UUV用多級助推式彈射過程建模與仿真
發(fā)布時間：2022-01-21 08:40
攻擊型水下無人航行器（UUV）是世界各國水下武器裝備的研究重點,具有隱蔽性高、作戰(zhàn)范圍廣、使用成本低的特點,其水下武器彈射裝置需在大深度范圍內(nèi),使用較小的重量和體積,實現(xiàn)大載荷水下武器彈射。傳統(tǒng)潛艇用氣動式,氣水活塞式彈射裝置已不能滿足其使用需求。文中提出一種采用液壓多級同步助推活塞式結構的水下UUV用彈射裝置,使用水壓平衡式彈射原理,在較小的空間與重量下,實現(xiàn)全深度范圍大載荷武器彈射。本文首先對發(fā)射過程中平臺的負載變化進行分析與函數(shù)擬合,在Amesim軟件仿真環(huán)境中,搭建液壓彈射全過程的仿真模型,仿真結果顯示,該彈射裝置完全滿足加速度,速度等技術指標要求,且其能量釋放可控性大幅優(yōu)于現(xiàn)役潛用氣動彈射裝置,是未來UUV用水下彈射裝置的重要發(fā)展方向。
【文章來源】：艦船科學技術. 2020,42(23)北大核心
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
級同步式液壓彈射缸及蓄能器Fig.2Cylinderandaccumulatorwithtwostagesynchronoushydrauliccatapult
采用2級液壓缸，一定程度上降低了液壓缸的軸向長度，減小了彈射裝置所占的空間。3級或4級同步油缸壓力控制困難，難以在彈射過程中對器材彈射運動規(guī)律施加控制，綜合評估，采用2級同步式結構，是彈射油缸的最優(yōu)選擇[8]。如圖4所示，2級同步式液壓缸一級活塞采用遮蔽圓孔面積，對進入活塞的流量進行控制，同時二級活塞采用4組階梯孔對流入的流量進行控制，二級活塞采用差動式活塞結構，并在活塞運動末端采用3組階梯孔構成短笛型緩沖結構，液壓缸工作原理圖如圖5所示。圖42級同步液壓缸結構圖Fig.4Structureoftwostagesynchronoushydraulic圖52級同步式液壓缸工作原理圖Fig.5Workingprinciplediagramoftwostagesynchronoushydrauliccylinder3.2活塞式蓄能器建�；钊叫钅芷髦饕梢焊撞糠�，活塞，氣瓶3個部分組成，如圖6所示。圖6組合式蓄能器結構示意圖Fig.6Structureofcombinedaccumulator活塞起到隔離氣腔與液腔的作用，工作前，首先向氣腔內(nèi)預充一定量的氮氣，充油時活塞向氣瓶方向移動，使高壓氣壓縮儲存能量，工作時，氣體膨脹并推動活塞快速運動，輸出大流量油液。在Amesim軟件中，使用可變氣體容腔與可變液壓容腔搭建如圖7所示活塞蓄能器模型。3.3Amesim液壓仿真模型在Amesim軟件中分別搭建2級液壓同步油缸與活塞式蓄能器模型，并采用液壓管路進行連接。由于活·60·艦船科學技術第42卷
?莆?患痘釗?2倍。同理，在相同的時間內(nèi)，二級活塞運動位移也近似為一級活塞2倍。圖9為一級活塞腔及二級活塞腔內(nèi)壓力，對于2級同步液壓彈射缸，二級活塞內(nèi)壓力遠高于一級活塞壓力，當液壓系統(tǒng)工作壓力達到30MPa時，二級活塞內(nèi)峰值壓力甚至達到60MPa。由于同步液壓缸此項特性，在設計該類彈射油缸時，一方面應盡量減小系統(tǒng)工作壓力，另一方面，應對同步缸級數(shù)進行控制，防止二級或三級活塞內(nèi)壓力過高，導致脹圖7在Amesim中搭建蓄能器模型Fig.7ModelofaccumulatorestablishedinAmesim圖8一級活塞及二級活塞運動速度曲線Fig.8Velocitycurvesofonestageandtwostagepistons圖9一級活塞及二級活塞運動位移曲線Fig.9Displacementcurvesofonestageandtwostagepistons圖10一級活塞及二級活塞腔壓力曲線Fig.10Pressurecurvesofonestageandtwostagepistons圖11一級活塞及二級活塞腔流量曲線Fig.11Fluxcurvesofonestageandtwostagepistons第42卷馬翔，等：UUV用多級助推式彈射過程建模與仿真·61·
【參考文獻】：
期刊論文
[1]水下發(fā)射循環(huán)管路系統(tǒng)水動力性能的仿真分析與驗證[J]. 黃垂兵,許金,楊瓊方,張曉平,鄭欣良. 海軍工程大學學報. 2019(02)
[2]UUV技術發(fā)展與系統(tǒng)設計綜述[J]. 錢東,唐獻平,趙江. 魚雷技術. 2014(06)
[3]流體傳動中的壓力損失分析與計算[J]. 馬憲亭. 流體傳動與控制. 2010(04)
