UUV用多级助推式弹射过程建模与仿真
发布时间：2022-01-21 08:40
攻击型水下无人航行器（UUV）是世界各国水下武器装备的研究重点,具有隐蔽性高、作战范围广、使用成本低的特点,其水下武器弹射装置需在大深度范围内,使用较小的重量和体积,实现大载荷水下武器弹射。传统潜艇用气动式,气水活塞式弹射装置已不能满足其使用需求。文中提出一种采用液压多级同步助推活塞式结构的水下UUV用弹射装置,使用水压平衡式弹射原理,在较小的空间与重量下,实现全深度范围大载荷武器弹射。本文首先对发射过程中平台的负载变化进行分析与函数拟合,在Amesim软件仿真环境中,搭建液压弹射全过程的仿真模型,仿真结果显示,该弹射装置完全满足加速度,速度等技术指标要求,且其能量释放可控性大幅优于现役潜用气动弹射装置,是未来UUV用水下弹射装置的重要发展方向。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(23)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
级同步式液压弹射缸及蓄能器Fig.2Cylinderandaccumulatorwithtwostagesynchronoushydrauliccatapult
采用2级液压缸，一定程度上降低了液压缸的轴向长度，减小了弹射装置所占的空间。3级或4级同步油缸压力控制困难，难以在弹射过程中对器材弹射运动规律施加控制，综合评估，采用2级同步式结构，是弹射油缸的最优选择[8]。如图4所示，2级同步式液压缸一级活塞采用遮蔽圆孔面积，对进入活塞的流量进行控制，同时二级活塞采用4组阶梯孔对流入的流量进行控制，二级活塞采用差动式活塞结构，并在活塞运动末端采用3组阶梯孔构成短笛型缓冲结构，液压缸工作原理图如图5所示。图42级同步液压缸结构图Fig.4Structureoftwostagesynchronoushydraulic图52级同步式液压缸工作原理图Fig.5Workingprinciplediagramoftwostagesynchronoushydrauliccylinder3.2活塞式蓄能器建模活塞式蓄能器主要由液缸部分，活塞，气瓶3个部分组成，如图6所示。图6组合式蓄能器结构示意图Fig.6Structureofcombinedaccumulator活塞起到隔离气腔与液腔的作用，工作前，首先向气腔内预充一定量的氮气，充油时活塞向气瓶方向移动，使高压气压缩储存能量，工作时，气体膨胀并推动活塞快速运动，输出大流量油液。在Amesim软件中，使用可变气体容腔与可变液压容腔搭建如图7所示活塞蓄能器模型。3.3Amesim液压仿真模型在Amesim软件中分别搭建2级液压同步油缸与活塞式蓄能器模型，并采用液压管路进行连接。由于活·60·舰船科学技术第42卷
?莆?患痘钊?2倍。同理，在相同的时间内，二级活塞运动位移也近似为一级活塞2倍。图9为一级活塞腔及二级活塞腔内压力，对于2级同步液压弹射缸，二级活塞内压力远高于一级活塞压力，当液压系统工作压力达到30MPa时，二级活塞内峰值压力甚至达到60MPa。由于同步液压缸此项特性，在设计该类弹射油缸时，一方面应尽量减小系统工作压力，另一方面，应对同步缸级数进行控制，防止二级或三级活塞内压力过高，导致胀图7在Amesim中搭建蓄能器模型Fig.7ModelofaccumulatorestablishedinAmesim图8一级活塞及二级活塞运动速度曲线Fig.8Velocitycurvesofonestageandtwostagepistons图9一级活塞及二级活塞运动位移曲线Fig.9Displacementcurvesofonestageandtwostagepistons图10一级活塞及二级活塞腔压力曲线Fig.10Pressurecurvesofonestageandtwostagepistons图11一级活塞及二级活塞腔流量曲线Fig.11Fluxcurvesofonestageandtwostagepistons第42卷马翔，等：UUV用多级助推式弹射过程建模与仿真·61·
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下发射循环管路系统水动力性能的仿真分析与验证[J]. 黄垂兵,许金,杨琼方,张晓平,郑欣良. 海军工程大学学报. 2019(02)
[2]UUV技术发展与系统设计综述[J]. 钱东,唐献平,赵江. 鱼雷技术. 2014(06)
[3]流体传动中的压力损失分析与计算[J]. 马宪亭. 流体传动与控制. 2010(04)
