胡榮芳

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所，鄭州450015）

隨著海軍作戰(zhàn)體系的持續(xù)升級(jí)，岸防導(dǎo)彈發(fā)射平臺(tái)已從傳統(tǒng)的固定式布置方式，逐漸向機(jī)動(dòng)、隱蔽和分散等典型作戰(zhàn)特點(diǎn)發(fā)展，這些特點(diǎn)是提高海軍岸防導(dǎo)彈地面設(shè)備生存能力和有效作戰(zhàn)的可靠保證。

機(jī)動(dòng)式車載岸防導(dǎo)彈發(fā)射平臺(tái)是集精密機(jī)械技術(shù)、伺服控制技術(shù)、動(dòng)平臺(tái)穩(wěn)定技術(shù)等多種技術(shù)為一體的綜合系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于車載武器裝備等工程技術(shù)領(lǐng)域[1]。

作為車載岸防導(dǎo)彈發(fā)射平臺(tái)的重要指標(biāo)之一，指向精度是指架上導(dǎo)彈指向軸空間姿態(tài)的精確度。指向精度為導(dǎo)彈提供初始出筒角度，是導(dǎo)彈準(zhǔn)確命中海上目標(biāo)的關(guān)鍵因素之一[2]。

近年來(lái)，隨著高新技術(shù)領(lǐng)域的不斷拓展，岸防導(dǎo)彈武器系統(tǒng)對(duì)車載武器裝備的應(yīng)用需求也相應(yīng)增加，尤其對(duì)指向精度的要求越來(lái)越高，這就須要對(duì)車載武器裝備的軸系誤差等因素開(kāi)展系統(tǒng)地分析和研究，持續(xù)提高精度預(yù)估和分析的總體設(shè)計(jì)水平。

本文以車載兩軸式岸防導(dǎo)彈發(fā)射平臺(tái)（簡(jiǎn)稱發(fā)射平臺(tái)）為研究對(duì)象，通過(guò)剖析發(fā)射平臺(tái)總體精度架構(gòu)，確定了影響發(fā)射平臺(tái)指向精度的因素，對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)射架結(jié)構(gòu)以及載車動(dòng)平臺(tái)等各關(guān)鍵部分的軸系誤差耦合關(guān)系開(kāi)展研究，并引入了垂直度誤差和正交性誤差的概念，運(yùn)用基于均方根值（RMS）和最大值（Maximum）相結(jié)合的誤差分析理論對(duì)發(fā)射平臺(tái)的方位和俯仰誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算[2]，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)射平臺(tái)總體指向精度的預(yù)估和分析。

1 研究對(duì)象與誤差統(tǒng)計(jì)方法

1.1 研究對(duì)象

發(fā)射平臺(tái)總體布置如圖1所示。發(fā)射平臺(tái)主要由載車底盤、調(diào)平系統(tǒng)、發(fā)射裝置和箱彈等組成。其中，載車底盤采用10×10 系列全驅(qū)型式底盤，是調(diào)平系統(tǒng)和發(fā)射裝置等分系統(tǒng)的安裝平臺(tái)，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射平臺(tái)的機(jī)動(dòng)作業(yè)；調(diào)平系統(tǒng)位于載車底盤的前部和后部，用于發(fā)射平臺(tái)發(fā)射前的整體調(diào)平和保持；發(fā)射裝置由發(fā)射架和隨動(dòng)系統(tǒng)等組成，具備裝載箱彈、方位和俯仰瞄準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)等功能，用于導(dǎo)彈的傾斜隨動(dòng)發(fā)射[3]。其中方位運(yùn)動(dòng)采用“齒輪副+減速機(jī)+執(zhí)行電機(jī)+編碼器”的架構(gòu)，俯仰運(yùn)動(dòng)采用“電動(dòng)缸+減速機(jī)+執(zhí)行電機(jī)+編碼器”的架構(gòu)[4]。

