某車載導彈發(fā)射筒動力學仿真研究*

李 敏,王學智,李 超

(空軍工程大學防空反導學院,西安 710051)

0 引言

導彈初始偏差過大使導彈瞬態(tài)變化大,要經(jīng)過較長時間才能減少,這直接影響了導彈進入引導段的過渡。導彈的振動會影響測角儀基準的穩(wěn)定性,使輸出的控制信號不穩(wěn)定,這也會對導彈的發(fā)射精度造成影響。發(fā)射筒的振動過程對導彈發(fā)射的初始偏差和擾動情況產(chǎn)生有重要影響[1]。

第一，實施。在實施前可以對建筑項目深入了解，利用數(shù)據(jù)保障設計的科學性與合理性。第二，溝通。利用計算機制定3D模型，促使每一個環(huán)節(jié)均得以觀察與理解，保證分包商之間相互溝通。第三，檢查。利用BIM技術可以及時發(fā)現(xiàn)其中存在的不合理預算投入，并及時解決。第四，模擬。在建造前要模擬施工，保證施工在計劃中。

文中以某車載傾斜發(fā)射導彈為研究對象,考慮發(fā)射架,轉臺及車架的柔性變型,采用有限元離散方法進行柔性化處理,并將處理后的柔性體模型導入ADAMS中,與發(fā)射裝置的多剛體動力學模型相結合,得到剛柔耦合模型,并對發(fā)射筒的發(fā)射過程進行了動力學仿真分析,計算了不同下沉量因素對發(fā)射筒筒口下沉量的影響結果。

1 傾斜發(fā)射裝置拓撲結構分析

發(fā)射裝置是機、電、液一體的復雜系統(tǒng),根據(jù)其實際結構和振動情況將其簡化為一個多體系統(tǒng),并確定其拓撲結構。經(jīng)過對發(fā)射裝置結構和振動的分析,將其劃分為地面、支腿、車架、底盤、轉臺、起豎油缸、起落架、發(fā)射筒、導彈與適配器模塊等構件,其拓撲結構如圖1所示。

各部分約束方式如下:

對于導彈發(fā)射過程中發(fā)射筒的振動響應分析分兩部分進行,一是通過采用在發(fā)射筒出口平面的幾何中心設置測點的方式,根據(jù)發(fā)射過程中測點位置的變化情況反映發(fā)射筒的振動響應;二是通過仿真計算發(fā)射過程中發(fā)射筒的角位移變化來反應發(fā)射筒的振動情況。仿真結果分別如圖3、圖4所示。

單點力Fp=[fx,fy,fz]T,單點力矩Tp=[tx,ty,tz]T

呂溫因沒有保護好村民而悲痛萬分，痛責自己：“州令未明，津渡不謹，致此淪逝。咎由使君，興言流涕，痛念何及。”衡州五位百姓死后，呂溫拿出自己的俸錢來替死者納稅：“聊申薄酚，兼致微贈，代納殘稅，皆余體錢。魂而有知，諒此深意?！边@一祭文，體現(xiàn)了他愛民的品質。呂溫任道、衡二州刺史期間，做了為百姓均平賦稅、壓抑豪強、帶領百姓發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等有益百姓的事情。《黃龍負舟賦》一文，呂溫通過神話題材，以夏禹、漢武帝、秦始皇做比較，批判“生人之盡瘁靡念，方士之空言是聽”的統(tǒng)治階層。[6]6307

3)起落架與轉臺之間采用轉動副模擬發(fā)射裝置方位角的改變,二者通過起豎油缸相連接。

4)發(fā)射筒1、2安裝在起落架上,二者之間通過接觸碰撞相連接;發(fā)射筒3、4分別與發(fā)射筒1、2組成兩個發(fā)射模塊,同一模塊中兩個發(fā)射筒之間為剛性連接,用固定副約束。

5)導彈在發(fā)射筒內(nèi)通過適配器模塊與發(fā)射筒導軌相連,其連接方式為接觸碰撞連接。

2 剛柔耦合動力學方程的建立

柔性體能量表達式為:

(1)

式中:Wg(ξ)表示柔性體的重力勢能,K柔性體的廣義剛度,ξ為廣義座標。

上司的小老婆也陰陽怪氣，把李公甫諷刺為監(jiān)守自盜。但他只能點頭哈腰，陪笑臉說好話打包票，保證自己粉身碎骨也要把盜賊緝拿歸案。

柔性體上的節(jié)點P所受單點力和單點力矩在局部坐標系下記為:

