火箭發(fā)射裝置上一種插拔機構(gòu)改進設(shè)計

楊 森，趙憲斌，曾 志，張 樂，高 昱（航天科技集團第四研究院第四十一研究所，西安 710024）

火箭發(fā)射裝置上一種插拔機構(gòu)改進設(shè)計

楊 森，趙憲斌，曾 志，張 樂，高 昱
（航天科技集團第四研究院第四十一研究所，西安 710024）

針對某次飛行試驗中插拔機構(gòu)出現(xiàn)的插頭脫落不暢的問題，進行了原因分析。根據(jù)分析結(jié)果進行了改進性設(shè)計，通過數(shù)值仿真說明改進后的插拔機構(gòu)能夠滿足火箭發(fā)射的實際需求。最終通過飛行試驗驗證了插拔機構(gòu)改進方案和分析方法、結(jié)論的準(zhǔn)確性。

發(fā)射裝置；插拔機構(gòu)；協(xié)同仿真；優(yōu)化設(shè)計

0　引言

發(fā)射裝置作為火箭發(fā)射的地面裝置，起著裝載火箭、調(diào)節(jié)發(fā)射方位角和高低角的作用。在火箭發(fā)射前，需要使用測發(fā)控設(shè)備對火箭進行射前檢測，地面檢測設(shè)備和裝載在發(fā)射裝置上的火箭通過電纜進行連接。在火箭發(fā)射時，需要使發(fā)控電纜插頭和箭上插座自動分離，完成這樣功能的機構(gòu)稱為插拔機構(gòu)。

1　插拔機構(gòu)設(shè)計原則和基本設(shè)計狀態(tài)

插拔機構(gòu)設(shè)計需要遵從以下幾個原則：（a）電纜插頭和箭上插座之間分離順暢，并且不能給火箭施加較大的附加載荷，否則影響火箭的發(fā)射初始狀態(tài)，包括改變火箭發(fā)射初始速度、火箭的出軌姿態(tài)等；（b）插拔機構(gòu)應(yīng)該具有一定的燃?xì)饬鳠岜Ｗo功能，避免發(fā)射時產(chǎn)生的高溫、高速燃?xì)饬鲗Σ灏螜C構(gòu)上的電纜、插頭等具有一定的熱防護功能。

插拔機構(gòu)能夠保證電纜插頭和箭上插座在發(fā)射裝置起豎過程中可靠連接。插拔機構(gòu)的工作原理是利用平行四邊形機構(gòu)的運動性質(zhì)，由于插拔機構(gòu)的上端插入在火箭上的插座內(nèi)，當(dāng)火箭發(fā)射運動時，帶動插拔機構(gòu)上端的連桿水平運動，同時連桿下端的兩個曲柄在拉簧的作用下轉(zhuǎn)動，從而帶動連桿轉(zhuǎn)動，連桿在垂直方向的高度下降，插拔機構(gòu)上端的插頭便順利地從火箭上的插座內(nèi)部拔出，實現(xiàn)插頭脫落功能。

2　插拔機構(gòu)基本設(shè)計中問題及原因分析

在某次外場飛行試驗結(jié)束之后，對發(fā)射裝置進行例行檢查時，發(fā)現(xiàn)插拔機構(gòu)產(chǎn)生了插頭分離不暢現(xiàn)象，并且插拔機構(gòu)產(chǎn)生了一定的結(jié)構(gòu)變形，加上發(fā)射過程中火箭發(fā)動機產(chǎn)生的燃?xì)饬饔绊懀斐擅摬咫娎|插頭損壞，插頭內(nèi)部指針彎曲。針對出現(xiàn)的問題，總結(jié)產(chǎn)生的原因如下：（a）火箭的在發(fā)射軌道上的運動和插拔機構(gòu)轉(zhuǎn)動不匹配，造成插頭和箭上插座之間卡死，最終導(dǎo)致脫插不暢。產(chǎn)生這樣結(jié)果的一方面是由于插拔機構(gòu)轉(zhuǎn)動部件設(shè)計不合理，火箭已經(jīng)平動一段距離而插拔機構(gòu)轉(zhuǎn)動部分高度下降不明顯，插頭未能及時拔出；另一方面是由于插頭在插頭支架上固定方式設(shè)計存在缺陷，連接剛度過低，插頭變形過大，這樣插頭也會與箭上插座產(chǎn)生“卡死”現(xiàn)象；（b）電連接器上除了插針連接外，還有套筒配合，便于防水。使得分離力增大，單一的平行四連桿作用難以使得分離通暢；（c）火箭熱防護功能失效。火箭在發(fā)射導(dǎo)軌上時，發(fā)動機噴出的高溫高壓燃?xì)饬髦苯幼饔迷诓灏螜C構(gòu)上的電纜和插頭上，這樣造成電纜和插頭熱燒蝕嚴(yán)重，發(fā)射完成之后需要換掉插頭和電纜，從而增長發(fā)射周期，提高試驗成本。