圖1 發(fā)射平臺(tái)組成示意圖Fig.1 Composition diagram of launching platform

1.2 誤差統(tǒng)計(jì)方法

本文運(yùn)用一種均方根值和最大值相結(jié)合的統(tǒng)計(jì)方法?？紤]到同類誤差中相位角隨機(jī)變量的存在，在精度統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程中，尤其是對(duì)齒輪傳動(dòng)誤差和結(jié)構(gòu)誤差，按照嚙合等相位變化情況將誤差聯(lián)系起來(lái)，采用“同類方差+異類求和”的運(yùn)算原則[5]，通過(guò)精度鏈路分析對(duì)誤差進(jìn)行分類，然后，將同類誤差進(jìn)行方差運(yùn)算，得到各類指向誤差；最后，將處理后各類指向誤差進(jìn)行代數(shù)求和運(yùn)算，將所得結(jié)果近似認(rèn)為是發(fā)射平臺(tái)的指向精度。這種統(tǒng)計(jì)方法可以保證在具有合理的安全裕度的前提下，得到較為經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。

2 發(fā)射平臺(tái)指向精度鏈路分析

2.1 發(fā)射平臺(tái)總體精度架構(gòu)布局

如圖2所示，根據(jù)發(fā)射平臺(tái)的總體精度架構(gòu)布局，可分為發(fā)射裝置隨動(dòng)系統(tǒng)精度支路I、發(fā)射裝置機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)精度支路II、發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)精度支路III和載車平臺(tái)精度支路IV，共4個(gè)支路。下面對(duì)影響各支路精度的主要因素進(jìn)行分析。

圖2 發(fā)射平臺(tái)總體架構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of overall structure of launching platform

2.2 發(fā)射裝置隨動(dòng)系統(tǒng)精度支路I

如圖2 所示，發(fā)射裝置隨動(dòng)系統(tǒng)精度支路I（簡(jiǎn)稱支路I）所包括的路徑為：輸入瞄準(zhǔn)指令—控制裝置—方位/俯仰電機(jī)—編碼器[6]。

支路I 所產(chǎn)生的誤差是隨動(dòng)系統(tǒng)誤差，主要包括位置檢測(cè)分辨率誤差eθ、位置檢測(cè)重復(fù)誤差ec和計(jì)算機(jī)舍入誤差es等。

2.2.1位置檢測(cè)分辨率誤差

位置檢測(cè)分辨率誤差eθ主要考慮方位和俯仰運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)型式、編碼器單圈分辨率以及傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比。則分別折算到方位和俯仰負(fù)載端的位置檢測(cè)分辨率誤差為：

式（1）、（2）中：eθ方位和eθ俯仰分別為折算到方位和俯仰負(fù)載端的位置檢測(cè)分辨率誤差；k 為編碼器單圈分辨率；λ 為電動(dòng)缸絲桿導(dǎo)程；i方位為方位傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比；i俯仰為俯仰減速機(jī)傳動(dòng)比；L0為電動(dòng)缸上鉸支點(diǎn)距俯仰軸中心的距離。

2.2.2位置檢測(cè)重復(fù)誤差

位置檢測(cè)重復(fù)誤差ec主要考慮方位和俯仰運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)型式、編碼器重復(fù)精度以及傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比。則分別折算到方位和俯仰負(fù)載端的位置檢測(cè)重復(fù)誤差為：

式（3）、（4）中：ec方位和ec俯仰分別為折算到方位和俯仰負(fù)載端的位置檢測(cè)重復(fù)誤差；Δc為編碼器重復(fù)精度。

2.2.3計(jì)算機(jī)舍入誤差

計(jì)算機(jī)舍入誤差es主要考慮計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算位長(zhǎng)、CAN總線輸出轉(zhuǎn)換精度以及遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)送數(shù)據(jù)位長(zhǎng)等[7]。則計(jì)算機(jī)舍入誤差為：

