多管航空火箭發(fā)射器提高連發(fā)密集度研究

滕堪 陳輝 劉志偉 張翔

摘? 要：航空火箭彈的優(yōu)點是威力較機炮大，能夠齊射和連射，可在短時間內(nèi)發(fā)射大量彈藥壓制目標(biāo)，低成本，多彈種，抗干擾能力強。但由于航空火箭彈的自身彈道特性，導(dǎo)致了其散布較大，對點目標(biāo)的射擊精度偏低，一定程度上限制了多管航空火箭發(fā)射器的使用。研究根據(jù)多管航空火箭發(fā)射器自身的結(jié)構(gòu)特點，在提高連發(fā)密集度對發(fā)射裝置提出優(yōu)化方向，為多管航空火箭發(fā)射器提高連發(fā)密集做出一些研究分析。

關(guān)鍵詞：多管? 航空火箭發(fā)射器? 航空火箭彈? 連發(fā)? 密集度

中圖分類號： 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：（2021）07（c）-0004-03

Study on Improving the Firing Density of Multiple Aerial Rocket Launchers

TENG Kan? CHEN Hui? LIU Zhiwei? ZHANG Xiang

（Technology Center Design Institute of Guizhou Fenglei Aviation Ordnance Co.，Ltd.， Anshun， Guihou Province， 561000 China）

Abstract： The advantage of aerial rocket is that it is more powerful than aircraft gun， can launch salvo and continuous fire， can launch a large number of ammunition to suppress targets in a short time， has low cost， multiple types of missiles and strong anti-interference ability. However， due to the ballistic characteristics of the aerial rocket， it has a large dispersion and low shooting accuracy to the point target，which limits the use of the multi-rocket launcher to a certain extent. According to the structural characteristics of the launcher in the direction of improving the continuous firing density， and makes some research and analysis for improving the continuous firing density of the multiple rocket launcher.

Key Words：? Multi-tube; Aerial rocket launcher; Aerial rocket; Continuous fire; Intensity

多管航空火箭發(fā)射器懸掛在固定翼飛機或武裝直升機機翼下，發(fā)射航空火箭彈攻擊地面（海面）或空中目標(biāo)的機載發(fā)射裝置。由于航空火箭彈的自身彈道特性，導(dǎo)致了其散布較大，對點目標(biāo)的射擊精度偏低。本文以國內(nèi)某型多管航空火箭發(fā)射器作為研究對象，針對該型產(chǎn)品在地面立靶密集度試驗中暴露出不滿足指標(biāo)要求的問題進行分析，對解決措施整理研究。文章的重點在于多管航空火箭發(fā)射器如何結(jié)合自身結(jié)構(gòu)特點，優(yōu)化設(shè)計提高連發(fā)密集度做出分析研究，一方面能夠為多管航空火箭發(fā)射器優(yōu)化結(jié)構(gòu)提高連發(fā)密集度明確改進方向，另一方面能為后續(xù)型號早期方案設(shè)計提供參考依據(jù)。

1? 多管航空火箭發(fā)射器簡介

1.1 多管航空火箭發(fā)射器典型結(jié)構(gòu)

多管航空火箭發(fā)射器根據(jù)需求設(shè)有相應(yīng)數(shù)量發(fā)射管，發(fā)射管用于運載和發(fā)射火箭彈，其通過配合臺階與各段圓盤相連，圓盤與主承力結(jié)構(gòu)相連傳遞載荷。發(fā)射器尾部設(shè)有卡彈裝置用于卡持火箭彈，發(fā)射時能夠解鎖火箭彈。尾部還設(shè)有點火組件與火箭彈正負(fù)極配合，用于傳遞點火信號。發(fā)射器一般外包蒙皮用于整流，發(fā)射器上部設(shè)有與掛架連接的兩個吊耳，工作插座傳遞電氣信息。多管航空火箭發(fā)射器基本外形見圖1。

1.2 多管航空火箭發(fā)射器工作原理

火箭彈通過卡彈裝置安全可靠地鎖閉在發(fā)射管內(nèi);航空火箭發(fā)射器通過吊耳懸掛在武器懸掛裝置下;機上火控系統(tǒng)給出發(fā)射指令，傳遞到發(fā)射器內(nèi)的發(fā)射控制單元，按指令依次點燃相應(yīng)火箭彈，實現(xiàn)連發(fā)發(fā)射。

