某翼尖發(fā)射裝置懸掛精度分析

宋 斌

(中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009)

0 引言

對于復(fù)合制導(dǎo)的空空導(dǎo)彈，由于在導(dǎo)引頭開機(jī)截獲目標(biāo)前存中制導(dǎo)段，使導(dǎo)引頭對目標(biāo)的截獲引入了中制導(dǎo)階段的誤差。為了提高截獲概率，要求在導(dǎo)彈發(fā)射前彈上慣導(dǎo)與機(jī)載慣導(dǎo)進(jìn)行動基座對準(zhǔn)，在空空導(dǎo)彈和機(jī)載火控系統(tǒng)之間建立一個統(tǒng)一的慣性坐標(biāo)系，使機(jī)載火控系統(tǒng)向?qū)梻鬏數(shù)目偩€數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)鏈信息都統(tǒng)一在一個坐標(biāo)系內(nèi)。為了提高機(jī)載火控系統(tǒng)與導(dǎo)彈內(nèi)建立的慣性坐標(biāo)系之間的對準(zhǔn)精度，降低導(dǎo)航誤差，對導(dǎo)彈系統(tǒng)的掛裝要提出懸掛姿態(tài)精度和位置精度等方面的要求。

為了滿足空空導(dǎo)彈懸掛精度的要求，通常采用的方法是經(jīng)過仔細(xì)論證和計(jì)算將懸掛精度分配給飛機(jī)、空空導(dǎo)彈和發(fā)射裝置，各個部分按照要求確保實(shí)現(xiàn)各自的要求指標(biāo)，從而確保導(dǎo)彈懸掛后整個系統(tǒng)的懸掛精度。具體到發(fā)射裝置來說，就是要對發(fā)射裝置自身結(jié)構(gòu)及裝配精度進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)來滿足導(dǎo)彈分配給發(fā)射裝置的懸掛精度要求。翼尖發(fā)射裝置由于自身結(jié)構(gòu)和掛裝特點(diǎn)的特殊性，需要對其懸掛精度進(jìn)行分析。

1 某翼尖發(fā)射裝置的特點(diǎn)

1.1 懸掛精度的定義

翼尖發(fā)射裝置固定安裝在飛機(jī)的翼尖掛點(diǎn)，用于懸掛和發(fā)射空空導(dǎo)彈。發(fā)射裝置與載機(jī)的機(jī)械接口位于發(fā)射裝置側(cè)面，有20個M8螺栓，30個M6螺栓，2個Φ12定位銷釘和1個Φ8定位銷釘，貼合面為上下兩凸臺面，如圖 1所示。

圖1 翼尖發(fā)射裝置示意圖

對發(fā)射裝置懸掛精度的要求具體可劃分為三部分：俯仰角、偏航角和滾轉(zhuǎn)角的角度誤差。如圖1中的坐標(biāo)系，俯仰角為X向軸線在X、Y平面內(nèi)繞原點(diǎn)轉(zhuǎn)動的角度，用符號θ表示；偏航角為X向軸線在X、Z平面內(nèi)繞原點(diǎn)轉(zhuǎn)動的角度，用符號β表示；滾轉(zhuǎn)角為Z、Y平面繞X向軸線轉(zhuǎn)動的角度，用符號γ表示。

空空導(dǎo)彈對翼尖發(fā)射裝置提出的懸掛要求為俯仰角、偏航角誤差不超過±5′，橫滾角誤差不超過±10′。

1.2 翼尖發(fā)射裝置掛裝特點(diǎn)分析

目前發(fā)射裝置與飛機(jī)掛架之間較為常用的連接方式為“762 mm螺栓+止動平面”的形式[1]。這種連接形式主要由螺栓、螺栓根部的定位軸和止動平面組成，安裝發(fā)射裝置時，發(fā)射裝置上的止動平面與飛機(jī)掛架上的止動平面貼平，螺栓根部的定位軸與飛機(jī)掛架上的定位孔相配合。為滿足懸掛精度的具體要求，這種連接形式只需要對發(fā)射裝置上的兩個止動平面和飛機(jī)掛架上的兩個止動平面提出具體的平面度要求，為螺栓根部的定位軸與飛機(jī)掛架上的定位孔選擇合適的配合關(guān)系。而翼尖發(fā)射裝置固定安裝于飛機(jī)翼尖，貼合面即圖2中所示的凸臺面，位于發(fā)射裝置的側(cè)面。