3　插拔機構(gòu)改進設(shè)計和仿真計算

針對靶場出現(xiàn)的問題和原因，對發(fā)射裝置的插拔機構(gòu)進行改進。改進措施主要有以下幾個方面：

（1）插頭支架的結(jié)構(gòu)形式改進；插頭支架是電纜插頭的安裝部件，必須保證連接剛度，保證電纜插頭能夠順利插入到箭上的插座內(nèi)，并且保證插頭在使用過程中不能產(chǎn)生過大的變形。改進前的插頭支架通過兩個耳片固定插頭。改進前的插頭支架，由于插頭的外徑略小于插頭支架中間圓柱孔的內(nèi)徑，所以兩者之間存在一定的空隙，這樣插頭就會繞著插頭下部的外露桿轉(zhuǎn)動，造成插頭和箭上插座之間不匹配，產(chǎn)生“卡死”現(xiàn)象，最終導(dǎo)致脫插不順暢。所以需要對插頭支架的結(jié)構(gòu)進行改進，提高連接剛度，保證脫插電纜在插拔機構(gòu)上固定之后，插頭位置不會產(chǎn)生較大變化。

（2）前、后連桿結(jié)構(gòu)形式改進。前、后連桿是插拔機構(gòu)轉(zhuǎn)動部分的主要組成部分，插拔機構(gòu)脫插是否順暢取決于前后連桿是否在火箭運動較小行程內(nèi)下降較大的距離，從而帶動插頭從箭上插座內(nèi)脫出。前后連桿長度直接影響著機構(gòu)的脫插性能.

（3）增加新部件剝落桿。為了保證脫插過程可靠完成，在插拔機構(gòu)上增加了一個新部件——剝落桿。其原理是在插拔機構(gòu)上的轉(zhuǎn)動部分在拉簧的作用下轉(zhuǎn)動時，固定在后連桿上的剝落桿直接作用在插頭支架的外露拖桿上，為脫插提供一個額外的脫落力。改進后的插拔機構(gòu)導(dǎo)入到ADAMS動力學(xué)仿真軟件中，進行模擬仿真驗證改進方案是否滿足設(shè)計要求。導(dǎo)軌平面與水平面發(fā)射角為55°。火箭通過滑塊在導(dǎo)軌上滑動，滑塊與導(dǎo)軌之間動摩擦系數(shù)為0.17，靜摩擦系數(shù)為0.25。插拔機構(gòu)運動受力主要包括火箭沿導(dǎo)軌運動力、自身拉伸彈簧拉力和壓縮彈簧彈力。其中火箭運動的動力來源于發(fā)動機的推力，計算時采用常溫下（23℃）助推發(fā)動機推力數(shù)據(jù)作為單向驅(qū)動力載荷；插拔機構(gòu)擺動除了彈體的推力以外還有機構(gòu)拉伸彈簧拉力。

從仿真結(jié)果可以看出，在電連接器分離之前，火箭與插拔機構(gòu)為牽連運動，插拔機構(gòu)平動板和插頭在彈體的推動下繞底座擺動，分離之后，平動板和插頭在慣性和拉簧的作用下向下擺動，剝落桿剝落插頭支架上的拖桿，最后前連桿接觸緩沖墊，鎖緊卡銷鎖緊前連桿有效防止轉(zhuǎn)動部分回彈。在插拔機構(gòu)轉(zhuǎn)動的過程中，插拔機構(gòu)底座能夠有效固定整個插拔機構(gòu)，而且不會影響其他部件的正常動作，所以改進后的插拔機構(gòu)能夠保證插頭與火箭上插座可靠連接。

4　飛行試驗考核驗證

改進后的插拔機構(gòu)在外場發(fā)射試驗中進行了使用，試驗前檢查插拔機構(gòu)，插拔機構(gòu)結(jié)構(gòu)合理，脫插電纜能夠方便安裝在插拔機構(gòu)上，插頭通過插頭支架能夠順利的插入箭上插座內(nèi)，在發(fā)射裝置起豎過程中也可靠連接，圓滿完成火箭的地面檢測任務(wù)。試驗后對插拔機構(gòu)進行檢查，插拔機構(gòu)上的電纜插頭結(jié)構(gòu)完整，未產(chǎn)生任何變形。插拔機構(gòu)上的增加的防火板對電纜熱防護效果明顯，電纜未產(chǎn)生熱燒蝕破壞。插拔機構(gòu)轉(zhuǎn)動部分恢復(fù)迅速，脫插過程順暢，插頭內(nèi)部的針頭沒有產(chǎn)生明顯彎曲。試驗效果說明改進后的插拔機構(gòu)功能完整，改進方案所使用的設(shè)計分析方法準(zhǔn)確無誤。

5　結(jié)論

改進后的插拔機構(gòu)經(jīng)過外場試驗考核，脫插功能符合改進設(shè)計要求，順利完成地面測控電纜與箭上插座的脫落。這樣的結(jié)果說明改進后的插拔機構(gòu)的脫插性能顯著提高，對脫落電纜和插頭保護性能也有明顯進步，為以后其他類型插頭的插拔機構(gòu)設(shè)計開拓了新的改進思路。

［1］李軍，邢俊文，覃文潔.MSC.Adams實例教程［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2002.

［2］鄭建榮.虛擬樣機技術(shù)入門與提高.北京:機械工業(yè)出版社，2001.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.217