式（5）中：es為計(jì)算機(jī)舍入誤差；x 為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算位長(zhǎng)；y 為CAN 總線輸出轉(zhuǎn)換精度；z 為遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)送數(shù)據(jù)位長(zhǎng)。

2.2.4隨動(dòng)系統(tǒng)誤差

按照本文采用的誤差分類方法和運(yùn)算原則可得，發(fā)射裝置方位和俯仰隨動(dòng)系統(tǒng)誤差為：

式（6）、（7）中，σ隨動(dòng)和τ隨動(dòng)分別為發(fā)射裝置方位和俯仰隨動(dòng)系統(tǒng)誤差。

2.3 發(fā)射裝置機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)精度支路II

發(fā)射裝置機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)精度支路II（簡(jiǎn)稱支路II）所包括的路徑為：①方位電機(jī)—方位減速機(jī)—方位齒輪副傳動(dòng)—方位軸；②俯仰電機(jī)—俯仰減速機(jī)—電動(dòng)缸—俯仰軸。

支路II 所產(chǎn)生的誤差是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)誤差。影響機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)誤差的因素較為復(fù)雜，主要考慮齒輪傳動(dòng)副嚙合設(shè)計(jì)、軸承的偏心和間隙、減速機(jī)的回差、跳動(dòng)誤差、撓曲和環(huán)境溫度變化、電動(dòng)缸直線定位精度等[8]。設(shè)計(jì)時(shí)，須要根據(jù)不同類型的傳動(dòng)型式開(kāi)展具體分析。

以本文的研究對(duì)象為例，按照方位和俯仰傳動(dòng)型式不同，影響方位指向精度的因素主要包括方位齒輪傳動(dòng)引起的回差[9]、方位減速機(jī)引起的回差[10]、電機(jī)軸孔單鍵連接引起的回差等；影響俯仰指向精度的因素主要為俯仰減速機(jī)引起的回差、電動(dòng)缸定位精度引起的誤差等。按照本文提出的誤差分類方法和運(yùn)算原則，可得折算到方位和俯仰負(fù)載端的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)誤差為：

式（8）、（9）中：μ齒輪為方位齒輪傳動(dòng)副的回差；μ方位減速機(jī)和μ俯仰減速機(jī)分別為方位和俯仰減速機(jī)的回差；μ方位單鍵和μ俯仰單鍵分別為方位和俯仰電機(jī)與減速機(jī)平鍵連接方式引起的回差；μt為方位末級(jí)齒輪副嚙合側(cè)隙引起的回差；μS為方位回轉(zhuǎn)支承徑向游隙引起的回差；jt為方位末級(jí)齒輪副嚙合側(cè)隙；jS為方位回轉(zhuǎn)支承徑向游隙；M 為方位回轉(zhuǎn)支承齒圈模數(shù)；Z 為方位回轉(zhuǎn)支承齒圈齒數(shù)；αn為法向壓力角；Δ方位減速機(jī)和Δ俯仰減速機(jī)為方位和俯仰減速機(jī)回差；i末級(jí)為方位末級(jí)齒輪副傳動(dòng)比；M方位和M俯仰分別為方位和俯仰瞄準(zhǔn)跟蹤工況下最大折算轉(zhuǎn)矩；B方位和B俯仰分別為方位和俯仰減速機(jī)扭轉(zhuǎn)剛度；j方位單鍵和j俯仰單鍵分別為方位和俯仰電機(jī)單鍵連接引起的側(cè)隙；t方位和t俯仰分別為方位和俯仰電機(jī)軸鍵槽底部與相應(yīng)電機(jī)軸底部距離；h方位和h俯仰分別為方位和俯仰電機(jī)單鍵高；d方位和d俯仰分別為方位和俯仰電機(jī)軸直徑；δ 為電動(dòng)缸直線定位精度。

2.4 發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)精度支路III

發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)精度支路III（簡(jiǎn)稱支路III）所包括的路徑為：俯仰（方位）軸—俯仰架—回轉(zhuǎn)架—方位回轉(zhuǎn)支承—安裝基座—發(fā)射架安裝基座平面。

