人工增雨防雹火箭發射架緩沖底座的設計*

□ 楊炳華 □ 王星鈞

新疆維吾爾自治區人工影響天氣辦公室 烏魯木齊 830002

人工增雨防雹火箭發射架分為車載流動式和地面固定式兩種，火箭從點火啟動到發射出軌，瞬間產生的膛壓、滑動摩擦、推進劑向后噴火等作用力會對發射架整體造成沖擊。車載流動式火箭發射架所受到的沖擊力可以通過車體鋼板和輪胎得到有效釋放，而地面固定式火箭發射架因為被固定在地面上，發射時產生的沖擊力無法緩沖，隨著火箭發射數量的增加，振動與沖擊會使火箭發射架活動關節等主要部件受損，嚴重影響作業安全和發射架的使用壽命。

目前，國內使用地面固定式火箭發射架進行作業時，火箭的仰角一般較高，對火箭發射架的沖擊力主要轉換成垂直向下的壓力，通過地面剛性釋放，故沒有配置減緩火箭發射沖擊力的裝置。筆者設計研究的火箭發射架緩沖底座，較好地解決了這個問題。

1 火箭發射架受力分析

火箭發射架受到的振動與沖擊，來源于火箭彈發動機的推力。以發射WR-98型增雨防雹火箭彈為例，分析其發射出軌時火箭發射架受力情況。

1.1 火箭發射時產生的推力

火箭在軌道中滑行時間：

式中：s為導軌長度；v0為初速度；a為火箭出軌時的加速度。

火箭出軌時的加速度：

式中：F為推力；m為火箭彈質量。

離軌速度：

式中：t為火箭出軌時滑行時間。

已知：s=1.74 m，v0=0，vt=40 m/s，m=8.3 kg，代入式（1）、式（2）、式（3）得：

t=0.087 s，a=460 m/s2，F98≈3 818 N。

1.2 60°發射時火箭發射架所受的力

通常實施增雨防雹作業時，要求火箭發射架仰角必須大于45°，一般60°左右發射仰角最常用。火箭發射架在60°發射火箭彈點火瞬間所受的力如圖1所示。

▲圖1 60°力的分解圖

根據圖1計算：

火箭發射架所受垂直向上的力：FS=FHsin60°≈3 306 N

火箭發射架所受水平方向的力：FP=FHcos60°≈1 909 N

可以看出，火箭彈在高仰角發射時，火箭發射架所受向上的力大于水平力，這就是人們時常看到火箭發射出軌時，火箭發射架定向器頭部上昂、尾部下沉的現象。

2 緩沖底座設計

緩沖底座主要由上、下部壓縮彈簧，上部框架和基架組成。火箭裝載在定向器內，由于定向器俯仰支點位置和發射仰角的不同，火箭從點火到發射出軌，隨著時間的變化，作用在發射架上的力也隨著發生變化。就某一個支點而言，既要承受向上的力，也要承受向下的力，但水平方向的力一定會在這個支點的平面內，只是力的方向改變而已，所以要用兩種作用的彈簧減緩火箭發射對火箭發射架的沖擊力。

2.1 上、下部壓縮彈簧

采用上部壓縮彈簧減緩向下的力，下部壓縮彈簧減緩向上的力。在高仰角發射時，向下的力遠大于水平的力；水平方向的力，依靠彈簧的矯正力緩解。

依據火箭發射架的受力分析，經計算和試驗，設計的上部彈簧和下部彈簧如圖2所示。

如火箭在60°仰角發射時，上、下部彈簧壓縮4 mm，由胡克定律可知彈簧彈力為：

式中：k為彈性系數；x為壓縮量，mm。

上部彈簧產生的力：Fks=155×9.8×4=6 076 N ＞3306 N（FH垂直向下的力）。

下部彈簧產生的力：Fkx=180×9.8×4=7 056 N ＞3306 N（FH垂直向上的力）。

上、下部彈簧產生的力完全可以承接火箭發射時由火箭發射架傳遞到緩沖底座上的力，火箭發射架的自重是150 kg左右，相當于彈簧壓縮了1 mm。設計中選用彈簧的彈性系數較大，行程≥6 mm，考慮了火箭發射架的靜壓力，同時也考慮到火箭發射方位角是360°，在發射過程中火箭發射架的4個角各彈簧受力不均勻的因素。

2.2 上部框架

上部框架用扁鋼焊接，呈正方形，4個角的連接孔用于安裝火箭發射架。在上部框架的下表面，針對4個M12螺紋孔為中心，焊接與4根連接螺桿連體的4塊上部彈簧頂部限位座，如圖3所示。

2.3 基架

基架由下部框架（角鋼）、中部框架（扁鋼）、支撐腿（角鋼）、上部彈簧底部限位座和下部彈簧頂部限位座焊接而成，如圖4所示。

為了避免火箭發射架尾部受到反沖氣流的影響，基架距地面高度至少＞500 mm，底部框架有4個孔，用于將基架固定在預埋混凝土中的4個底腳螺栓上。

2.4 組裝

在基架中部框架上表面的4個上部彈簧底部限位座上套裝上部彈簧，基架中部框架下表面的4個下部彈簧頂部限位座上套裝下部彈簧；上部框架的4根連接螺桿依次穿過上部彈簧、中部框架孔、下部彈簧，用特制的M16螺母旋緊，構成了如圖5所示的火箭發射架緩沖底座。

▲圖2 上、下部彈簧結構設計圖

▲圖3 上部框架結構設計圖

▲圖4 基架結構設計圖

▲圖5 緩沖底座結構設計圖

圖5中，用4個M12螺栓將火箭發射架安裝在上部框架上，上部彈簧安裝在上部框架與中部框架之間的限位座中，下部彈簧安裝在中部框架之下的限位座中。各限位座的外徑比彈簧內徑大1 mm，擠進限位座內，使彈簧擠進的部分不晃動。4個連接螺桿上的螺母，可調整各彈簧的松緊至合適的程度。

▲圖6 地面固定式火箭發射架安裝示意圖

用4個M12螺栓將地面固定式火箭發射架與緩沖底座的上部框架連接，再用4個M12螺母將緩沖底座的下部框架固定在地面預埋的螺栓上，如圖6所示。緩沖底座的主要受力點都在中部框架的各角上，當火箭點火瞬間至發射出軌的過程中，上部壓縮彈簧始終減緩向下的沖擊力，下部壓縮彈簧始終減緩向上的沖擊力，水平方向的力依靠8個彈簧的矯正力釋放。

3 結束語

本設計采用上、下部壓縮彈簧的方法，實現了地面增雨防雹火箭發射架緩沖底座的設計。經試驗和應用證明，基本消除了火箭發射時的沖擊力對火箭發射架部件造成的損壞，達到了設計目的，具有較高的實用價值，本設計已獲國家實用新型專利。

[1]楊炳華，魏旭輝，王星鈞，新疆人工增雨防雹作業裝備使用與維護[M].北京：氣象出版社，2014.

[2]陳光學，王錚.人工影響天氣作業方法及設備[M].北京：中國宇航出版社，2002.

[3]章澄昌，許煥斌，段英.人工影響天氣崗位培訓教材[M].北京：氣象出版社，2003.

[4]QX/T99-2008，增雨防雹火箭作業系統安全操作規范[S].

[5]楊炳華，魏旭輝，喻箭，等.人工增雨防雹火箭發射架地面緩沖底座[P].中國專利：CN204128438U，2015-01-28.