鄭守峰

(91851部隊(duì) 葫蘆島 125001)

基于某型導(dǎo)彈發(fā)射箱蓋毀傷的機(jī)理分析*

鄭守峰

(91851部隊(duì) 葫蘆島 125001)

在導(dǎo)彈發(fā)射過(guò)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(duì)導(dǎo)彈發(fā)射裝置毀傷機(jī)理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,探討了問(wèn)題發(fā)生的原因,并對(duì)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(jī)理分析

1 引言

在導(dǎo)彈發(fā)射中,燃?xì)馍淞鞒３?huì)對(duì)發(fā)射裝置以及附屬設(shè)施造成損壞的現(xiàn)象。近年來(lái)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(xiàn)支撐桿根部斷裂倒地,組合天線(xiàn)摔壞; 3) 發(fā)射箱蓋與開(kāi)關(guān)蓋機(jī)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(hào)電纜芯線(xiàn)及電纜插座。針對(duì)這類(lèi)問(wèn)題,本文對(duì)問(wèn)題發(fā)生的機(jī)理進(jìn)行分析,探究問(wèn)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(jī)理分析

2.1 燃?xì)馍淞鲗?duì)物體的沖擊效應(yīng)

導(dǎo)彈的動(dòng)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(dòng)機(jī)的大量高速高溫燃?xì)庖獜膰姽苤袊娚涑鰜?lái)的現(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(duì)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(shí),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(shí),燃?xì)饬鲗?duì)發(fā)射筒(箱)內(nèi)壁造成破壞及對(duì)彈體造成一定影響;

2) 導(dǎo)彈離開(kāi)發(fā)射裝置后,燃?xì)饬鲗?duì)發(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?duì)環(huán)境的沖擊等。

2.2 物體在正面氣體作用下氣動(dòng)載荷確定的一般方法

物體的垂直于氣流方向的總的氣動(dòng)載荷取決于物體相對(duì)氣流方向的正面迎風(fēng)面積和氣流動(dòng)壓頭在整個(gè)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(duì)流場(chǎng)壓力的影響,根據(jù)燃?xì)庾杂缮淞鞯慕?jīng)驗(yàn)估算法,燃?xì)饬鲌?chǎng)內(nèi)任一點(diǎn)(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€(xiàn)由噴口截面開(kāi)始度量的距離;r為射流中任意一點(diǎn)到對(duì)稱(chēng)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(shí)物體所受總的氣動(dòng)力為

(3)

2.3 燃?xì)馍淞鲗?duì)平板的斜沖擊

為了方便對(duì)發(fā)射箱開(kāi)關(guān)蓋機(jī)構(gòu)受損機(jī)理的分析,先討論燃?xì)馍淞鲗?duì)平板的斜沖擊。燃?xì)馍淞鲗?duì)平板的斜沖擊的總載荷是有關(guān)燃?xì)饬鞯膹?qiáng)沖擊問(wèn)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(chǎng)、控制體以及有關(guān)的符號(hào)?？刂企w兩側(cè)選在離噴管很遠(yuǎn)的地方,以致那里的流動(dòng)可以看作平行于平板。

忽略因卷吸流過(guò)各表面而引起的動(dòng)量通量和表壓并設(shè)噴管流量是軸對(duì)稱(chēng)的,噴口壓力和動(dòng)量是沿著射流軸線(xiàn)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(duì)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?chē)姵鰵饬魇禽S對(duì)稱(chēng)的假設(shè),則有

(6)

式中,α為氣流流動(dòng)中心線(xiàn)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?duì)斜板的沖擊流場(chǎng)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?duì)發(fā)射裝置毀傷現(xiàn)象的機(jī)理分析

本文僅以發(fā)射箱蓋被吹飛的現(xiàn)象為例對(duì)燃?xì)馍淞髌茐臋C(jī)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(kāi)蓋電機(jī)相連的拉桿斷裂、開(kāi)蓋電機(jī)保護(hù)限位塊的鉤形限位槽被拉大、連接電機(jī)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(hào)電纜插座被箱蓋碰砸變形、助推器點(diǎn)火電纜芯線(xiàn)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(jí)推力偏心、裝藥燃速快、推力加大以及發(fā)射箱開(kāi)蓋角度過(guò)大等因素綜合作用引起的。顯而易見(jiàn),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(gè)方面:

