箱式发射导弹发射安全性分析范文

摘要:

为提高箱式发射导弹的出箱安全性，研究不同发射角条件和各偏差对导弹发射的影响。通过建立导弹刚柔耦合发射动力学模型进行动力学仿真，得到发射过程中的导弹质心位移、弹箱间隙等关键数据，同时考虑了各偏差对导弹发射出箱姿态的敏感性。研究结果表明，较大的初始射角可以减小导弹发射时的初始扰动，质心偏差是引起发射过程中导弹姿态变化的最敏感因素。

关键词:

导弹;发射;安全性;分析;初始发射角;运动姿态

1导弹发射过程的仿真分析

首先针对不同高低发射角条件下进行计算，分别模拟了发射角为45°和64°时导弹出箱的运动姿态变化，得到的主要参数如图2－图7所示。在图中，横轴为导弹发射时间，其最大值是0．85s，即导弹发射出箱的时间。图2和图3分别表示的是不同发射角度下，导弹发射出箱时的质心横向位移和纵向位移变化图。从仿真结果分析来看，这2种工况条件下导弹质心位移在x和y方向的位移所受的影响比较小，在导弹出箱的时刻基本上忽略不计。图4为2种发射角条件下的导弹垂向位移变化图。从图中可以看到，导弹在z方向的质心位移受到初始高低射角的影响较大，初始高低发射角越大，导弹在z方向的质心位移受到的影响越小。这是由于导弹的下沉量受到初始高低射角的影响较大，初始高低射角越小，由重力导致的低头就会越明显;初始高低射角越大，由重力导致的低头的影响就会减小。导弹的下沉量会直接使导弹在z方向的质心位移，下沉量增大，则导弹在z方向的质心位移增大，反之亦然。图5－图7表示的是不同发射角度下，导弹发射出箱时的质心横向、纵向、垂向质心转角变化图。横轴坐标表示的是发射时间，从下面仿真结果图中知道，导弹的纵向、垂向质心转角受到的发射角影响基本相近，而较大的发射角会给导弹的横向质心转角带来较小的影响，减小导弹在发射过程中的侧偏现象。由此可见，在导弹发射过程中，较大的发射角条件对导弹的动力学响应影响较小，所引起的导弹姿态变化、造成的导弹下沉量和侧偏现象较小，有利于导弹的发射。图8是2种发射角条件下，在导弹发射过程中，导弹下部与发射箱导轨之间的最小距离。由图中可知，较大发射角条件下，导弹在出箱时刻与导轨的最小间隙更大，有更大的安全让开距离。这是由于在较大的初始高低射角条件下，导弹由重力导致的低头效应和下沉量较小，弹与导轨间的距离一定，则弹与发射箱导轨的距离会相对较大，导弹发射出箱的安全性就会有很大的提高。

2各偏差对导弹发射敏感性分析

研究各项偏差对导弹动力学的响应时，主要分析各项偏差在导弹运动特性和发射箱振动方面所引起的在x、y、z方向的影响。考虑的各项偏差有:无偏差，质心偏差1(+30mm，+5mm，+3mm)，质心偏差2(－30mm，－5mm，－3mm)，转动惯量偏差1(+8%，+8%，+8%)，转动惯量偏差2(－8%，－8%，+8%)，导轨摩擦系数0．1，导轨摩擦系数0．2，质量偏差+35kg，质量偏差－35kg，推力横移2mm，推力横移－2mm，推力偏斜5'，推力偏斜－5'和风载荷工况。风压是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。根据伯努利方程得出的风－压关系，风的动压为WP=0．5•γ0•v2。其中WP为风压(kN/m2)，γ0为空气密度(kg/m3)，v为风速(m/s)。考虑10级大风的恶劣情况，其瞬时风速达到22．5m/s，从导弹发射车左侧吹来。在发射过程中，随着导弹脱离轨道不断发射出箱，导弹受到风载荷作用的面积逐渐变大。进行动力学仿真计算时候，风载荷以面压力作用在左侧发射箱左侧，面压力为0．0002688MPa;导弹从出箱时刻开始，受到风载荷作用，将其等效为作用在导弹质心的力和力矩。通过有限元分析软件得到各项偏差条件下导弹的质心位移和质心转动角动力学仿真结果对比图，即图9－图14。由图9和表1知道，导弹出箱时刻，对导弹的横向位移影响比较明显的偏差有质心偏差1、导轨的摩擦系数1和2、推力偏斜－5'和风载荷。其中推力偏斜－5'引起的横向位移变化最小，数值是2mm。相比较无偏差条件，大大减少了导弹的下沉量;导轨的摩擦系数也在一定程度上改善了弹的姿态变化;而风载荷则加大了弹的下沉量，减小弹箱之间的间隙，不利于导弹的发射。由图10－图11中看到，各项偏差对导弹的纵向、垂向质心位移影响不大。图12和表2表示的是各项偏差对导弹的横向质心转角影响情况，从图中可以看到，质心偏差和推力偏斜是影响导弹横向质心转角的最大偏差。由于版面问题，表2中未列出对横向质心转角影响比较小的偏差。图13表示的是各项偏差对导弹的纵向质心转角影响情况，从图中知道，各项偏差的影响都比较大，其中以质心偏差和风载荷的影响最大。图14和表3表示的是各项偏差对导弹的垂向质心转角影响情况，由图和表知道，质心偏差、转动惯量偏差、导轨摩擦系数和风载荷对导弹垂向质心转角造成较大影响。由此可见，在导弹的发射过程中，质心偏差是影响导弹姿态变化的最敏感因素。导轨的摩擦系数、推力偏斜、转动惯量偏差和风载荷对导弹的姿态变化也有一定的影响，其中风载荷会增大弹的下沉量，而推力偏斜－5'能改善弹的下沉量，增大弹箱间隙;质心偏差、导轨的摩擦系数、推力偏斜、转动惯量偏差和风载荷对导弹的侧偏都有一定的影响。

3结语

本文建立了导弹在发射过程中的运动方程，依据多柔体系统刚柔耦合动力学基本理论，完成了对某导弹武器系统的动力学仿真分析。从仿真结果的对比图中可以看出，在导弹的发射过程中，较大的初始射角可以减小导弹发射时的初始扰动，能够提高导弹的出箱安全性。考虑各项偏差对导弹在发射过程中运动状态的影响时，仿真结果表明质心位置是引起导弹姿态变化的最敏感因素，同样会影响导弹出箱时刻的弹箱间隙;导轨的摩擦系数、推力偏斜、转动惯量偏差和风载荷对导弹的下沉和侧偏也有一定的影响。故在研究导弹发射动力学时，应考虑发射角和各项偏差在发射过程中所带来的初始扰动，对导弹的发射精度和出箱安全性造成的影响。

参考文献:

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作者:程运江 何强 马大为 朱忠领 单位:南京理工大学机械工程学院