1.3 地面立靶連發(fā)密集度指標(biāo)考核

地面立靶連發(fā)密集度考核要求在火箭彈發(fā)動機主動段末測試密集度指標(biāo)σ。

2? 多管航空火箭發(fā)射器連發(fā)密集度超標(biāo)分析

2.1 火箭彈自身彈造成的散布

火箭彈在制造過程中由于加工和裝配不一致，會出現(xiàn)各枚火箭彈的彈長、彈重、重心位置、定心部直徑、偏心距、轉(zhuǎn)動慣量、尾翼張開情況的不一致，最終出現(xiàn)由于彈本身造成的射彈散布。

2.2 試驗設(shè)備造成的射彈散布

懸掛發(fā)射器的試驗臺架自身剛性、與發(fā)射裝置結(jié)合部位狀態(tài)，以及試驗臺架與地面的固定關(guān)系都會對彈散布產(chǎn)生較大影響。

2.3 發(fā)射順序造成的射彈散布

在GJB1906《航空火箭發(fā)射器通用規(guī)范》中一定程度上考慮到了發(fā)射順序?qū)Πl(fā)射器的振動影響，但并未考慮到發(fā)射順序?qū)Πl(fā)射精度的影響[2]。多管火箭發(fā)射器發(fā)射時不可避免造成發(fā)射器的振動，合理優(yōu)化發(fā)射順序?qū)p少發(fā)射振動響應(yīng)，進而減少這一因素造成的射彈散布。

2.4 發(fā)射脈沖間隔造成的射彈散布

由于戰(zhàn)術(shù)使用和對目標(biāo)的摧毀概率的要求，航空火箭彈在連射或齊射時，發(fā)射時間間隔較小，因而產(chǎn)生前序彈的尾噴流對后續(xù)彈彈道產(chǎn)生影響，使射彈散布增大。[3]合理設(shè)計多管火箭發(fā)射器發(fā)射脈沖間隔，避免發(fā)射脈沖間隔與火箭發(fā)射器系統(tǒng)振動頻率重合，將能夠減小射彈散布。

2.5 發(fā)射器自身結(jié)構(gòu)造成的射彈散布

眾所周知，彈丸起始擾動是造成射彈散布的主要因素之一，而武器振動對彈丸起始擾動影響很大。[4]系統(tǒng)剛性不足，產(chǎn)生了發(fā)射中彈道上下抖動劇烈。提高系統(tǒng)剛性，特別是發(fā)射器結(jié)構(gòu)剛度，能夠極大削弱發(fā)射振動，減小射彈散布。

3? 提高多管航空火箭發(fā)射器連發(fā)密集度的分析研究

3.1 改進航空火箭發(fā)射器降低射彈散布

3.1.1? 改進結(jié)構(gòu)、合理選材提高整體剛度

航空火箭發(fā)射器主受力結(jié)構(gòu)多采用鋁合金或鎂合金，鎂合金的強度和彈性模量比鋼、鋁合金低，但有高的比強度和比剛度，在相同重量的構(gòu)件中，采用鎂合金可使構(gòu)件獲得更高的剛度。

3.1.2? 改進整體布局提高剛度

航空火箭發(fā)射器通過兩個掛距為355.6mm的吊耳與上級掛鉤連接，掛架四個支撐壓緊發(fā)射器，發(fā)射器掛裝后除固定區(qū)域外與上級掛架沒有其它機械連接，此時可以把掛裝狀態(tài)的發(fā)射器近似認(rèn)為是一個簡支懸臂梁模型，見圖2。

為將多管航空火箭發(fā)射器的整體部分簡化成簡支懸臂梁需假定：火箭發(fā)射器的主體由簡單幾何形狀的均質(zhì)梁組成;火箭發(fā)射器各部分的連接和支承皆為剛性;火箭發(fā)射器各部分的變形均為線性。

武器振動特征量的計算是求解彈丸起始擾動的重要環(huán)節(jié)。對估算而言，最關(guān)心的是炮口振動位移量和斜率的最大值。只有比值才能估計出武器振動對射擊精度影響的范圍。[5]

通過發(fā)射器“梁”的簡化模型，將發(fā)射器前段進一步簡化為懸臂梁模型，用經(jīng)典的計算公式對結(jié)構(gòu)布局進行優(yōu)化設(shè)計，見圖3。