1) 設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)導(dǎo)彈發(fā)射產(chǎn)生的燃?xì)馍淞鲗?duì)部件的破壞作用的實(shí)際效果估計(jì)不足,據(jù)研制單位介紹,發(fā)射裝置開(kāi)關(guān)蓋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)只是在工作需要的基礎(chǔ)上,再按照經(jīng)驗(yàn)選取一定的保險(xiǎn)系數(shù)。因此,對(duì)不同型號(hào)導(dǎo)彈的特殊性能缺乏充分估計(jì)和考慮,造成了很大的安全隱患。

2) 在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)助推級(jí)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(shí)增加了燃?xì)馍淞鲗?duì)發(fā)射裝置的沖擊破壞作用。

3) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(kāi)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(lái)的負(fù)面影響[7]。

4) 某些附屬設(shè)備在設(shè)計(jì)階段只考慮了自然環(huán)境因素的影響,沒(méi)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(xiàn)的設(shè)計(jì)時(shí),只考慮了風(fēng)速帶來(lái)的影響,而沒(méi)有考慮燃?xì)馍淞鲙?lái)的影響。

4 解決措施及建議

4.1 解決措施

綜上所述,針對(duì)該問(wèn)題,采取加強(qiáng)連桿強(qiáng)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(shí)將其長(zhǎng)度改為螺紋可調(diào)整式,降低箱蓋的開(kāi)啟角度,其開(kāi)蓋角度由原來(lái)的96°降為91°,以減輕燃?xì)饬鲗?duì)發(fā)射箱蓋平面的垂直沖擊力。并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)箱蓋其余薄弱部分進(jìn)行了加強(qiáng),將曲柄、鉸鏈座、電機(jī)限位塊都進(jìn)行了形狀、材料和固定等改進(jìn)以提高強(qiáng)度,設(shè)計(jì)裕度較原來(lái)提高了4倍。經(jīng)后續(xù)試驗(yàn)證明改進(jìn)措施正確有效。

4.2 改進(jìn)建議

由此可見(jiàn),只要設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了上述各點(diǎn),就會(huì)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(yàn)選用設(shè)計(jì)保險(xiǎn)系數(shù)的工作中,利用仿真技術(shù)及測(cè)量等手段,獲取具體型號(hào)導(dǎo)彈實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)所需要的數(shù)據(jù)資料,盡可能使設(shè)計(jì)工作與實(shí)際使用情況保持一致。

2) 全面充分考慮燃?xì)饬鲗?duì)發(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(jí)推力偏心極限以及+60℃時(shí)的最大推力,確保被設(shè)計(jì)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(shí)有足夠的抗損毀能力。

3) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(kāi)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(duì)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(guò)程本身諸多因素對(duì)其造成的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)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(jì)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(duì)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(guò)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.

[2] 姚昌仁.火箭導(dǎo)彈發(fā)射動(dòng)力學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1996.

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

[4] 李建明,徐航.穿甲彈對(duì)主戰(zhàn)坦克毀傷的計(jì)算分析方法[J].彈道學(xué)報(bào),1998(1):223-225.

[5] 秦德祿.中國(guó)新型導(dǎo)彈發(fā)射車(chē)[J].現(xiàn)代兵器,2005(5):57-61.

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[7] 曹兵.破片對(duì)巡航導(dǎo)彈燃油艙沖擊引燃的實(shí)驗(yàn)研究[J].火炸藥學(xué)報(bào),2008(6):67-73.

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[9] 王曉強(qiáng),朱錫.艦船用鋼抗彈道沖擊性能研究綜述[C]//2009年船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨中國(guó)船舶學(xué)術(shù)界進(jìn)入ISSC30周年紀(jì)念會(huì)論文集,2009:543-547.

[10] 王林,李曉輝,劉永付,等.基于比動(dòng)能標(biāo)準(zhǔn)的戰(zhàn)斗部殺傷威力評(píng)價(jià)方法研究[C]//2012航空試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集,2012:612-615.

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