鄭守峰

(91851部隊 葫蘆島 125001)

基于某型導(dǎo)彈發(fā)射箱蓋毀傷的機理分析*

鄭守峰

(91851部隊 葫蘆島 125001)

在導(dǎo)彈發(fā)射過程中,發(fā)射裝置及附屬設(shè)施易受較大程度破壞,論文在對導(dǎo)彈發(fā)射裝置毀傷機理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,探討了問題發(fā)生的原因,并對提高發(fā)射裝置使用的可靠性提出了改進(jìn)措施。

燃?xì)饬? 發(fā)射裝置; 毀傷; 機理分析

1 引言

在導(dǎo)彈發(fā)射中,燃?xì)馍淞鞒３Πl(fā)射裝置以及附屬設(shè)施造成損壞的現(xiàn)象。近年來某型導(dǎo)彈的發(fā)射情況中多次出現(xiàn)發(fā)射裝置及附屬設(shè)施被燃?xì)馍淞髌茐牡默F(xiàn)象。其中較為嚴(yán)重的三次為: 1) 發(fā)射箱蓋與發(fā)射箱連接固定部件一側(cè)折斷、一端嚴(yán)重變形,發(fā)射箱蓋旋轉(zhuǎn)約90°; 2) 安置在發(fā)射裝置側(cè)面的組合天線支撐桿根部斷裂倒地,組合天線摔壞; 3) 發(fā)射箱蓋與開關(guān)蓋機構(gòu)連接的連桿斷裂,發(fā)射箱蓋與發(fā)射箱的鉸鏈連接損壞,發(fā)射箱蓋被燃?xì)饬鞔碉w,砸壞電氣信號電纜芯線及電纜插座。針對這類問題,本文對問題發(fā)生的機理進(jìn)行分析,探究問題發(fā)生原因,并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。

2 發(fā)射裝置損壞現(xiàn)象的機理分析

2.1 燃?xì)馍淞鲗ξ矬w的沖擊效應(yīng)

導(dǎo)彈的動力裝置都是基于反作用原理產(chǎn)生推力的,因此必然出現(xiàn)發(fā)動機的大量高速高溫燃?xì)庖獜膰姽苤袊娚涑鰜淼默F(xiàn)象,于是產(chǎn)生了燃?xì)馍淞?。燃?xì)馍淞髟诎l(fā)射技術(shù)中是一種不利因素,它對發(fā)射陣地、地面或艦面設(shè)備尤其是發(fā)射裝置、附屬設(shè)備以及發(fā)射初始精度等都將產(chǎn)生不同程度的影響[1]。

導(dǎo)彈發(fā)射狀態(tài)時,燃?xì)馍淞饔绊懼饕憩F(xiàn)在:

1) 導(dǎo)彈在發(fā)射裝置上滑行時,燃?xì)饬鲗Πl(fā)射筒(箱)內(nèi)壁造成破壞及對彈體造成一定影響;

2) 導(dǎo)彈離開發(fā)射裝置后,燃?xì)饬鲗Πl(fā)射裝置及附屬設(shè)備產(chǎn)生的沖擊效應(yīng);

3) 發(fā)射裝置后方燃?xì)饬鲗Νh(huán)境的沖擊等。

2.2 物體在正面氣體作用下氣動載荷確定的一般方法

物體的垂直于氣流方向的總的氣動載荷取決于物體相對氣流方向的正面迎風(fēng)面積和氣流動壓頭在整個面積上的分布規(guī)律[2]。忽略導(dǎo)彈飛行速度以及燃?xì)馍淞髋c發(fā)射裝置干擾對流場壓力的影響,根據(jù)燃?xì)庾杂缮淞鞯慕?jīng)驗估算法,燃?xì)饬鲌鰞?nèi)任一點(x,r)的傳感器總壓可用下式表示:

q(x,r)=ae-b2r2

(1)

式中,x為沿燃?xì)馍淞髦行木€由噴口截面開始度量的距離;r為射流中任意一點到對稱軸的垂直距離;a、b為根據(jù)x的范圍選取的系數(shù)。

若在射流中放置任意形狀的物體,且其正迎風(fēng)面亦可表示為x和r的函數(shù),即

S=S(x,r)

