馬琪，曹曉明，魏勇

（海軍潛艇學(xué)院戰(zhàn)略導(dǎo)彈與水中兵器系，山東青島，266071）

0 引言

俄羅斯的Гс-240發(fā)射裝置通過(guò)大幅增加機(jī)械強(qiáng)度和發(fā)射能量，以及截面調(diào)節(jié)等技術(shù)使其發(fā)射深度達(dá)到240m[1]。為保證在不同深度無(wú)泡無(wú)傾差發(fā)射，且使武器具有安全出管速度，定時(shí)調(diào)節(jié)器發(fā)揮至關(guān)重要的作用。定時(shí)調(diào)節(jié)器控制泄放過(guò)程泄放閥開(kāi)啟時(shí)機(jī)和泄放閥開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間，控制在不同發(fā)射深度泄入無(wú)泡水柜壓縮空氣和海水量一致，使武器具有安全出管速度的同時(shí)，確保潛艇操縱安全性。

1 定時(shí)調(diào)節(jié)器工作原理

定時(shí)調(diào)節(jié)器實(shí)際上是由定時(shí)送氣閥、定時(shí)放氣閥兩個(gè)氣動(dòng)延時(shí)閥組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 定時(shí)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

發(fā)射氣瓶未充氣時(shí)，在各自彈簧彈力作用下，定時(shí)送氣活塞位于下面位置，定時(shí)放氣活塞位于上面位置。無(wú)泡氣瓶至泄放閥上腔通路打開(kāi)，放氣活塞上端面至放氣孔通路打開(kāi)。

發(fā)射時(shí)，發(fā)射氣瓶壓強(qiáng)下降，由發(fā)射氣瓶作用在活塞下腔壓力和深度氣瓶氣體作用在活塞上壓的合力不足以維持活塞關(guān)閉通路時(shí)，定時(shí)送氣閥活塞向下運(yùn)動(dòng)，氣路打開(kāi)。無(wú)泡氣瓶至泄放閥上腔通路打開(kāi)，氣體進(jìn)入泄放閥上腔，壓強(qiáng)達(dá)到一定值時(shí)，泄放閥打開(kāi)。此時(shí)，在無(wú)泡氣瓶至泄放閥氣路間的定量氣孔，不斷排氣。當(dāng)無(wú)泡氣瓶壓強(qiáng)下降到一定值時(shí)，在定時(shí)放氣閥部分，無(wú)泡氣瓶氣體作用在活塞上端壓力不足以克服彈簧彈力，活塞向上運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)泄放閥至定時(shí)放氣閥部分通路，作用在泄放閥上腔氣體從放氣孔放出，泄放閥關(guān)閉。同時(shí)，無(wú)泡氣瓶、定時(shí)放氣閥前腔壓縮氣體也經(jīng)放氣孔放出。定時(shí)調(diào)節(jié)器恢復(fù)初始狀態(tài)。

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 定時(shí)送氣閥模型

對(duì)定時(shí)送氣閥活塞進(jìn)行受力分析，可得到運(yùn)動(dòng)方程。

式中：ms為送氣部分閥芯質(zhì)量；xs為送氣部分閥芯位移；Cs為送氣部分彈簧剛度；x0為彈簧預(yù)壓縮量；pwp為無(wú)泡氣瓶壓強(qiáng)；pxfs為泄放閥上腔壓強(qiáng)；Psd為深度氣瓶壓強(qiáng)；Pf為發(fā)射氣瓶壓強(qiáng)；g為重力加速度；S1為活塞面積；S2為閥芯受氣壓面積；S3為彈簧座部分受氣壓面積；Rc1為活塞密封環(huán)受到摩擦阻力；Rc2為閥芯密封環(huán)受到摩擦阻力；Rbs為活塞、閥芯運(yùn)動(dòng)受到粘性阻力。

送氣閥閥體運(yùn)動(dòng)后，無(wú)泡氣瓶?jī)?nèi)的壓縮氣體流入送氣閥，有一小部分氣體經(jīng)定量氣孔排出，經(jīng)放氣閥定量氣孔流出氣體質(zhì)量流量為：

