湖南國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院武器裝備技術(shù)學(xué)院 羅加勝 萬志恒 馮帆 譚慶 藺相飛

引言

水下火箭彈是近海防御的一種速度高、殺傷力的新型預(yù)制武器[1-16]。某水下火箭炮掛載在巡航器的底部，在巡航狀態(tài)下纖維編織的水密隔膜除了要承受海水壓力，使發(fā)射管內(nèi)火箭彈與海水隔離外，還需要承受航行過程中水流沖擊，異物撞擊。由于水密隔膜為纖維材料編織而成，其承受異物撞擊的能力較弱，而且在續(xù)航過程中，平整的發(fā)射管端面承受水的阻力大，產(chǎn)生的擾流較大，尾跡明顯，不利于巡航器的隱身，為此，本文在原有基礎(chǔ)上，在發(fā)射管前端增加了一個分體式的剛性整流罩，一方面對發(fā)射管外形進行歸整，另一方面使發(fā)射管抗異物撞擊能力增強。

1 結(jié)構(gòu)組成

水下火箭炮發(fā)射裝置由發(fā)射管座、外筒、發(fā)射管、電機、減速器、傳動軸、整流罩安裝座、水密隔膜、十字聯(lián)軸器和整流罩等組成。發(fā)射管座前后各有一個，與外筒焊接固定在一起。整流罩安裝座通過螺釘與外筒固定連接。整流罩安裝座是電機、減速器、傳動軸和整流罩的安裝平臺。傳動軸通過軸承鉸接在整流罩安裝座周邊的12個安裝孔內(nèi)。傳動軸通過花鍵結(jié)構(gòu)插入整流罩的安裝孔內(nèi)。每兩根相鄰的初動軸通過十字聯(lián)軸器相互連接。

每根傳動軸是通過十字聯(lián)軸器連接在一起的，均布的六塊整流罩又與傳動軸固定連接，因此工作時，電機通過減速器帶動傳動軸旋轉(zhuǎn)，就能實現(xiàn)6塊整流罩同時開合。發(fā)射前，整流罩處于閉合狀態(tài)。火箭炮發(fā)射時，電機驅(qū)動整流罩張開，使火箭彈出筒時不會與整流罩發(fā)生碰撞，高壓火藥燃氣沖破發(fā)射管尾端水密隔膜，前端的水密隔膜被高速出筒的彈體撕裂。發(fā)射完成后，電機驅(qū)動整流罩閉合，完成發(fā)射。

圖1 水下火箭炮發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 多剛體動力學(xué)仿真

使用三維建模軟件構(gòu)件水下火箭炮發(fā)射裝置的三維零件模型，并進行裝配。把水下火箭炮發(fā)射裝置三維模型導(dǎo)入到多剛體動力學(xué)分析軟件中。裝置水平放置，并施加9.8m/s2的重力加速度。電機輸出軸與減速器輸入軸的連接采用固定副。對整流罩安裝座和大地施加固定副。對相對轉(zhuǎn)動的兩個零件施加轉(zhuǎn)動副關(guān)系。對齒輪組施加接觸關(guān)系副，靜摩擦系數(shù)0.1，動摩擦系數(shù)設(shè)定為0.05。所有零件材料設(shè)置為0Cr18Ni4V。

圖2整流罩機構(gòu)運動仿真模型

圖3 展示了整流罩的展開過程，整個過程中，各機構(gòu)阻滯，無干涉，運動平穩(wěn)，六塊整流罩運動同步性好，開合角度45°以上，較好地達到了既定設(shè)計目標(biāo)。

圖3 整流罩展開過程圖

3 模態(tài)仿真與分析

把水下火箭炮發(fā)射裝置三維模型導(dǎo)入到有限元分析軟件中，使用C3D4單元，網(wǎng)格數(shù)量46183個，所有零件材料設(shè)置為0Cr18Ni4V,密度7.93噸/m3；彈性模量200GPa。發(fā)射裝置與巡航器的固定連接部位在發(fā)射裝置中部，因此對發(fā)射裝置中部施加固定約束。

圖4 各階模態(tài)振形圖

從仿真結(jié)果看1至10階模態(tài)，水下火箭彈發(fā)射裝置的固有頻率均在120～289.2HZ之間，與巡航器工作振動頻率相差較大，因此不會引起結(jié)構(gòu)共振，結(jié)構(gòu)安全。

表1 水下火箭炮發(fā)射裝置各階模態(tài)值

4 結(jié)語

本文提出了一種用于水下發(fā)射火箭炮的阻水方案，采用水密隔膜對發(fā)射筒內(nèi)火箭彈進行隔水，使用分體式剛性整流罩對發(fā)射裝置前端進行防護和整形減阻。并對方案進行了動作仿真和模態(tài)分析，獲取了機構(gòu)的主要研究參數(shù)，表明方案在原理上可行，為進一步研究打下了堅實的基礎(chǔ)。