六邊形開(kāi)合機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真與模態(tài)分析

湖南國(guó)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(wàn)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(guò)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(guò)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(gè)分體式的剛性整流罩，一方面對(duì)發(fā)射管外形進(jìn)行歸整，另一方面使發(fā)射管抗異物撞擊能力增強(qiáng)。

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(jī)、減速器、傳動(dòng)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(gè)，與外筒焊接固定在一起。整流罩安裝座通過(guò)螺釘與外筒固定連接。整流罩安裝座是電機(jī)、減速器、傳動(dòng)軸和整流罩的安裝平臺(tái)。傳動(dòng)軸通過(guò)軸承鉸接在整流罩安裝座周邊的12個(gè)安裝孔內(nèi)。傳動(dòng)軸通過(guò)花鍵結(jié)構(gòu)插入整流罩的安裝孔內(nèi)。每?jī)筛噜彽某鮿?dòng)軸通過(guò)十字聯(lián)軸器相互連接。

每根傳動(dòng)軸是通過(guò)十字聯(lián)軸器連接在一起的，均布的六塊整流罩又與傳動(dòng)軸固定連接，因此工作時(shí)，電機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，就能實(shí)現(xiàn)6塊整流罩同時(shí)開(kāi)合。發(fā)射前，整流罩處于閉合狀態(tài)。火箭炮發(fā)射時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)整流罩張開(kāi)，使火箭彈出筒時(shí)不會(huì)與整流罩發(fā)生碰撞，高壓火藥燃?xì)鉀_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(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jìn)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(dòng)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(jī)輸出軸與減速器輸入軸的連接采用固定副。對(duì)整流罩安裝座和大地施加固定副。對(duì)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)零件施加轉(zhuǎn)動(dòng)副關(guān)系。對(duì)齒輪組施加接觸關(guān)系副，靜摩擦系數(shù)0.1，動(dòng)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模型

圖3 展示了整流罩的展開(kāi)過(guò)程，整個(gè)過(guò)程中，各機(jī)構(gòu)阻滯，無(wú)干涉，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，六塊整流罩運(yùn)動(dòng)同步性好，開(kāi)合角度45°以上，較好地達(dá)到了既定設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖3 整流罩展開(kāi)過(guò)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(gè)，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(duì)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(dòng)頻率相差較大，因此不會(huì)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(yǔ)

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(duì)發(fā)射筒內(nèi)火箭彈進(jìn)行隔水，使用分體式剛性整流罩對(duì)發(fā)射裝置前端進(jìn)行防護(hù)和整形減阻。并對(duì)方案進(jìn)行了動(dòng)作仿真和模態(tài)分析，獲取了機(jī)構(gòu)的主要研究參數(shù)，表明方案在原理上可行，為進(jìn)一步研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。