式中：?dl為定量氣孔流量系數(shù)；Sdl為定量氣孔流通面積；pxfs為泄放閥上腔壓強(qiáng)；Txfs為泄放閥上腔溫度。

送氣閥上腔壓強(qiáng)強(qiáng)變化可表示為：

式中：Tk為送氣閥上腔溫度；Vk為管路和送氣閥上腔總?cè)莘e；Qmk為自動(dòng)截止器6腔管路定量氣孔和排氣閥排出氣體質(zhì)量流量。

2.2 定時(shí)放氣閥模型

對(duì)定時(shí)放氣閥活塞進(jìn)行受力分析，可得到運(yùn)動(dòng)方程。

在開(kāi)展省級(jí)宣傳的同時(shí)，充分發(fā)揮基層水保部門(mén)的力量開(kāi)展宣傳，做到了統(tǒng)一部署、協(xié)調(diào)并進(jìn)、上下聯(lián)動(dòng)、全面拓展。州縣利用賽馬會(huì)、物資交流會(huì)等活動(dòng)，通過(guò)展板、發(fā)放宣傳材料、開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)講解、手機(jī)群發(fā)公益宣傳信息等多種形式，廣泛宣傳水土保持法律法規(guī)及相關(guān)知識(shí)，不斷強(qiáng)化農(nóng)牧民群眾水土保持意識(shí)，增強(qiáng)了參與生態(tài)建設(shè)的自覺(jué)性，為促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

式中：mf為放氣閥部分閥芯質(zhì)量；xf為放氣閥部分閥芯位移；Cf為放氣閥部分彈簧剛度；xf0為彈簧預(yù)壓縮量；pxfs為泄放閥上腔壓強(qiáng)；pwp為無(wú)泡氣瓶壓強(qiáng)；S4為放氣閥部分閥芯受無(wú)泡氣瓶氣壓面積；S5為閥口面積；S6為閥桿面積；Rc4為活塞密封環(huán)受到摩擦阻力；Rc6為閥芯密封環(huán)受到摩擦阻力；Rbf為放氣閥部分活塞、閥芯運(yùn)動(dòng)受到粘性阻力。

當(dāng)放氣閥打開(kāi)后，無(wú)泡氣瓶至泄放閥上腔氣路中氣體經(jīng)放氣孔放出，經(jīng)排氣孔流出氣體流量為：

式中：?pq為排氣孔流量系數(shù)；Spq為排氣孔流通面積；pxfs為泄放閥上腔壓強(qiáng)；Txfs為泄放閥上腔溫度。

2.3 泄放閥模型

對(duì)泄放閥閥盤(pán)進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律可得：

式中：mxf為泄放閥活塞及彈簧質(zhì)量；xxf為泄放閥閥盤(pán)位移；pxfs為泄放閥上腔壓強(qiáng)；S7為閥桿面積；S8為活塞面積；S9為閥盤(pán)面積；pg為發(fā)射管內(nèi)壓強(qiáng)；Rxc為活塞運(yùn)動(dòng)所受摩擦阻力；Rxf為粘性阻力。

由于泄放閥上腔與放氣閥上腔連通，泄放閥上腔的壓強(qiáng)與放氣閥上腔壓強(qiáng)相等。送氣閥閥體運(yùn)動(dòng)后，無(wú)泡氣瓶?jī)?nèi)氣體經(jīng)內(nèi)氣路流入放氣閥，同時(shí)又有部分氣體經(jīng)定量氣孔排出。因此，泄放閥上腔壓強(qiáng)變化可表示為：

式中：Vxfs為泄放閥上腔、放氣閥上腔容積總和；Txks為泄放閥上腔溫度。

當(dāng)泄放閥上腔壓力大于一定值時(shí)，泄放閥打開(kāi)，通過(guò)節(jié)流閥流出氣體的流量為：

式中：?lc為氣體流出口流量系數(shù)；Slc為泄放時(shí)氣體流通最小面積；ρlc為氣體流出口氣體密度；vlc為氣體流出口氣體流速。

通過(guò)泄放閥的熱焓排出率為：

2.4 武器運(yùn)動(dòng)模型

對(duì)武器進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律可得武器運(yùn)動(dòng)方程：

