導(dǎo)語(yǔ)：小口徑智能彈藥鴨舵展開技術(shù)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對(duì)基于扭簧為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的折疊舵具有占用空間大，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不利于小口徑智能彈藥裝配的缺點(diǎn)，提出了一種新的折疊舵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。該折疊舵機(jī)構(gòu)由舵機(jī)、舵片、推銷器組件、折疊機(jī)構(gòu)等組成，所述折疊機(jī)構(gòu)通過與舵機(jī)輸出軸共軸，共同形成舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其與舵機(jī)的一體化。仿真及試驗(yàn)結(jié)果表明：舵片在外力作用下展開迅速且展開鎖定后舵片沒有發(fā)生明顯的回彈現(xiàn)象，說明折疊舵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理，可為折疊舵的工程運(yùn)用提供參考。

關(guān)鍵詞：智能彈藥；小口徑；折疊機(jī)構(gòu)；舵機(jī)

折疊式鴨舵是智能彈藥的重要部件之一，對(duì)于采用舵機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的小口徑智能彈藥，在發(fā)射后按照一定的控制時(shí)序，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用下完成舵片展開，并在鎖定銷作用下即停于鎖定位置[1]。折疊式鴨舵相較于固定舵便于貯存、運(yùn)輸和發(fā)射，又因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于智能彈藥上，工程上常通過其性能的好壞來認(rèn)定智能彈藥是否順利實(shí)現(xiàn)既定戰(zhàn)技指標(biāo)[2-4]。針對(duì)折疊舵的展開過程，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了一定的研究。候政等人[5]基于拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，對(duì)導(dǎo)彈折疊舵結(jié)構(gòu)顫振進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；王國(guó)超等人[6]以某型導(dǎo)彈為例，對(duì)其折疊舵進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真和可靠性分析，并進(jìn)行了優(yōu)化分析；劉昊鵬[7]針對(duì)艦上彈射模擬系統(tǒng)，對(duì)折疊舵開展了動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)和仿真工作，對(duì)比分析了試驗(yàn)和仿真結(jié)果，為折疊舵的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。目前，大多學(xué)者涉及的折疊舵執(zhí)行機(jī)構(gòu)均為扭簧，具有占用空間大，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不利于小口徑智能彈藥裝配的缺點(diǎn)。本文針對(duì)某型號(hào)小口徑智能彈藥的鴨式電動(dòng)舵機(jī)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種折疊舵機(jī)構(gòu)，并通過使用動(dòng)力學(xué)仿真及試驗(yàn)相結(jié)合的方式對(duì)其性能進(jìn)行分析驗(yàn)證。仿真及試驗(yàn)結(jié)果均表明，舵片在外力作用下展開迅速且展開到位后舵片沒有發(fā)生明顯的回彈現(xiàn)象，說明折疊舵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，可為折疊舵的進(jìn)一步工程應(yīng)用提供一定參考。

1折疊舵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

1.1總體方案

折疊舵機(jī)構(gòu)的功能是在彈藥發(fā)射前實(shí)現(xiàn)舵片的折疊鎖定，發(fā)射后根據(jù)智能彈藥的控制信號(hào)，完成舵片的展開及展后鎖定。主要由舵機(jī)、舵片、推銷器組件、折疊機(jī)構(gòu)等組成，如圖1所示。

1.2舵機(jī)設(shè)計(jì)

對(duì)于選用雙通道或三通道控制方式的小口徑智能彈藥，舵機(jī)的體積與數(shù)量必然對(duì)空間布局產(chǎn)生重要影響，綜合傳動(dòng)效率與性價(jià)比，縮短研制周期，提高產(chǎn)品可靠性，本文舵機(jī)最終采用錐齒與直齒相結(jié)合的減速傳動(dòng)方案，伺服電機(jī)的動(dòng)力通過一級(jí)錐齒輪和三級(jí)直齒減速傳遞到舵機(jī)輸出軸，輸出軸與舵片連接，舵機(jī)控制器根據(jù)接收的控制指令實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)輸出角度的控制，如圖2所示。

1.3推銷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

推銷機(jī)構(gòu)采用由推銷器火工品和鎖舵機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方案，且鎖舵機(jī)構(gòu)分別由推舵裝置和鎖舵裝置組成，如圖3所示。在設(shè)計(jì)中將推舵裝置的斜面與舵片底緣斜率保持一致，并采用推舵裝置對(duì)舵片的行程距離大于鎖舵裝置對(duì)推銷器火工品的行程設(shè)計(jì)，以確保舵片在推銷器的作用下順利展開。當(dāng)舵片處于展前鎖緊狀態(tài)時(shí)，鎖舵機(jī)構(gòu)通過鎖舵裝置將舵片卡?。划?dāng)推銷器執(zhí)行舵展命令時(shí)，火工品引爆后帶動(dòng)鎖舵機(jī)構(gòu)上移，上移后的鎖舵機(jī)構(gòu)由此產(chǎn)生兩種作用效果：一是鎖舵裝置解除對(duì)舵片的約束，二是推舵裝置通過斜面對(duì)舵片施加一向上推力，結(jié)合折疊機(jī)構(gòu)作用于舵柄的彈力，兩者相互配合共同完成舵片的展開及鎖定。推銷器機(jī)構(gòu)鎖舵效果見圖4。