(2)

那么,此時物體所受總的氣動力為

(3)

2.3 燃?xì)馍淞鲗ζ桨宓男睕_擊

為了方便對發(fā)射箱開關(guān)蓋機構(gòu)受損機理的分析,先討論燃?xì)馍淞鲗ζ桨宓男睕_擊。燃?xì)馍淞鲗ζ桨宓男睕_擊的總載荷是有關(guān)燃?xì)饬鞯膹姏_擊問題的重要參量。這一載荷的主要分量是由表面壓力所引起的垂直于平板的力[3]。

圖1中給出了流場、控制體以及有關(guān)的符號?？刂企w兩側(cè)選在離噴管很遠(yuǎn)的地方,以致那里的流動可以看作平行于平板。

忽略因卷吸流過各表面而引起的動量通量和表壓并設(shè)噴管流量是軸對稱的,噴口壓力和動量是沿著射流軸線方向,用φ表示它們和的大小,垂直于平板的分量為φsinθ,這樣,如果Fi為沖擊壓力對平板的垂直作用力,那么在垂直于平板的方向上有:

Fi-(paAc-paAesinθ)=φsinθ

(4)

式中,Ae為噴口面積;pa為環(huán)境壓力。

若將平板背面的壓力取成大氣壓,那么凈垂直力變?yōu)?/p>

F=Fi-paAc=φsinθ-paAesinθ

(5)

根據(jù)噴管噴出氣流是軸對稱的假設(shè),則有

(6)

式中,α為氣流流動中心線的當(dāng)?shù)貎A角;ρ為燃?xì)饷芏?v為燃?xì)馑俣取?/p>

圖1 燃?xì)馍淞鲗π卑宓臎_擊流場1-控制體;Ac-控制體在斜板上的面積;Ae-噴口面積

(7)

3 燃?xì)馍淞鲗Πl(fā)射裝置毀傷現(xiàn)象的機理分析

本文僅以發(fā)射箱蓋被吹飛的現(xiàn)象為例對燃?xì)馍淞髌茐臋C理進(jìn)行分析,結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[5]數(shù)據(jù)得出以下分析。

具體現(xiàn)象:發(fā)射箱前蓋與開蓋電機相連的拉桿斷裂、開蓋電機保護(hù)限位塊的鉤形限位槽被拉大、連接電機和拉桿的軸有少許彎曲變形、箱蓋與發(fā)射箱連接鉸鏈破壞、箱蓋吹飛、電氣信號電纜插座被箱蓋碰砸變形、助推器點火電纜芯線被砸斷。

導(dǎo)彈發(fā)射裝置受到破壞是多種因素綜合作用的結(jié)果。相關(guān)文獻(xiàn)表明[7～8],主要原因是助推級推力偏心、裝藥燃速快、推力加大以及發(fā)射箱開蓋角度過大等因素綜合作用引起的。顯而易見,這種破壞是可以避免的,究其發(fā)生的原因,主要有以下幾個方面:

1) 設(shè)計時對導(dǎo)彈發(fā)射產(chǎn)生的燃?xì)馍淞鲗Σ考钠茐淖饔玫膶嶋H效果估計不足,據(jù)研制單位介紹,發(fā)射裝置開關(guān)蓋機構(gòu)的設(shè)計只是在工作需要的基礎(chǔ)上,再按照經(jīng)驗選取一定的保險系數(shù)。因此,對不同型號導(dǎo)彈的特殊性能缺乏充分估計和考慮,造成了很大的安全隱患。

2) 在設(shè)計過程中對助推級推力偏心,最大極限推力考慮不足,推力偏心及推力增大的同時增加了燃?xì)馍淞鲗Πl(fā)射裝置的沖擊破壞作用。

3) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計中,充分考慮導(dǎo)彈飛離發(fā)射箱的安全性后加大了發(fā)射箱開蓋角度,但忽略了由此而產(chǎn)生的發(fā)射箱蓋平面受到燃?xì)馍淞鳑_擊力增大帶來的負(fù)面影響[7]。