支路III所產(chǎn)生的誤差是結(jié)構(gòu)誤差，主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差和結(jié)構(gòu)剛度誤差。影響結(jié)構(gòu)誤差的因素較多，主要考慮發(fā)射架結(jié)構(gòu)自身的機(jī)械加工誤差、各部件安裝誤差、配合間隙、結(jié)構(gòu)變形等因素的影響。

2.4.1機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差

發(fā)射架機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由安裝基座、方位回轉(zhuǎn)支承、回轉(zhuǎn)架、俯仰架等組成，如圖3所示，各部分的制造精度以及配合公差等因素都會(huì)對(duì)方位和俯仰誤差產(chǎn)生一定的影響。

圖3 發(fā)射架機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure schematic diagram of launcher

2.4.1.1安裝基座的影響

安裝基座上下安裝面分別連接方位回轉(zhuǎn)支承和載車底盤，用于固定承載發(fā)射架載荷。在裝配過(guò)程中，安裝基座上下安裝面平行度會(huì)引起發(fā)射架方位軸與發(fā)射架安裝基座平面的垂直度誤差。則：

式（10）中：γ1為由于安裝基座安裝面平行度產(chǎn)生的方位軸與發(fā)射架安裝基座平面垂直度誤差；δPX1為安裝基座上下安裝面之間的平行度誤差；D1為安裝基座與方位回轉(zhuǎn)支承連接面直徑。

2.4.1.2方位回轉(zhuǎn)支承的影響

方位回轉(zhuǎn)支承內(nèi)外圈分別連接回轉(zhuǎn)架和安裝基座，用于支承回轉(zhuǎn)架并使其相對(duì)于安裝基座沿方位軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在發(fā)射架運(yùn)行時(shí)，方位回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈的端面跳動(dòng)量會(huì)形成一種類似于方位回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈端面的等效水平度，對(duì)發(fā)射方位軸與發(fā)射架安裝基座平面的垂直度誤差產(chǎn)生影響。另外，文中方位回轉(zhuǎn)支承采用4 點(diǎn)圓弧接觸球軸承，水平安裝軸隙在回轉(zhuǎn)支承動(dòng)圈下部，定心效果好，方位回轉(zhuǎn)支承的徑向和軸向游隙已在內(nèi)圈端面跳動(dòng)指標(biāo)中等效反映。因此此類誤差不再重復(fù)計(jì)入。則：

式（11）中：γ2為由于方位回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈端面跳動(dòng)量產(chǎn)生的方位軸與發(fā)射架安裝基座平面垂直度誤差；δTD1為方位回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈端面跳動(dòng)量；D2為方位回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈直徑。

2.4.1.3回轉(zhuǎn)架的影響

回轉(zhuǎn)架是俯仰架的安裝平臺(tái)，為方位和俯仰機(jī)械傳動(dòng)鏈路等提供安裝接口。回轉(zhuǎn)架上俯仰耳軸孔中心線以及回轉(zhuǎn)架底面回轉(zhuǎn)中心線與理論中心的重合度，會(huì)對(duì)發(fā)射架方位和俯仰誤差以及兩轉(zhuǎn)軸中心線的正交性誤差產(chǎn)生一定的影響。

1）回轉(zhuǎn)架俯仰耳軸孔中心線的影響。在回轉(zhuǎn)架俯仰耳軸孔中心線加工過(guò)程中，不可避免地與回轉(zhuǎn)架底面（即方位回轉(zhuǎn)支承貼合面）以及回轉(zhuǎn)架中線面（即以回轉(zhuǎn)架首尾線所作的鉛垂面）之間存在一定的形位公差，進(jìn)而產(chǎn)生俯仰和方位兩轉(zhuǎn)軸中心線的正交性誤差。則：