2)轉臺與車架之間通過底盤相連接,二者之間為剛性連接,用固定副約束。另一方面底盤與車架固接。

將上述單點力和單點力矩投影到廣義坐標上可得廣義力Q=[QT,QR,QM]T。

發(fā)射筒在發(fā)射過程下沉量是彈架系統(tǒng)設計中一項關鍵內(nèi)容?？刂葡鲁亮坑欣诟脺p小彈架系統(tǒng)振動響應對導彈發(fā)射的初始擾動。本節(jié)在剛柔耦合模型的基礎上,分析傾斜發(fā)射裝置各個柔性體部件的變形以及燃氣流作用對于發(fā)射筒動態(tài)響應的不同影響。其中主要考慮了車架變形、底盤變形、起落架變形、燃氣流作用等因素,并通過控制變量法比對了各個因素對發(fā)射筒下沉量的影響性大小。

將根據(jù)柔性體能量和廣義力方程,結合多剛體系統(tǒng)動力學方程[2],設ξ是(6+k)維廣義坐標,由拉格朗日方程[6]可導出剛柔耦合系統(tǒng)動力學方程:

(2)

當風速較小時,風載荷對發(fā)射過程影響較小,載荷施加中不允考慮[5]。

3 模型的構建

3.1 發(fā)射裝置實體模型的簡化

傾斜發(fā)射裝置屬于復雜的機械系統(tǒng),根據(jù)發(fā)射裝置拓樸結構和研究需要,對發(fā)射裝置進行分析簡化:

1)載車主要由車架、懸掛系統(tǒng)、車輪、軸承等部分構成,由于車架跨度較大,將其設置為柔性體;在實體模型中采用線性的彈簧阻尼器來模擬液壓力,并將桿設為剛體。

2)底盤是連接車架與回轉發(fā)射部分(主要包括轉臺、起落架、發(fā)射筒等等)的關鍵部件,因此將其作為柔性體處理;起落架通過起豎油缸和耳軸與轉臺相連,將其作為柔性體處理。

3)發(fā)射筒固定在起落架的支架上,箱中的導彈與導軌間隙配合,通過閉鎖器固定;導彈采用的是傾斜熱發(fā)射方式,在發(fā)射過程中不考慮導彈的變質量特性。

3.2 剛柔耦合模型的建立

在SOLIDWORKS中建立簡化的發(fā)射裝置模型,保存為parasolid格式并導入ADAMS中。將車架、轉臺、發(fā)射架進行材料定義、劃分網(wǎng)格、建立主節(jié)點和剛性區(qū)域,定義邊界條件和模態(tài)求解后輸出MNF文件[3]。在ADAMS中對剛體進行柔性替換和載荷的施加從而生成如圖2所示的發(fā)射裝置剛柔耦合模型。調(diào)平油缸的壓縮剛度為2.862×104N/mm,阻尼系數(shù)為10 N·mm/s;起豎油缸的壓縮剛度為9.8×104N/mm;阻尼為8 N·mm/s。導彈與發(fā)射筒的碰撞約束中,剛性系數(shù)為3.5×105N/mm,阻尼系數(shù)為28 N·s/mm,靜摩擦力因數(shù)μ1=0.15,動摩擦力因數(shù)μ2=0.05。

3.3 導彈及發(fā)射筒載荷

1)導彈推力

導彈在發(fā)射時受到作用于其尾部的固液沖壓發(fā)動機的推力作用,推力大小通過試驗測得。在ADAMS中運用AKISPL函數(shù)對發(fā)動機點火實驗數(shù)據(jù)進行擬合,得到發(fā)動機推力曲線。

2)燃氣流作用力

2.2 兩組治療前后尿失禁患者比例以及尿失禁患者24 h平均尿失禁次數(shù)的對比 兩組治療前尿失禁患者比例以及尿失禁患者24 h平均尿失禁次數(shù)均無差異(P>0.05)，治療后研究組尿失禁患者比例下降了55.81%，差值顯著高于對照組，尿失禁患者比例明顯低于對照組。研究組治療后尿失禁患者24 h平均尿失禁次數(shù)明顯下降(t=5.235,P<0.05)，對照組治療后尿失禁患者24 h平均尿失禁次數(shù)無統(tǒng)計學差異(t=0.947,P>0.05),研究組尿失禁患者治療后24 h平均尿失禁次數(shù)低于對照組(t=6.927,P<0.05)。見表3。

通過離散采樣獲取不同時刻導彈的位置信息,其次運用計算流體動力學軟件(CFD)計算燃氣流場,從而得到燃氣流沖擊載荷,而作用在發(fā)射筒上的燃氣流沖擊載荷可等效為沿發(fā)射筒軸向的燃氣流沖擊力與作用在發(fā)射筒質心位置的俯仰、偏航力矩。將離散數(shù)據(jù)用Akima方法擬合后可得到燃氣流作用力曲線。