4) 某些附屬設(shè)備在設(shè)計階段只考慮了自然環(huán)境因素的影響,沒有考慮導(dǎo)彈發(fā)射本身產(chǎn)生的影響。例如在某型導(dǎo)彈發(fā)射裝置側(cè)面安裝的組合天線的設(shè)計時,只考慮了風(fēng)速帶來的影響,而沒有考慮燃?xì)馍淞鲙淼挠绊憽?/p>

4 解決措施及建議

4.1 解決措施

綜上所述,針對該問題,采取加強連桿強度方案,更改原拉桿材料為45#鋼并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,同時將其長度改為螺紋可調(diào)整式,降低箱蓋的開啟角度,其開蓋角度由原來的96°降為91°,以減輕燃?xì)饬鲗Πl(fā)射箱蓋平面的垂直沖擊力。并根據(jù)計算結(jié)果對箱蓋其余薄弱部分進(jìn)行了加強,將曲柄、鉸鏈座、電機限位塊都進(jìn)行了形狀、材料和固定等改進(jìn)以提高強度,設(shè)計裕度較原來提高了4倍。經(jīng)后續(xù)試驗證明改進(jìn)措施正確有效。

4.2 改進(jìn)建議

由此可見,只要設(shè)計時充分考慮了上述各點,就會使造成的損害得以避免或?qū)⑵浣档偷阶畹拖薅取⒖枷嚓P(guān)文獻(xiàn)[9～10],建議在以下方面進(jìn)行改進(jìn):

1) 在按照經(jīng)驗選用設(shè)計保險系數(shù)的工作中,利用仿真技術(shù)及測量等手段,獲取具體型號導(dǎo)彈實際設(shè)計時所需要的數(shù)據(jù)資料,盡可能使設(shè)計工作與實際使用情況保持一致。

2) 全面充分考慮燃?xì)饬鲗Πl(fā)射裝置及附屬設(shè)施的作用效能,尤其是各系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的邊界條件數(shù)據(jù)。例如上面提到的助推級推力偏心極限以及+60℃時的最大推力,確保被設(shè)計系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備處于極限工作狀態(tài)時有足夠的抗損毀能力。

3) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計中綜合考慮工作環(huán)境,除了保證工作需要外,還應(yīng)兼顧安全可靠性要求,例如前面所述,發(fā)射箱蓋開啟角度的大小既要考慮導(dǎo)彈安全飛離發(fā)射箱的要求,還要考慮受到燃?xì)馍淞鳑_擊作用要盡可能小。

4) 對某些附屬設(shè)施的防護(hù),在考慮自然環(huán)境影響的情況下,還要重視導(dǎo)彈發(fā)射過程本身諸多因素對其造成的影響。

5 結(jié)語

對受損設(shè)施本身及其毀傷原因進(jìn)行分析,可以發(fā)現(xiàn)受損部位大多不是發(fā)射裝置的主體結(jié)構(gòu),多屬于輔助或附屬設(shè)施。因此,設(shè)計應(yīng)充分考慮主要結(jié)構(gòu)之外的其它設(shè)施的抗損毀能力。只要我們對導(dǎo)彈的工作環(huán)境和發(fā)射條件進(jìn)行充分研究,并采取相應(yīng)的防護(hù)措施以提高導(dǎo)彈發(fā)射裝置及其附屬設(shè)施在導(dǎo)彈發(fā)射過程中的抗損毀能力,從而提高發(fā)射裝置的使用可靠性。

[1] 高明坤.火箭導(dǎo)彈發(fā)射裝置構(gòu)造[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1996.

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[3] 呂佐臣.飛航導(dǎo)彈發(fā)射裝置[M].北京:宇航出版社,1996.

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Mechanism Analysis of Certain Missile Launching Tank Cover Damage

ZHENG Shoufeng

(No. 91851 Troops of PLA, Huludao 125001)

In the process of the launching missile, launching equipment and ancillary facilities are easy to be damaged at the greater degree. This essay discusses the reasons of the problems, which are based on mechanism analysis of the missile launching tank cover damage, and puts forward the measures for improving the reliability of the launching missile.

gas flow, launching equipment, damage, mechanism analysis

E927

2016年8月19日,

2016年9月30日

鄭守峰,男,助理工程師,研究方向:雷達(dá)工程及靶彈控制技術(shù)。

E927

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.03.037