0 引言
直升机载导弹发射装置是用于悬挂、发射或投放机载导弹的机电一体化产品,其特征是在导弹发射时赋予导弹一定的初速度和初始射向,是直升机载导弹武器系统的重要组成部分[1]。
发射装置架体是发射装置的骨架和主要承力件,其强度和刚度决定了发射装置是否能在各种力学环境中正常工作。由于架体构型较为复杂,以往直升机载导弹发射装置架体多采用铝合金铸造一体成型,但在发射装置生产过程中发现,虽然铸造工艺能够实现较为复杂的架体构型,但是也存在着产品重量一致性差、内部铸造缺陷不易发现、铸造成品率较低、满足航空产品铸造要求的厂家有限等问题。文中提出了将发射装置架体设计为上、中、下架及底板等共六部分组合的设计方案,通过机加成型、组合安装,解决上述问题。
1 发射装置架体结构设计
2 架体结构的有限元计算
发射装置在挂装、运载导弹,并随载机挂飞的过程中,要承受载机平台的振动、冲击等复杂恶劣的力学环境。同时,架体是发射装置的骨架和主要承力件,是安装导轨总成、发控单元等零、部件的基体;架体上设计有吊耳安装接口和止动器支撑座,用于与载机挂装。
由于该发射装置架体是通过螺栓将上架、前中架、后中架、前下架、后下架、底板6个部分组合安装在一起的,其结构强度能否满足相关的振动、冲击要求,就显得非常关键和重要。
设计中,采用ANSYS有限元软件,对发射装置架体在振动、冲击环境下的工作情况,进行有限元分析计算。
2.1 创建有限元模型
2.2 施加约束条件
发射装置在直升机随动挂架上的连接方式为:前后吊耳受向上的拉力、发射装置前后左右4个止动面受向下的压力,拉力和压力共同作用,将发射装置固定在载机的随动挂架下。在分析时,将前后吊耳及4个止动面设置为固定约束,模拟发射装置与随动挂架的连接。约束条件施加见图3。
将上架、前中架、后中架、前下架、后下架、底板6个部分之间的安装定位面设置为接触面,螺栓连接设置为绑定约束,模拟其组合安装。
在发射装置上安装4发重量和重心与导弹一样的质量点。此外,还对模型施加了竖直向下的标准重力加速度。
2.3 随机振动分析计算
在发射装置随载机挂飞的过程中,直升机组合外挂的环境特性是复杂的周期波形[4],依据GJB150.16A-2009军用装备实验室环境试验方法:振动试验及某型直升机的振动条件,对发射装置在X(轴向)、Y(垂向)、Z(侧向)3个方向进行了随机振动分析计算。
2.4 冲击分析计算
表1 冲击条件 |
| 冲击波形 | 峰值加速度/g | 持续时间/ms | 冲击方向 |
|---|---|---|---|
| 后峰锯齿波 | 20 | 11 | 三轴向 |
3 试验验证
随机振动、冲击是对发射装置架体的材料疲劳性能和结构强度的考核,分析计算结果的应力值可作为结构设计的参考,但为了验证该型发射装置架体组合设计方案的可行性,最终还要通过实验室的随机振动、冲击试验来对架体结构进行试验考核。
试验中,将重量、重心与导弹一致的配重弹挂装于发射装置导轨上,并通过专用的振动工装,将发射装置安装于振动试验台上。分别按照随机振动条件和冲击条件,控制振动试验台,对发射装置进行随机振动试验和冲击试验的考核。试验结果表明,该型发射装置的组合式架体工作正常,满足结构性能的要求。
4 结论
针对以往直升机载导弹发射装置架体多采用铸造一体成型,存在着产品重量一致性差、内部铸造缺陷不易发现、铸造成品率较低、满足要求的铸造厂家有限等问题。提出了将发射装置架体设计为6个部分,通过机加成型、组合安装解决上述问题。此设计方案在保证发射装置架体气动外形不变的条件下,发射装置架体的重量一致性好,便于轻量化设计;成本与铸造方案相当(考虑到铸件废品率较高的因素);可以通过更换零件对发射装置架体进行维修,维修性较铸造方案好。
通过ANSYS软件对该发射装置进行建模与分析计算,并进行了随机振动试验和冲击试验的考核。表明该型发射装置架体的组合设计方案可行,满足结构性能的要求。