3)風載荷

式中：L=T-W為拉格朗日函數(shù);Ψ(q,t)=0為系統(tǒng)的約束方程,λ為拉格朗日乘子;Q為系統(tǒng)的廣義力。

4)閉鎖力

2.1.2 ER-β基因Alu I酶切 使用Alu I酶進行酶切可以區(qū)分出3種基因型：aa型(380 bp大小的1條帶)，Aa 型(380 bp、236 bp大小的2條帶)，AA 型(236 bp、150 bp、65 bp大小的 3條帶)，見圖2。

圖4為發(fā)射筒角位移變化曲線。由圖3可知,在發(fā)射過程中,發(fā)射筒俯仰角在4 s之內(nèi)變化較大,而側偏角則相對變化較弱,且后兩者的穩(wěn)定時間較短,兩者基本在2.5 s后即趨于穩(wěn)定。結合剛柔耦合模型及柔性體的位置進行分析不難發(fā)現(xiàn),這是由于俯仰角的變化受到起豎油缸和起落架的共同影響,而側偏角則主要受到柔性體構件的影響。從仿真結果可以看出,柔性體在導彈發(fā)射過程中雖然會產(chǎn)生變形,但能夠較快恢復,因此發(fā)射筒側偏角能夠較快趨于穩(wěn)定;而由于起豎油缸的阻尼系數(shù)較小,故俯仰角需較長時間達到穩(wěn)定值,這就表明在設計過程中應增大起豎油缸阻尼系數(shù),從而使導彈發(fā)射后發(fā)射筒能夠較快恢復平穩(wěn)狀態(tài)。

4 發(fā)射筒的振動響應分析

1)車架與地面之間通過四個液壓千斤頂?shù)闹认嘟佑|,千斤頂固連于車架上,另一端與地面采用ADAMS中的接觸碰撞模型相連接。

圖3為發(fā)射筒出口位置變化情況,圖中X、Y、Z軸均為全局坐標系下的坐標軸。由圖3可知,導彈在發(fā)射筒內(nèi)運動過程中,發(fā)射筒出現(xiàn)下沉,體現(xiàn)在圖4中即發(fā)射筒沿Y軸方向運動,之后由于適配器對導軌的作用力其又出現(xiàn)回彈。同理發(fā)射筒出口在Z軸上的位置變化也是如此,而由于發(fā)射筒與X軸垂直,故其在X軸方向上的位移較小。

在導彈尾部建立與發(fā)射筒的固定副和傳感器,當檢測導彈發(fā)動機推力達到預定值時使固定副失效,從而導彈能夠正常發(fā)射。

5 發(fā)射筒下沉量分析

建設綜合立體交通走廊，把云南建成長江上游地區(qū)重要的交通樞紐。習近平總書記視察云南時明確要求，云南要加快建成面向南亞東南亞的輻射中心。緊扣這一目標要求，云南要著力推進長江上游干線和骨架支流航道治理，加快長江上游航運中心建設步伐。統(tǒng)籌推進鐵路、公路、航空交通運輸發(fā)展，大力發(fā)展鐵水聯(lián)運、江海聯(lián)運、鐵空聯(lián)運等多式聯(lián)運，構建起多種運輸方式優(yōu)化布局、相互銜接的交通網(wǎng)絡體系。

5.1 下沉量分析及評估方法

根據(jù)傾斜發(fā)射裝置的結構特點及實際發(fā)射情形,導彈在點火之后的飛行可分為兩個階段,即沿軌飛行階段和離軌后自由飛行階段。沿軌飛行階段中,與導彈相連接的適配器沿導軌滑行,導彈不與發(fā)射筒接觸,二者之間只有軸向相對運動;隨著導彈逐漸出箱,適配器逐個脫落,導彈與發(fā)射筒之間的約束逐漸減少,直至導彈完全離軌,進入離軌后自由飛行階段,當導彈離軌時,由于其在瞬間失去了導軌的支撐,在導彈自身重力和其他外力的作用下,導彈會產(chǎn)生整體下沉。發(fā)射筒固定在發(fā)射架上,發(fā)射架通過起豎油缸支撐,位置受到約束,因此,當發(fā)射筒由于失去了導彈向下的作用力,會產(chǎn)生回彈,使導彈與發(fā)射筒相互靠近,從而存在彈體與發(fā)射筒發(fā)生碰撞。

采用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件(美國IBM公司)進行分析，計量資料采用均數(shù)±標準差(±s)表示，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t檢驗，計數(shù)資料采用百分率(%)表示，多組間比較采用χ2分析，P＜0.05代表差異有統(tǒng)計學意義。

首先選取發(fā)射筒出口平面的幾何中心作為測點,之所以選取該點作為測點,是由于該點能夠較好的反映出不同因素對發(fā)射筒下沉量的影響效應,便于分析各個因素的影響性大小。綜合考慮車架變形、底盤變形、起落架變形、燃氣流等影響因素,得到發(fā)射過程中發(fā)射筒測點沿鉛垂方向上的位置化曲線如圖5所示。

