直径 见图 2 ； s 发射阀阀芯下端面积 s ； 发射阀阀芯下端直径 ； P d 发射 网心- -14 -- 上端压力 ， 取P d 0 ． 5 2 8 p b ； 一 弹簧的总预压力 C 。 一 弹簧的总刚度。 结合发射管内气体状态方程 、 气体做功方程、 能量 及质 量守恒方 程可 以列 出鱼 雷 内弹道方程I ” 。 3 仿真结果及分析 3 ． 1 鱼 雷质 量对 弹道的影 响 图 3 不同鱼雷质量鱼雷速度 曲线 从图 3可看出， 随着鱼雷质量的增大， 鱼雷出管速 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ N o ． 4 ． 2 0 l l 度变 化不 大 。 鱼 雷质量 从 1 4 4 5 k g 变 化 到 2 3 2 7 k g时 ， 鱼 雷出管速度差别在 2 m ／ s内，可见鱼雷质量变化对鱼雷 弹道 影响不 是很 大 。 根据 训练 雷 的主 要技 术 性能 ，对膛 压 和 出管 速度 的仿真结果如图4 、 图 5所示。 图 4 膛压仿真 曲线 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 ． 7 0 8 0 9 1 0 图 5 速度仿真曲线 4 从 图 4及 图 5仿真结 果来看 ，鱼 雷管 内膛 压为 0 ． 4 7 MP a 。出管速 度为 2 6 m ／ s ，与实 际测量 结 果基 本 吻 合。图 4中， 通过调整垫 片的厚度 。 对膛压影响 比较显 著。 3 ． 2发射 管长 度对鱼 雷弹道 的 影响 分别选取发射管长度为 7 m、 8 m、 9 m， 仿真结果如图 6所示基本没有变化 。 鱼雷速度最大值略微变化是 由于 发射管长度的变化对鱼雷所受阻力 的影响。鱼雷发射 ●一 管长 度 变化 其气 密 环 的位 置也 应该 发 生变 化 ，鱼 雷速 度受气密环位置 的不同也会发生变化 ，本仿真 中没有 考虑 气密环 位置 的变化 。 U l Z j 4 5 6 7 9 图6发射管长度对鱼雷弹道的影 响 4结论 在气 动 不 平衡 式 发 射 装 置 内弹 道理 论 的基 础 上 ． 建立 了缓冲面积调节器的流通面积计算数学模型 ， 根 据该模型进行 了实例仿真验证。从仿真结果来看 ， 本文 采用的研究思路与所建立 的数学模 型是基本正确的 ， 基本了解决该发射装置大深度发射武器时发射能量控 制规律问题 ，可为缓冲面积调节器流通面积控制机构 的设计奠定一定理论基础。 参考文 献 【 l 】 陈一雕 ， 马士杰． 潜艇 鱼雷 发射器内弹道计算【 J 】 ． 水中兵器通 讯 ． 1 9 7 7 3 ． [ 2 】 练永庆 ， 王树 宗． 水下发射器 的气体 流量控制阀优化设计【 J 】 ． 机床与液压 ， 2 0 0 3 2 ． 【 3 】 练永庆 ， 王树 宗． 气动式水下武 器发射器内弹道优化研究[ J 】 ． 弹道学报 ． 2 0 0 2 2 ． [ 4 】 刘惟信． 机械最优化设计[ M】 ． 北京 清华大学出版社 ， 1 9 9 4 ． 【 5 】 李志华 ， 韩震 ， 王志剐． 潜艇气动发射装置泄放阀调整设计【 J 】 ． 液压气动与密封 ， 2 0 1 o 7 ． 【 6 】 蔡茂林． 现代气动技术理论与实践 ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 8 2 ． 上 接 第 1 3页 马达 的静 特性 并 非完 全 线性 ，而是 具有 一 定滞 环 与饱 和区域的曲线 ； 且喷嘴挡板级流量系数 c ． 、 c 通常不是 常数 ． 而是随着喷嘴挡板间隙 的改变呈非线性变化 。 5 结论 提出了一种新型喷嘴挡板式电一 气压力伺 服阀的 研究 ， 根 据磁 力学 及气 体 动 力学 有关 理 论 ， 推 导 出电流 与 背压 P 的压 力特性 ， 理 论 计算 与实 验研 究 结果基 本 吻合 ， 说 明理 论 计 算 的正 确 性 ， 同 时为 后 续 电一 气 伺 服 阀的研究提供了一定的依据。 参 考 文 献 【 l 】 A n t o n i o L u q u e ，J o s e M．Q u e o ．H i g h p r e s s u r e v v e s i n MEMS t h e o r y a n d a p p l i c a t i o n s ． I n d u s t ria l E l e c t r o n i c s S o c i e t y ， I EEE 2 00 2 Vo l ume 4 3 0 57 3 061 ． [ 2 】 A n t o n i o L u q u e ，J o s e M ．Q n e r o ，C y r i l l e H i b e r t ， P h i l i p p e F l u c k i g e r ． F a b ric a t i o n p r o c e s s f o r a mi c r o fl u i d i c v a l v e ． C i r c u i t s a n d S y s t e ms ， 2 0 0 3 ． I S CA S 0 3 ． P r o c e e d i n g s o f t h e 2 0 03 I n t e rn a t i on a l Sy mp o s i um o n Vo l u me 4 86 0- 86 3． 【 3 】 闽耀保． 具有不均等正开口量的双边滑阀式气动伺服阀特性 研究[ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 7 3 ． [ 4 】 梅里特． 液压控制系统【 M 】 ． 北京 科学 出版社 ， 1 9 7 6 ． 【 5 】 田源道． 电液伺服阀【 M】 ． 北京 航空工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 6 】 曲以义主编． 气动伺服系统口 上海 上海交通大学出版社 ， 1 9 8 7 ． 2 9 5 5 4 4 3 3 2 2●● n 0【