式（12）、（13）中：φ1為由于回轉(zhuǎn)架俯仰耳軸孔中心線和回轉(zhuǎn)架底面平行度產(chǎn)生的俯仰與方位兩轉(zhuǎn)軸中心線正交性誤差；φ2為由于回轉(zhuǎn)架俯仰耳軸孔中心線與回轉(zhuǎn)架中線面垂直度產(chǎn)生的俯仰與方位兩轉(zhuǎn)軸中心線正交性誤差；δPX2為回轉(zhuǎn)架俯仰耳軸孔中心線和回轉(zhuǎn)架底面之間的平行度誤差；δCZ1為回轉(zhuǎn)架俯仰耳軸孔中心線與回轉(zhuǎn)架中線面之間的垂直度誤差；L1為回轉(zhuǎn)架兩側(cè)耳軸孔端面跨距。

2）回轉(zhuǎn)架底面回轉(zhuǎn)中心線的影響?；剞D(zhuǎn)架在加工過(guò)程中，回轉(zhuǎn)架底面作為加工基準(zhǔn)面，與其回轉(zhuǎn)中心線會(huì)存在一定的形位公差，影響方位軸與發(fā)射架安裝基座平面的垂直度誤差。則：

式（14）中：γ3為由于回轉(zhuǎn)架底面與其回轉(zhuǎn)中心線垂直度產(chǎn)生的方位軸與發(fā)射架安裝基座平面垂直度誤差；δCZ2為回轉(zhuǎn)架底面與其回轉(zhuǎn)中心線之間的垂直度誤差；D3為回轉(zhuǎn)架底面直徑。

2.4.1.4俯仰轉(zhuǎn)軸的影響

如圖3所示，俯仰架近似為懸臂結(jié)構(gòu)，電動(dòng)缸與俯仰架和回轉(zhuǎn)架之間采用鉸接方式，電動(dòng)缸活塞桿通過(guò)鉸支點(diǎn)A與俯仰架連接，電動(dòng)缸缸體通過(guò)鉸支點(diǎn)B與回轉(zhuǎn)架連接，工作時(shí)通過(guò)電動(dòng)缸活塞桿的伸縮運(yùn)動(dòng)，使俯仰架沿鉸支點(diǎn)C 相對(duì)于回轉(zhuǎn)架實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)。為準(zhǔn)確分析發(fā)射架各鉸支點(diǎn)的受力變化情況，運(yùn)用ADAMS 軟件，對(duì)發(fā)射架進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真[11]。經(jīng)分析可得發(fā)射架運(yùn)行過(guò)程以及鉸支點(diǎn)A、B、C 的垂向支反力變化情況如圖4所示。

圖4 ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果Fig.4 ADAMS dynamic simulation results

從圖4 所示的動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果可以看出，在發(fā)射架俯仰運(yùn)動(dòng)角度范圍內(nèi)，鉸支點(diǎn)A和B的垂向支反力變化情況是一致的，且支反力的方向未發(fā)生變化，始終承受向下的壓力；而俯仰轉(zhuǎn)軸處的鉸支點(diǎn)C在俯仰角約54°時(shí)，垂向支反力的方向發(fā)生了變化。另外，從圖4 中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間軸可以分析得出，俯仰運(yùn)動(dòng)的最大加速度和最大速度較小。因此，電動(dòng)缸兩側(cè)的鉸支點(diǎn)A 和B 的配合間隙不再計(jì)入，只考慮俯仰耳軸孔與俯仰轉(zhuǎn)軸配合精度的影響。

在選取俯仰耳軸孔與俯仰轉(zhuǎn)軸之間的配合方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮運(yùn)動(dòng)速度、工作場(chǎng)合、承載狀況等因素的影響。由此選取的孔軸配合間隙會(huì)形成俯仰轉(zhuǎn)軸處的徑向圓跳動(dòng)量，進(jìn)而產(chǎn)生俯仰和方位兩轉(zhuǎn)軸中心線的正交性誤差；另一方面，俯仰架近似為懸臂結(jié)構(gòu)，俯仰轉(zhuǎn)軸處的配合精度會(huì)直接對(duì)俯仰誤差產(chǎn)生影響。則：