式中：vT為武器速度；mT為武器質(zhì)量；ST為武器截面積；RT為武器受到阻力和。

3 仿真計(jì)算

在simulink環(huán)境下，采用ode45，分別對(duì)不同發(fā)射深度、不同彈簧預(yù)壓縮量的武器出管速度進(jìn)行仿真計(jì)算。

3.1 定時(shí)送氣閥彈簧預(yù)壓縮量對(duì)武器出管速度影響

改變定時(shí)送氣閥彈簧預(yù)壓縮量xs0=22.0mm、23.5mm、25.0mm，保持定時(shí)放氣閥彈簧預(yù)壓縮量不變，得到發(fā)射深度h=50m、80m、100m武器速度隨行程變化曲線(xiàn)，如圖2、3、4所示。

圖2 50m發(fā)射深度武器速度行程曲線(xiàn)

圖3 80m發(fā)射深度武器速度行程曲線(xiàn)

圖4 100m發(fā)射深度武器速度行程曲線(xiàn)

改變彈簧預(yù)壓縮量，一定程度上影響武器出管速度。武器出管速度隨定時(shí)送氣閥彈簧預(yù)壓縮量增大而減小。彈簧壓縮量的改變，直接影響定時(shí)送氣活塞動(dòng)作的響應(yīng)時(shí)間，定時(shí)送氣活塞響應(yīng)時(shí)間會(huì)改變泄放閥開(kāi)啟的時(shí)刻，進(jìn)而造成武器速度的改變。

3.2 定時(shí)放氣閥彈簧預(yù)壓縮量對(duì)武器出管速度影響

改變定時(shí)放氣閥彈簧預(yù)壓縮量xf0=14.5mm、15.2mm、15.9mm，保持定時(shí)送氣閥彈簧預(yù)壓縮量不變，得到發(fā)射深度h=50m、80m、100m武器速度隨行程變化曲線(xiàn)，如圖5、6、7所示。

圖5 50m發(fā)射深度武器速度行程曲線(xiàn)

圖6 80m發(fā)射深度武器速度行程曲線(xiàn)

圖7 100m發(fā)射深度武器速度行程曲線(xiàn)

與小深度發(fā)射相比，在大深度發(fā)射，改變定時(shí)放氣閥彈簧預(yù)壓縮量，對(duì)武器出管速度影響不明顯。改變彈簧預(yù)壓縮量，影響了放氣活塞動(dòng)作點(diǎn)的壓力，進(jìn)而改變泄放閥開(kāi)啟時(shí)間長(zhǎng)短。根據(jù)泄放閥開(kāi)啟時(shí)，發(fā)射行程與深度對(duì)應(yīng)關(guān)系可知，當(dāng)發(fā)射深度大于100m時(shí)，泄放閥在武器位移達(dá)7.5m后開(kāi)啟。對(duì)大深度發(fā)射而言，改變放氣閥彈簧預(yù)壓縮量，主要影響發(fā)射后氣水回收過(guò)程，氣體海水回收量，彈簧壓縮量過(guò)大，泄放時(shí)間過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致泄放不完全，造成發(fā)射“冒泡”現(xiàn)象。

4 結(jié)論

（1）調(diào)整定時(shí)送氣閥彈簧預(yù)壓縮量，會(huì)影響定時(shí)送氣活塞響應(yīng)時(shí)間，從而改變泄放閥開(kāi)啟時(shí)刻。定時(shí)調(diào)節(jié)器送氣閥預(yù)壓縮量越大，武器出管速度越小。

（2）調(diào)整定時(shí)放氣閥彈簧預(yù)壓縮量，會(huì)影響定時(shí)放氣活塞動(dòng)作點(diǎn)壓強(qiáng)，從而改變泄放閥開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間。小深度發(fā)射時(shí)，定時(shí)放氣閥彈簧預(yù)壓縮量越大，武器出管速度越大，大深度發(fā)射時(shí)，定時(shí)放氣閥彈簧預(yù)壓縮量對(duì)武器出管速度影響甚微。