通過發(fā)射器“梁”的簡化模型

當(dāng)? ? ? ? ?時：? ? ? ? ? ? ? ? （式中：E——拉壓彈性模量，I——截面對中性軸的慣性矩）

從上式中可以看出目標(biāo)很明確：就是要盡量減小發(fā)射器前端面的最大繞度? ? ? ? ，增大E、I都可以減小? ? ? ? ，E由所選用的材料決定，I由發(fā)射器前段的截面形狀決定，設(shè)計中我們可以進行優(yōu)化。

對? ? ? ?影響最大的因素我們認(rèn)為來自于 ，式中 與? ? ? ? ? ? ? ? ? ?呈現(xiàn)的是二次方的關(guān)系，減小必將極大地降低。

根據(jù)公式? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?，如果不改變E和I，將發(fā)射器止動區(qū)域內(nèi)假設(shè)為約束段，力矩? ? ?不變。前段長度減少10mm，會造成? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 倍的? ? ? ? ?減小，約為1.04倍的關(guān)系;減少50mm，造成1.22倍的減少;減少100mm，造成? ? ? ? ?1.52倍的減少;減少200mm，造成? ? ? ? 2.59倍的減少。……隨著發(fā)射器前段長度的減少，使得前端面的最大繞度? ? ? ? ? 大幅降低。

國內(nèi)航空火箭發(fā)射器結(jié)構(gòu)均采用金屬材料，現(xiàn)今材料有了更多選擇，新型航空材料日益發(fā)展，比強度? ? ? ? ? ? ? 和比剛度? ? ? ? ? ? ?較高的復(fù)合材料已大量在飛機上應(yīng)用，這對減輕結(jié)構(gòu)重量，提高性能具有明顯效果。

3.1.3? 合理設(shè)計彈炮間隙

理論與實驗表明：火箭彈與發(fā)射管之間的運動存在三種情況，火箭彈定心部不與發(fā)射管壁接觸;火箭彈定心部緊貼發(fā)射管壁;火箭彈定心部與發(fā)射管壁碰撞后彈回。實際上這三種情況是隨機交替發(fā)生的，是由發(fā)射器和火箭彈自身的運動規(guī)律決定的，彈炮間隙對起始擾動產(chǎn)生影響，從而對射擊密集度產(chǎn)生影響[6]。

3.1.4? 提高發(fā)射管與整體結(jié)構(gòu)的連接配合

火箭發(fā)射器在發(fā)射火箭彈的過程中，如果發(fā)射管固定不牢靠，產(chǎn)生前后或者上下左右的竄動，會使得發(fā)射初始擾動加大，造成射彈散布加大。所以發(fā)射管的固定十分關(guān)鍵[7]。

3.2 提高火箭發(fā)射器精度的射序和射擊間隔優(yōu)化方案

由于火箭發(fā)射器連發(fā)射擊使其振動特性對其動態(tài)性能和射擊密集度的影響非常大，射擊頻率與固有振動頻率的匹配關(guān)系對其動態(tài)性能的影響非常突出，所以系統(tǒng)振動特性的準(zhǔn)確表征成為火箭發(fā)射器發(fā)射動力學(xué)的重要基礎(chǔ)和核心內(nèi)容之一[8]。要科學(xué)評價或保證地面掛裝下火箭發(fā)射器有良好的動態(tài)性能和射擊密集度，就必須準(zhǔn)確計算火箭發(fā)射器系統(tǒng)的振動特性，建立起火箭發(fā)射器的總體結(jié)構(gòu)參數(shù)與系統(tǒng)振動頻率之間的定量關(guān)系，通過改變火箭發(fā)射器結(jié)構(gòu)參數(shù)來改變火箭發(fā)射器振動頻率分布，使火箭發(fā)射器振動頻率與射頻相匹配，提高射擊密集度[9]。

4? 結(jié)論及展望

多管火箭武器的連發(fā)射擊密集度較差，這影響了它發(fā)展，也是長期以來沒能很好解決的問題。通過對火箭發(fā)射器進行改進優(yōu)化，使得火箭彈在發(fā)射時的起始擾動降到最小，進而最大程度上減小連發(fā)發(fā)射時的射彈散布，最大限度地發(fā)揮多管航空火箭發(fā)射器的作戰(zhàn)效能。

參考文獻

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