式（15）、（16）中：φ3為由于俯仰轉(zhuǎn)軸處配合間隙產(chǎn)生的俯仰與方位兩轉(zhuǎn)軸中心線正交性誤差；β1為由于俯仰轉(zhuǎn)軸處配合間隙產(chǎn)生的俯仰誤差；δJX1為俯仰轉(zhuǎn)軸處孔軸之間形成的配合間隙；ES為俯仰耳軸孔的上偏差；ei為俯仰轉(zhuǎn)軸的下偏差；L2為俯仰架兩側(cè)俯仰耳軸端面跨距。

2.4.1.5俯仰架的影響

俯仰架是箱彈的安裝平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)架上箱彈的俯仰瞄準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)。俯仰架上的俯仰耳軸中心線、導(dǎo)向槽加工誤差以及箱彈的安裝誤差，都會(huì)對(duì)發(fā)射架方位和俯仰誤差以及正交性誤差產(chǎn)生一定的影響。

1）俯仰架俯仰耳軸孔中心線的影響。在俯仰架俯仰耳軸孔中心線加工過(guò)程中，不可避免地與俯仰架中線面（即以俯仰架首尾線所作的鉛垂面）之間存在一定的形位公差，進(jìn)而產(chǎn)生俯仰軸和俯仰架中心線的正交性誤差。則：

式（17）中：φ4為由于俯仰架俯仰耳軸孔中心線和俯仰架中線面垂直度產(chǎn)生的俯仰軸與俯仰架中心線正交性誤差；δCZ3為俯仰架俯仰耳軸孔中心線和俯仰架中線面之間的垂直度誤差。

2）箱彈導(dǎo)向槽加工和安裝誤差的影響。作為箱彈的安裝載體，箱彈與俯仰架的安裝定位采用導(dǎo)向槽的配合方式。因此，導(dǎo)向槽的加工誤差以及箱彈與導(dǎo)向槽的配合間隙等因素，會(huì)直接對(duì)發(fā)射架的方位和俯仰誤差產(chǎn)生一定的影響。另外，鑒于俯仰加速度和俯仰速度較小，綜合考慮發(fā)射架俯仰運(yùn)行范圍，箱彈與導(dǎo)向槽之間的垂向配合間隙引起的俯仰誤差不再計(jì)入。則：

式（18）～（20）中：α1為由于導(dǎo)向槽中心線與俯仰架中線面平行度產(chǎn)生的方位誤差；α2為由于箱彈與導(dǎo)向槽側(cè)向配合間隙產(chǎn)生的方位誤差；β2為由于導(dǎo)向槽底面直線度產(chǎn)生的俯仰誤差；δPX3為導(dǎo)向槽中心線與俯仰架中線面之間的平行度誤差；δJX2為箱彈安裝支腳與導(dǎo)向槽側(cè)向的配合間隙；δZX1為導(dǎo)向槽底面軸向直線度誤差；L4為箱彈前后安裝支腳距離。

2.4.2結(jié)構(gòu)剛度誤差

發(fā)射架在隨動(dòng)瞄準(zhǔn)工況下，應(yīng)能夠承受箱彈的滿載重量、瞄準(zhǔn)慣性力矩、風(fēng)載力矩和摩擦阻力矩等外載荷，這些作用與發(fā)射架上的不平衡載荷會(huì)造成發(fā)射架結(jié)構(gòu)變形[12]，引起箱彈安裝后的實(shí)際瞄準(zhǔn)線發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)發(fā)射架的方位和俯仰誤差產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的影響。這就要求發(fā)射架需要具備足夠的剛強(qiáng)度，在滿足承載要求的同時(shí)，對(duì)發(fā)射架，尤其是俯仰架的結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行控制[13]。