一是形成了西充“有機充國香桃”、儀隴“五媚糧”等一批具有市場影響力的農(nóng)產(chǎn)品品牌，其中，西充產(chǎn)的香桃通過電商網(wǎng)賣到北上廣等一線城市，售價從原來的6元/kg賣到16元/kg；張飛牛肉、保寧醋、保寧蒸饃、川北涼粉、方果掛面等部分農(nóng)特產(chǎn)品遠銷海外。二是南充市良好的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展環(huán)境可以更好地發(fā)展新產(chǎn)業(yè)。近年來，根據(jù)各縣獨特的自然地理條件，南充市逐步引入新農(nóng)村工業(yè)項目，人無我有、人有我優(yōu)、人優(yōu)我特，避免同質化競爭，努力形成產(chǎn)業(yè)集群的優(yōu)勢和帶動作用。

轉錄組數(shù)可以進行蛋白質功能注釋，SWISSPROT注釋，KOG功能注釋，GO分類，KEGG代謝通路分析.unigenes序列采用blastx方法與NR、SWISSPROT、KOG庫進行比對，得到與給定的unigenes序列相似性最高的蛋白(域值E<1e-5).unigenes的KEGG標注信息是使用KAAS (http://www.genome.jp/kaas-bin/kaas_main)獲取的，基于SWISSPROT標注結果與GO 信息，最終得到蛋白功能標注信息.

5.2 對比結果及分析

影響發(fā)射筒下沉量的因素有很多種,而發(fā)射裝置的柔性變型影響最大,文中考慮了車架、底盤、起落架的柔性變型及燃氣流激勵。在傾斜發(fā)射裝置動力學仿真模型的基礎上,分別將相關柔性體部件與各自相應的剛體模型進行替換,將燃氣流激勵進行添加、去除,計算各個影響因素作用下發(fā)射筒下沉量及下沉量影響因子,得到不同仿真條件下的計算結果,如表1所示。表中“柔”表示將該部件作為柔性體,“剛”表示用相應的剛體模型替換,所有仿真均在方位角0°,高低角36°的工況下進行。

從表1可以看出,在仿真過程中所考慮的車架變形、底盤變形、起落架變形與燃氣流作用均對發(fā)射筒下沉量產(chǎn)生了不同程度的影響,其中車架的彈性變形對發(fā)射筒下沉量的影響性最強,之后依次是底盤變形、燃氣流作用和起落架變形,因此在對傾斜發(fā)射裝置進行設計制造時,應盡量增大發(fā)射車車架的剛度,底盤亦是如此;另一方面,導彈發(fā)射時產(chǎn)生的燃氣流對發(fā)射裝置動態(tài)響應也會產(chǎn)生一定影響;與之形成對比的是,起落架的彈性變形對發(fā)射筒下沉量的影響較弱,因此在設計過程中提高其剛度對發(fā)射裝置動態(tài)響應影響不大。

表2示，2014年黑龍江省腫瘤登記地區(qū)合計發(fā)病率最高的惡性腫瘤是肺癌，粗發(fā)病率為65.58/10萬，占全部新發(fā)惡性腫瘤病例的24.88%。其次為乳腺癌、肝癌、結直腸癌、甲狀腺癌、胃癌、宮頸癌、子宮體癌、卵巢癌和胰腺癌。城市地區(qū)發(fā)病率最高的惡性腫瘤是肺癌，粗發(fā)病率為66.87/10萬，占全部新發(fā)惡性腫瘤病例的23.82%。其次為乳腺癌、結直腸癌、肝癌、甲狀腺癌、胃癌、宮頸癌、子宮體癌、卵巢癌和胰腺癌。農(nóng)村地區(qū)發(fā)病率最高的惡性腫瘤是肺癌，粗發(fā)病率為62.15/10萬，占全部新發(fā)惡性腫瘤病例的28.51%。其次為肝癌、乳腺癌、胃癌、結直腸癌、宮頸癌、胰腺癌、食管癌、甲狀腺癌和卵巢癌。

表1 仿真計算結果

6 結論

相較柔性體而言,起豎油缸等柔性連接在產(chǎn)生變形之后恢復較為緩慢,因此可以通過適當增加起豎油缸等連結構件的剛度和阻尼,并進一步考慮剛度阻尼與結構質量的相容性來減小初始擾動。通過對下沉量影響因素評估,得出了車架、燃氣流、底盤和起落架對下沉量影響因子。研究結果表明,在滿足設計條件基礎上,應盡量增加車架及底盤剛度來減小發(fā)射過程對下沉量的影響。