六邊形開合機構動力學仿真與模態分析

湖南國防工業職業技術學院武器裝備技術學院 羅加勝 萬志恒 馮帆 譚慶 藺相飛

引言

水下火箭彈是近海防御的一種速度高、殺傷力的新型預制武器[1-16]。某水下火箭炮掛載在巡航器的底部，在巡航狀態下纖維編織的水密隔膜除了要承受海水壓力，使發射管內火箭彈與海水隔離外，還需要承受航行過程中水流沖擊，異物撞擊。由于水密隔膜為纖維材料編織而成，其承受異物撞擊的能力較弱，而且在續航過程中，平整的發射管端面承受水的阻力大，產生的擾流較大，尾跡明顯，不利于巡航器的隱身，為此，本文在原有基礎上，在發射管前端增加了一個分體式的剛性整流罩，一方面對發射管外形進行歸整，另一方面使發射管抗異物撞擊能力增強。

1 結構組成

水下火箭炮發射裝置由發射管座、外筒、發射管、電機、減速器、傳動軸、整流罩安裝座、水密隔膜、十字聯軸器和整流罩等組成。發射管座前后各有一個，與外筒焊接固定在一起。整流罩安裝座通過螺釘與外筒固定連接。整流罩安裝座是電機、減速器、傳動軸和整流罩的安裝平臺。傳動軸通過軸承鉸接在整流罩安裝座周邊的12個安裝孔內。傳動軸通過花鍵結構插入整流罩的安裝孔內。每兩根相鄰的初動軸通過十字聯軸器相互連接。

每根傳動軸是通過十字聯軸器連接在一起的，均布的六塊整流罩又與傳動軸固定連接，因此工作時，電機通過減速器帶動傳動軸旋轉，就能實現6塊整流罩同時開合。發射前，整流罩處于閉合狀態?；鸺诎l射時，電機驅動整流罩張開，使火箭彈出筒時不會與整流罩發生碰撞，高壓火藥燃氣沖破發射管尾端水密隔膜，前端的水密隔膜被高速出筒的彈體撕裂。發射完成后，電機驅動整流罩閉合，完成發射。

圖1 水下火箭炮發射裝置結構示意圖

2 多剛體動力學仿真

使用三維建模軟件構件水下火箭炮發射裝置的三維零件模型，并進行裝配。把水下火箭炮發射裝置三維模型導入到多剛體動力學分析軟件中。裝置水平放置，并施加9.8m/s2的重力加速度。電機輸出軸與減速器輸入軸的連接采用固定副。對整流罩安裝座和大地施加固定副。對相對轉動的兩個零件施加轉動副關系。對齒輪組施加接觸關系副，靜摩擦系數0.1，動摩擦系數設定為0.05。所有零件材料設置為0Cr18Ni4V。

圖2整流罩機構運動仿真模型

圖3 展示了整流罩的展開過程，整個過程中，各機構阻滯，無干涉，運動平穩，六塊整流罩運動同步性好，開合角度45°以上，較好地達到了既定設計目標。

圖3 整流罩展開過程圖

3 模態仿真與分析

把水下火箭炮發射裝置三維模型導入到有限元分析軟件中，使用C3D4單元，網格數量46183個，所有零件材料設置為0Cr18Ni4V,密度7.93噸/m3；彈性模量200GPa。發射裝置與巡航器的固定連接部位在發射裝置中部，因此對發射裝置中部施加固定約束。

圖4 各階模態振形圖

從仿真結果看1至10階模態，水下火箭彈發射裝置的固有頻率均在120～289.2HZ之間，與巡航器工作振動頻率相差較大，因此不會引起結構共振，結構安全。

表1 水下火箭炮發射裝置各階模態值

4 結語

本文提出了一種用于水下發射火箭炮的阻水方案，采用水密隔膜對發射筒內火箭彈進行隔水，使用分體式剛性整流罩對發射裝置前端進行防護和整形減阻。并對方案進行了動作仿真和模態分析，獲取了機構的主要研究參數，表明方案在原理上可行，為進一步研究打下了堅實的基礎。