運(yùn)用ANSYS Workbench 有限元分析軟件對(duì)發(fā)射架進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)計(jì)算，提取俯仰架合成位移云圖仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 俯仰架合成位移云圖Fig.5 Resultant displacement nephogram of pitching frame

從圖5 仿真結(jié)果中可以得出，俯仰架上箱彈前后安裝支腳位置處的最大橫向變形量和最大垂向變形量，進(jìn)而評(píng)估發(fā)射架結(jié)構(gòu)剛度對(duì)方位誤差和俯仰誤差的影響[14]。則：

式（21）、（22）中：αJGGD為由于發(fā)射架結(jié)構(gòu)剛度產(chǎn)生的方位誤差；βJGGD為由于發(fā)射架結(jié)構(gòu)剛度產(chǎn)生的俯仰誤差；δBX1為俯仰架上箱彈前后安裝支腳處的最大橫向變形量；δBX2為俯仰架上箱彈前后安裝支腳處的最大垂向變形量。

2.4.3發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)誤差

通過(guò)對(duì)發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)誤差進(jìn)行分析和匯總可知，各影響因素種類和數(shù)量較多，如表1所示。因此，在誤差統(tǒng)計(jì)計(jì)算之前，須要對(duì)發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)誤差各影響因素按照屬性進(jìn)行系統(tǒng)分類，分類結(jié)果如表2所示。

表1 發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)誤差匯總Tab.1 Summary of launcher structural errors

表2 發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)誤差分類Tab.2 Classification of launcher structural errors

從表2 的分類結(jié)果可知，方位機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差中的方位誤差和正交性誤差，以及俯仰機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差中的俯仰誤差和垂直度誤差，分屬同類誤差，各自存在一定的相位角變化關(guān)系。按照“同類方差”的運(yùn)算原則，可得機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差為：

式（23）、（24）中：αJXJG為方位機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差；βJXJG為俯仰機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差。

從表2 的分類結(jié)果可知，機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差主要由零部件的加工和裝配精度引起，屬于靜態(tài)誤差，結(jié)構(gòu)剛度誤差主要由瞄準(zhǔn)慣性力矩、風(fēng)載力矩以及摩擦阻力矩等外部不平衡力矩引起，屬于動(dòng)態(tài)誤差。按照“異類求和”的運(yùn)算原則，可得發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)誤差為：

式（25）、（26）中，σ結(jié)構(gòu)和τ結(jié)構(gòu)分別為發(fā)射裝置方位和俯仰結(jié)構(gòu)誤差。

2.5 載車平臺(tái)精度支路IV

載車平臺(tái)精度支路IV（簡(jiǎn)稱支路IV）所包括的路徑為：載車平臺(tái)發(fā)射架安裝平面—調(diào)平系統(tǒng)—地面。支路IV所產(chǎn)生的誤差為載車平臺(tái)誤差，主要包括載車平臺(tái)發(fā)射架安裝面的加工和安裝誤差以及載車平臺(tái)所屬的調(diào)平系統(tǒng)誤差等因素的影響。

2.5.1發(fā)射架安裝面首尾線加工精度影響

在載車平臺(tái)上發(fā)射架安裝面與載車底盤可靠連接后，須在安裝面上加工首尾線，作為發(fā)射架的安裝基準(zhǔn)。因此，首尾線的加工精度會(huì)直接影響發(fā)射平臺(tái)的方位誤差。該項(xiàng)誤差可通過(guò)系統(tǒng)標(biāo)校等方法進(jìn)行修正。則：

式（27）、（28）中：αPT1為由于載車平臺(tái)上發(fā)射架安裝面首尾線線寬產(chǎn)生的方位誤差；αPT2為由于載車平臺(tái)上發(fā)射架安裝面首尾線相對(duì)于載車平臺(tái)基準(zhǔn)中心線平行度產(chǎn)生的方位誤差；δXK為載車平臺(tái)上發(fā)射架安裝面首尾線線寬；δPX4為載車平臺(tái)上發(fā)射架安裝面首尾線與載車平臺(tái)基準(zhǔn)中心線之間的平行度誤差；D4為發(fā)射架安裝基座底面直徑。