1.4推銷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

折疊機(jī)構(gòu)采用與舵機(jī)一體化設(shè)計(jì)，具體表現(xiàn)為：折疊機(jī)構(gòu)與舵機(jī)輸出軸共軸，共同形成舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸，由壓簧和附在其表面的推銷組成。舵片與舵機(jī)輸出軸的機(jī)械接口采用銷固連，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)帶動(dòng)舵片偏轉(zhuǎn)。當(dāng)推銷器執(zhí)行舵展指令時(shí)，折疊舵的壓簧由于軸向約束減小，向外作用于推銷，推銷的移動(dòng)通過舵柄處斜面限制舵片俯仰位移，進(jìn)而卡住舵片，實(shí)現(xiàn)舵片鎖定。舵片展開前后效果如圖5所示。

2折疊舵展開過程的動(dòng)力學(xué)仿真模型

2.1動(dòng)力學(xué)仿真模型

在三維建模軟件中建立折疊舵機(jī)構(gòu)的三維模型，導(dǎo)入動(dòng)力學(xué)仿真軟件中，建立折疊舵機(jī)構(gòu)的展前鎖定、展開和展后鎖定的動(dòng)力學(xué)仿真模型。其中，在動(dòng)力學(xué)模型中，舵機(jī)施加固定約束，舵柄根部施加轉(zhuǎn)動(dòng)副；推銷機(jī)構(gòu)和折疊機(jī)構(gòu)施加滑動(dòng)副以及加載設(shè)置彈簧參數(shù)，舵片與推銷機(jī)構(gòu)間、舵片與折疊機(jī)構(gòu)間、舵片與舵機(jī)將施加接觸條件，忽略空氣阻力以及摩擦阻力，加載后的最終效果如圖6所示。

2.2鴨舵展開過程中的動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果

根據(jù)型號(hào)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合文獻(xiàn)[8-9]，設(shè)置折疊機(jī)構(gòu)的壓簧預(yù)壓載荷為15N，推銷器火工品的初始推力為300N，將仿真時(shí)間設(shè)為0.02s，步長(zhǎng)取值為0.0001，進(jìn)行仿真。重點(diǎn)關(guān)注的結(jié)果為壓舵展開角度、展開時(shí)間以及展開到位沖擊載荷等，仿真結(jié)果見圖7-圖8。從仿真結(jié)果可以得出：舵片展開時(shí)間為18.4ms，滿足技術(shù)指標(biāo)小于20ms的要求；折疊舵片展開到位的角度為96°（原因在于舵片展前鎖定于舵機(jī)艙的角度為96°），且展開到位后穩(wěn)定鎖?。粏沃欢嫫归_過程中承受的沖擊載荷在8ms附近達(dá)到最大值77N，之后推舵裝置解除對(duì)舵片的推力作用，舵片受到的沖擊載荷迅速減小，只在折疊機(jī)構(gòu)推銷的作用下繼續(xù)展開到位，整個(gè)舵片展開過程受到的沖擊載荷滿足技術(shù)指標(biāo)小于100N的要求。

3折疊舵展開過程的試驗(yàn)研究

鴨舵靜態(tài)展開試驗(yàn)是彈上推銷機(jī)構(gòu)及折疊機(jī)構(gòu)在靜態(tài)情況下，考核推銷機(jī)構(gòu)桿件是否能夠?qū)崿F(xiàn)展舵要求以及折疊機(jī)構(gòu)能否有效實(shí)現(xiàn)舵展后鎖定的要求。試驗(yàn)前先將測(cè)試工裝搭建在空曠的實(shí)驗(yàn)室并完成舵機(jī)、推銷機(jī)構(gòu)與舵機(jī)艙的展前鎖定裝配，其次完成舵機(jī)艙與測(cè)試工裝底板的安裝，最后在舵機(jī)艙上部，推銷器火工品模擬件通過內(nèi)套一壓簧凸出底板上表面一定高度；試驗(yàn)時(shí)通過高速攝像機(jī)立于測(cè)試臺(tái)一旁，試驗(yàn)人員手持力作用器（能根據(jù)反作用力顯示所施加力的大小）作用于推銷器火工品模擬器，舵片展開并實(shí)現(xiàn)鎖定。試驗(yàn)原理示意見圖9。由高速攝像機(jī)攝像原理[10]，本次試驗(yàn)選取的高速攝像機(jī)為每拍攝一幀圖片，時(shí)間間隔為0.001s。從拍攝記錄的結(jié)果可知，舵片從開始展開到展開結(jié)束，共攝錄的照片為19張，進(jìn)而可得舵片從展開到鎖定的時(shí)間共計(jì)19ms，排除彈簧阻尼、摩擦因數(shù)等不易測(cè)量的參數(shù)，進(jìn)而說明仿真結(jié)果較為準(zhǔn)確。以上結(jié)果表明折疊機(jī)構(gòu)的展開時(shí)間滿足小于20ms的要求，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致，且展開到位后舵片沒有發(fā)生明顯的回彈現(xiàn)象，說明折疊舵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

4總結(jié)

本文針對(duì)折疊式小口徑智能彈藥，從舵機(jī)、推銷機(jī)構(gòu)、折疊機(jī)構(gòu)等三方面開展了折疊式鴨舵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，建立了折疊鴨舵展開過程的動(dòng)力學(xué)仿真模型，通過使用動(dòng)力學(xué)仿真及試驗(yàn)相結(jié)合的方式對(duì)其性能進(jìn)行分析驗(yàn)證，得出鴨舵展開變化規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果一致的結(jié)論：舵片在外力作用下展開迅速并展開鎖定后舵片沒有發(fā)生明顯的回彈現(xiàn)象，說明折疊舵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，可進(jìn)一步為折疊舵的工程運(yùn)用提供參考。

作者：劉偉 譚左紅 許剛 廖長(zhǎng)清 單位：重慶航天機(jī)電設(shè)計(jì)院