圖2 發(fā)射裝置掛裝示意圖

通過兩種連接方式的比較，可以發(fā)現(xiàn)采用“螺栓+止動平面”的形式除了通過靠設(shè)計(jì)、零件加工和裝配調(diào)整來保證懸掛精度，還可以在螺栓蓋板和發(fā)射裝置殼體之間加入精度調(diào)節(jié)墊片調(diào)整懸掛精度，而翼尖發(fā)射裝置的凸臺面與殼體一體加工，屬于殼體零件的一部分，因此只能以機(jī)械加工來保證其懸掛精度。

結(jié)合翼尖發(fā)射裝置的掛裝與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和懸掛精度的定義可以得出該發(fā)射裝置懸掛精度的最終表現(xiàn)形式：以前、后銷釘孔中心軸線所在平面為水平基準(zhǔn)平面，以凸臺平面所在平面為豎直基準(zhǔn)面，從發(fā)射裝置在導(dǎo)彈前、后吊掛處的導(dǎo)軌面所在的平面及導(dǎo)彈前、后吊掛處的導(dǎo)軌中心平面組成的坐標(biāo)面到基準(zhǔn)面所產(chǎn)生的俯仰角、偏航角誤差不超過±5′，橫滾角誤差不超過±10′，分別用θ、β、γ表示。

1.3 影響懸掛精度的因素

發(fā)射裝置自身結(jié)構(gòu)及裝配精度影響著發(fā)射裝置的懸掛精度。根據(jù)懸掛精度的定義[2]和要求，為了控制懸掛精度，最終應(yīng)落實(shí)在保證以下形位公差的要求：1)導(dǎo)彈前、后吊掛處的導(dǎo)軌面對前、后銷釘孔中心軸線所在平面有足夠的平行度；2)導(dǎo)彈前、后吊掛處的導(dǎo)軌中心平面對凸臺平面有足夠的平行度；3)導(dǎo)彈前、后吊掛處的導(dǎo)軌面對凸臺平面有足夠的垂直度。也就是說懸掛精度最終取決于凸臺面前、后銷釘孔中心軸線所在平面與導(dǎo)彈前、后吊掛處的導(dǎo)軌面，導(dǎo)彈前、后吊掛處的導(dǎo)軌中心平面的相對位置公差。

2 保證懸掛精度的主要措施2.1 翼尖發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

翼尖發(fā)射裝置與載機(jī)的機(jī)械接口位于發(fā)射裝置側(cè)面，有20個M8螺栓，30個M6螺栓，2個Φ12定位銷釘和1個Φ8定位銷釘，如圖3所示。

圖3 殼體側(cè)面示意圖

考慮到加工的工藝性，導(dǎo)軌的尺寸公差、形位公差可以達(dá)到的尺寸如圖4所示。

導(dǎo)彈以前、后吊掛在發(fā)射裝置上定位，導(dǎo)彈吊掛位置航向間距為1366 mm，導(dǎo)軌面寬度為59 mm，凸臺面航向前后端面最大距離為1292 mm，高度方向上下端面最大距離為151 mm。

圖4 前后吊掛處導(dǎo)軌局部截面

2.2 加工方法

根據(jù)翼尖發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，由于和懸掛精度密切相關(guān)的兩個凸臺面分屬于上下殼體，兩個殼體采用螺接形式連接，而銷釘孔分別加工在前、中、后墊塊上。由于在殼體裝配過程中會不可避免的產(chǎn)生各種裝配誤差，倘若在殼體加工中先將凸臺面按懸掛精度的誤差要求加工出來， 隨著裝配誤差的積累最終有可能導(dǎo)致懸掛精度不能滿足要求。因此應(yīng)選擇在殼體組件裝配完成后再進(jìn)行凸臺面和銷釘孔的加工，這樣可以完全消除殼體在裝配過程中產(chǎn)生的誤差影響。