2.5.2調(diào)平系統(tǒng)調(diào)平能力的影響

為保證車載發(fā)射裝置瞄準(zhǔn)發(fā)射時(shí)具有較好的指向精度，載車平臺(tái)采用加裝自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的方法[15]，為載車平臺(tái)提供穩(wěn)定的支撐和基準(zhǔn)。根據(jù)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)實(shí)際可達(dá)到的調(diào)平能力，會(huì)對(duì)載車平臺(tái)俯仰誤差產(chǎn)生影響。則：

式（29）中：βPT為由于載車平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng)調(diào)平能力產(chǎn)生的俯仰誤差；ΔTP為調(diào)平系統(tǒng)的最大調(diào)平誤差。

2.5.3載車平臺(tái)誤差

按照本文提出的誤差分類和運(yùn)算原則可知，載車平臺(tái)誤差為：

式（30）、（31）中，σ載車和τ載車分別為載車平臺(tái)的方位和俯仰誤差。

2.6 發(fā)射平臺(tái)總體指向精度分析

發(fā)射平臺(tái)總體指向精度應(yīng)為支路I～支路IV 產(chǎn)生誤差的總和。由于支路I～支路IV 誤差形成機(jī)理相對(duì)獨(dú)立，屬于異類誤差范疇。因此，發(fā)射平臺(tái)總體指向精度為：

式（32）、（33）中，σ發(fā)射平臺(tái)和τ發(fā)射平臺(tái)分別為發(fā)射平臺(tái)的方位和俯仰誤差。

3 數(shù)據(jù)分析

為驗(yàn)證本文提出的發(fā)射平臺(tái)總體指向精度預(yù)估方法的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，采用“陀螺尋北儀[16]+校靶鏡+激光垂準(zhǔn)儀+標(biāo)準(zhǔn)靶標(biāo)”的綜合測(cè)量方法，對(duì)發(fā)射平臺(tái)的總體指向精度進(jìn)行測(cè)量[17]。其中，發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)剛度誤差參考有限元仿真結(jié)果。發(fā)射平臺(tái)總體指向精度數(shù)據(jù)對(duì)比情況如表3所示。

表3 總體指向精度數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.3 Comparison of overall pointing accuracy data

由表3 數(shù)據(jù)對(duì)比可知，按照本文所提出的分類方法和運(yùn)算原則得出的預(yù)估值與實(shí)際測(cè)量值符合度較高，且具有合理的安全系數(shù)，在一定程度上消除了同類各項(xiàng)誤差之間的相位角變化問(wèn)題。因此，依據(jù)本文提出的誤差分析方法，得到的發(fā)射平臺(tái)總體指向精度預(yù)估結(jié)果可靠性和經(jīng)濟(jì)性較好，可用于指導(dǎo)發(fā)射平臺(tái)各部分精度分配以及關(guān)鍵零部件制造公差的確定[18]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以車載兩軸式岸防導(dǎo)彈發(fā)射平臺(tái)為研究對(duì)象，確定了發(fā)射平臺(tái)的總體精度架構(gòu)，針對(duì)發(fā)射裝置隨動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)、載車平臺(tái)等精度支路，對(duì)總體指向精度的影響進(jìn)行深度剖析，提出了“同類方差+異類求和”的誤差分類方法和統(tǒng)計(jì)運(yùn)算原則，對(duì)發(fā)射平臺(tái)的總體指向精度預(yù)估理論開(kāi)展了系統(tǒng)地研究[19]，較客觀地反映了發(fā)射平臺(tái)總體指向精度的真實(shí)情況，對(duì)持續(xù)提高總體指向精度的措施研究具有一定的借鑒意義。