[4]三級同步液壓缸設計與仿真研究[J]. 奚永新,徐兵,傅新,楊華勇. 液壓與氣動. 2004(07)
[5]軍用水下無人航行器[J]. 趙海東. 國防技術基礎. 2003(02)
博士論文
[1]含能量守恒方程的可壓縮流體力學數(shù)學理論的研究[D]. 邊東芬.中國工程物理研究院 2014
[2]液壓彈射機構設計及其關鍵控制元件的研究[D]. 趙偉.浙江工業(yè)大學 2013
本文編號：3599947
【文章來源】：艦船科學技術. 2020,42(23)北大核心
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
級同步式液壓彈射缸及蓄能器Fig.2Cylinderandaccumulatorwithtwostagesynchronoushydrauliccatapult
采用2級液壓缸，一定程度上降低了液壓缸的軸向長度，減小了彈射裝置所占的空間。3級或4級同步油缸壓力控制困難，難以在彈射過程中對器材彈射運動規(guī)律施加控制，綜合評估，采用2級同步式結構，是彈射油缸的最優(yōu)選擇[8]。如圖4所示，2級同步式液壓缸一級活塞采用遮蔽圓孔面積，對進入活塞的流量進行控制，同時二級活塞采用4組階梯孔對流入的流量進行控制，二級活塞采用差動式活塞結構，并在活塞運動末端采用3組階梯孔構成短笛型緩沖結構，液壓缸工作原理圖如圖5所示。圖42級同步液壓缸結構圖Fig.4Structureoftwostagesynchronoushydraulic圖52級同步式液壓缸工作原理圖Fig.5Workingprinciplediagramoftwostagesynchronoushydrauliccylinder3.2活塞式蓄能器建�；钊叫钅芷髦饕梢焊撞糠�，活塞，氣瓶3個部分組成，如圖6所示。圖6組合式蓄能器結構示意圖Fig.6Structureofcombinedaccumulator活塞起到隔離氣腔與液腔的作用，工作前，首先向氣腔內(nèi)預充一定量的氮氣，充油時活塞向氣瓶方向移動，使高壓氣壓縮儲存能量，工作時，氣體膨脹并推動活塞快速運動，輸出大流量油液。在Amesim軟件中，使用可變氣體容腔與可變液壓容腔搭建如圖7所示活塞蓄能器模型。3.3Amesim液壓仿真模型在Amesim軟件中分別搭建2級液壓同步油缸與活塞式蓄能器模型，并采用液壓管路進行連接。由于活·60·艦船科學技術第42卷
?莆?患痘釗?2倍。同理，在相同的時間內(nèi)，二級活塞運動位移也近似為一級活塞2倍。圖9為一級活塞腔及二級活塞腔內(nèi)壓力，對于2級同步液壓彈射缸，二級活塞內(nèi)壓力遠高于一級活塞壓力，當液壓系統(tǒng)工作壓力達到30MPa時，二級活塞內(nèi)峰值壓力甚至達到60MPa。由于同步液壓缸此項特性，在設計該類彈射油缸時，一方面應盡量減小系統(tǒng)工作壓力，另一方面，應對同步缸級數(shù)進行控制，防止二級或三級活塞內(nèi)壓力過高，導致脹圖7在Amesim中搭建蓄能器模型Fig.7ModelofaccumulatorestablishedinAmesim圖8一級活塞及二級活塞運動速度曲線Fig.8Velocitycurvesofonestageandtwostagepistons圖9一級活塞及二級活塞運動位移曲線Fig.9Displacementcurvesofonestageandtwostagepistons圖10一級活塞及二級活塞腔壓力曲線Fig.10Pressurecurvesofonestageandtwostagepistons圖11一級活塞及二級活塞腔流量曲線Fig.11Fluxcurvesofonestageandtwostagepistons第42卷馬翔，等：UUV用多級助推式彈射過程建模與仿真·61·
【參考文獻】：
期刊論文
[1]水下發(fā)射循環(huán)管路系統(tǒng)水動力性能的仿真分析與驗證[J]. 黃垂兵,許金,楊瓊方,張曉平,鄭欣良. 海軍工程大學學報. 2019(02)
[2]UUV技術發(fā)展與系統(tǒng)設計綜述[J]. 錢東,唐獻平,趙江. 魚雷技術. 2014(06)
[3]流體傳動中的壓力損失分析與計算[J]. 馬憲亭. 流體傳動與控制. 2010(04)
[4]三級同步液壓缸設計與仿真研究[J]. 奚永新,徐兵,傅新,楊華勇. 液壓與氣動. 2004(07)
[5]軍用水下無人航行器[J]. 趙海東. 國防技術基礎. 2003(02)
博士論文
[1]含能量守恒方程的可壓縮流體力學數(shù)學理論的研究[D]. 邊東芬.中國工程物理研究院 2014
[2]液壓彈射機構設計及其關鍵控制元件的研究[D]. 趙偉.浙江工業(yè)大學 2013
本文編號：3599947
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