選擇定位基準(zhǔn)是加工前的一個重要內(nèi)容，定位基準(zhǔn)選擇得正確與否，必然會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。為了盡可能的減小導(dǎo)軌形位公差的影響，在凸臺面的加工時最好直接以導(dǎo)彈前、后吊掛處的導(dǎo)軌面為定位基準(zhǔn)。因?yàn)樵跍y量懸掛精度時是以凸臺面為測量基準(zhǔn)來考核導(dǎo)軌面的位置公差，這樣令兩者互為基準(zhǔn)可提高兩者的相互位置精度，避免因基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差。為了排除基準(zhǔn)要素即導(dǎo)彈前、后吊掛處的導(dǎo)軌面本身的形狀誤差對位置誤差的影響，基準(zhǔn)要素本身要符合最小條件原則[3]。根據(jù)最小條件原則的定義：在確定理想要素的位置時，應(yīng)使理想要素與實(shí)際要素相接觸，并使兩者的最大距離為最小。

為了滿足最小條件原則，在用銑床對其加工的過程中，在導(dǎo)彈前后吊掛處的導(dǎo)軌面下面墊“凸”型塞塊，如圖 5所示。裝夾時調(diào)整前后調(diào)整墊片，首先應(yīng)該使前后調(diào)整墊片相對于導(dǎo)軌中心面分別位于兩邊，同時還要通過調(diào)整殼體組件的位置和調(diào)整墊片的數(shù)量來保證最終狀態(tài)下兩邊墊片厚度相同。根據(jù)導(dǎo)軌的加工精度，導(dǎo)軌下底面跟導(dǎo)軌面可以認(rèn)為是完全平行的。這樣就是以水平面來體現(xiàn)基準(zhǔn)面即導(dǎo)軌前后吊掛處導(dǎo)軌面的理想位置，而水平面就可以認(rèn)為是銑床的加工水平基準(zhǔn)面。調(diào)整后用壓板壓緊，應(yīng)調(diào)整合適的壓緊力以減少殼體的變形，壓緊時在前后裝夾處用測量儀測量來防止殼體組件在壓緊過程中產(chǎn)生左右方向上的變形。

圖5 裝夾示意圖

2.3 懸掛精度計(jì)算

用X、Y、Z分別表示前后銷釘孔中心線所在平面對加工水平面的平行度、凸臺面對加工豎直面的平行度、凸臺面對加工水平面的垂直度(表1-表3)。

表1 對加工水平面的平行度

表2 對加工豎直面的平行度

表3 對加工水平面的垂直度

|θmax|=5′

Xmax=1261×tan5′=1.83

即前后銷釘孔中心線對加工水平面的平行度不大于1.83 mm，就能滿足俯仰角±5′。

|βmax|=5′

Ymax=1292×tan(5′-0.38′)=1.74

即凸臺面對加工豎直面的平行度不大于1.74 mm就能滿足偏航角±5′。式中β1為導(dǎo)軌側(cè)面與塞塊的間隙引起的偏航角度誤差。

|γmax|=10′

Zmax=151×tan10′=0.44

即凸臺面對加工水平面的垂直度不大于0.44 mm就能滿足滾轉(zhuǎn)角±10′。

實(shí)際加工精度完全可以滿足X、Y、Z的要求。根據(jù)加工精度可以在設(shè)計(jì)中對其分別要求控制在0.4、0.8、0.4，則懸掛精度分別可以控制在俯仰角±1.1′、偏航角±2.5′、滾轉(zhuǎn)角±9.1′。滿足懸掛精度的要求。

3 結(jié)論

本文針對翼尖發(fā)射裝置特殊的掛裝方式，對影響懸掛精度的因素進(jìn)行了分析計(jì)算，為了減小、消除導(dǎo)軌形狀誤差對懸掛精度的影響，滿足懸掛精度的要求，提出了具體的加工方法，結(jié)果證明采用的方法有效解決了問題。本文計(jì)算數(shù)據(jù)可靠，對有懸掛精度要求的發(fā)射裝置設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。