0 引言
1 章动力理论分析
1.1 章动力产生原因
对于装配有偏心引信的弹丸,整体质心与弹轴会有一定的偏心量,会产生章动[5]。
在实际炮射中,由于引信与弹丸的制造误差、装配间隙与弹丸的不对称性等因素,弹丸的质心不在弹轴上。又由于膛线与弹丸之间的间隙与加工制造上的误差,弹丸都存在着初始扰动。所以,弹丸的章动其实是由初始扰动和偏心引起的复合运动。
1.2 章动力理论计算
章动力理论计算公式为[6]:
Fzh=mflΩ2
式中:Fzh为引信零件受到的章动力,N;mf为引信零件的质量,kg;l为引信零件质心到弹丸质心的距离,m;Ω为弹丸的章动角速度,rad/s。
对于线膛炮弹丸,最大章动角速度出现在弹丸刚出炮口处,可按下式计算:
式中:Ωmax为弹丸的最大章动角速度,rad/s;ωg为弹丸的炮口角速度,rad/s;Jx为弹丸的极转动惯量,kg·m2;Jy为弹丸的赤道转动惯量,kg·m2;δmax为最大章动角,rad。
2 弹丸运动章动力仿真分析
2.1 仿真模型的建立
文中以120 mm口径高速旋转稳定弹丸为基础,采用有偏心的滑块和无偏心的滑块代替引信惯性机构,弹丸质量为22 kg,引信质量为0.054 8 kg,有偏心引信的偏心为0.6 mm。建立虚拟样机,进行仿真分析。
2.2 仿真过程
在ADAMS中设置弹丸初速为516 m/s,射角为15°,将通过Fluent仿真获得的弹丸在不同马赫数、攻角、高度下的各项气动力及力矩函数加载到弹丸模型上,得到弹丸动力学模型。分别进行如下仿真:引信无偏心条件下和引信有偏心条件下起始扰动角分别为0°、1°、2°、3°、4°、5°、6°。通过后处理程序得出弹丸的弹道曲线和章动角的全弹道变化曲线。
2.3 仿真结果及分析
3 章动力对引信惯性机构仿真分析
弹丸在经历勤务处理环境和发射环境后,进入外弹道飞行阶段。根据引信所受的环境力理论分析,引信零部件将受到切线惯性力、哥氏惯性力、离心力、爬行力、章动力的综合作用[7]。
在上述环境力中,切线惯性力对引信轴向运动的影响可以忽略不计,而只有引信运动方向不平行于弹轴的旋转弹丸才会产生哥氏惯性力。所以仅有章动力和爬行力对引信零部件轴向运动有影响[8]。
弹丸飞至后效期以后,受迎面空气阻力作用而作减速运动,引信零部件将受到一个前冲惯性力,即爬行力。爬行力理论计算公式为:
Fp=mfa
式中:Fp为引信零件受到的爬行力,N;mf为引信零件的质量,kg;a为载体的减加速度,m/s2。
对初速度为516 m/s,射角为15°弹丸进行仿真,得到引信惯性机构所受的爬行力与时间关系曲线见图10。
由图10可以看出,爬行力随时间递减,这是因为弹体速度受阻力影响而降低,而弹体阻力也就是弹体减加速度随弹体速度降低而降低,所以爬行力也随之减少。
4 结论
文中探讨了弹丸章动角的产生原因与对章动力的影响,又探讨了章动力对引信惯性机构的影响。建立了不同初始扰动角与有无偏心引信的动力学仿真模型,进而得到章动力的变化规律与对引信惯性机构的影响曲线。由仿真数据可以得出:在无偏心的条件下,在弹丸出炮口处弹丸的章动角最大,随后逐渐衰减,随着弹丸初始扰动角的增大,弹丸最大章动角也随之增大;在有偏心的条件下,随着弹丸初始扰动角的增大,弹丸最大章动角仍随之增大,但章动角将无法收敛,且最大章动角比无偏心条件下大;章动力随着章动角的增加而成二次函数增加;当章动角较大时章动力会影响引信触发。
文中的研究,可为以后研究引信触发机构抗章动能力提供理论支持,同时为章动力对炮弹炮口炸或弹道炸的研究奠定基础。