[4]三级同步液压缸设计与仿真研究[J]. 奚永新,徐兵,傅新,杨华勇. 液压与气动. 2004(07)
[5]军用水下无人航行器[J]. 赵海东. 国防技术基础. 2003(02)
博士论文
[1]含能量守恒方程的可压缩流体力学数学理论的研究[D]. 边东芬.中国工程物理研究院 2014
[2]液压弹射机构设计及其关键控制元件的研究[D]. 赵伟.浙江工业大学 2013
本文编号：3599947
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(23)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
级同步式液压弹射缸及蓄能器Fig.2Cylinderandaccumulatorwithtwostagesynchronoushydrauliccatapult
采用2级液压缸，一定程度上降低了液压缸的轴向长度，减小了弹射装置所占的空间。3级或4级同步油缸压力控制困难，难以在弹射过程中对器材弹射运动规律施加控制，综合评估，采用2级同步式结构，是弹射油缸的最优选择[8]。如图4所示，2级同步式液压缸一级活塞采用遮蔽圆孔面积，对进入活塞的流量进行控制，同时二级活塞采用4组阶梯孔对流入的流量进行控制，二级活塞采用差动式活塞结构，并在活塞运动末端采用3组阶梯孔构成短笛型缓冲结构，液压缸工作原理图如图5所示。图42级同步液压缸结构图Fig.4Structureoftwostagesynchronoushydraulic图52级同步式液压缸工作原理图Fig.5Workingprinciplediagramoftwostagesynchronoushydrauliccylinder3.2活塞式蓄能器建模活塞式蓄能器主要由液缸部分，活塞，气瓶3个部分组成，如图6所示。图6组合式蓄能器结构示意图Fig.6Structureofcombinedaccumulator活塞起到隔离气腔与液腔的作用，工作前，首先向气腔内预充一定量的氮气，充油时活塞向气瓶方向移动，使高压气压缩储存能量，工作时，气体膨胀并推动活塞快速运动，输出大流量油液。在Amesim软件中，使用可变气体容腔与可变液压容腔搭建如图7所示活塞蓄能器模型。3.3Amesim液压仿真模型在Amesim软件中分别搭建2级液压同步油缸与活塞式蓄能器模型，并采用液压管路进行连接。由于活·60·舰船科学技术第42卷
?莆?患痘钊?2倍。同理，在相同的时间内，二级活塞运动位移也近似为一级活塞2倍。图9为一级活塞腔及二级活塞腔内压力，对于2级同步液压弹射缸，二级活塞内压力远高于一级活塞压力，当液压系统工作压力达到30MPa时，二级活塞内峰值压力甚至达到60MPa。由于同步液压缸此项特性，在设计该类弹射油缸时，一方面应尽量减小系统工作压力，另一方面，应对同步缸级数进行控制，防止二级或三级活塞内压力过高，导致胀图7在Amesim中搭建蓄能器模型Fig.7ModelofaccumulatorestablishedinAmesim图8一级活塞及二级活塞运动速度曲线Fig.8Velocitycurvesofonestageandtwostagepistons图9一级活塞及二级活塞运动位移曲线Fig.9Displacementcurvesofonestageandtwostagepistons图10一级活塞及二级活塞腔压力曲线Fig.10Pressurecurvesofonestageandtwostagepistons图11一级活塞及二级活塞腔流量曲线Fig.11Fluxcurvesofonestageandtwostagepistons第42卷马翔，等：UUV用多级助推式弹射过程建模与仿真·61·
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下发射循环管路系统水动力性能的仿真分析与验证[J]. 黄垂兵,许金,杨琼方,张晓平,郑欣良. 海军工程大学学报. 2019(02)
[2]UUV技术发展与系统设计综述[J]. 钱东,唐献平,赵江. 鱼雷技术. 2014(06)
[3]流体传动中的压力损失分析与计算[J]. 马宪亭. 流体传动与控制. 2010(04)
[4]三级同步液压缸设计与仿真研究[J]. 奚永新,徐兵,傅新,杨华勇. 液压与气动. 2004(07)
[5]军用水下无人航行器[J]. 赵海东. 国防技术基础. 2003(02)
博士论文
[1]含能量守恒方程的可压缩流体力学数学理论的研究[D]. 边东芬.中国工程物理研究院 2014
[2]液压弹射机构设计及其关键控制元件的研究[D]. 赵伟.浙江工业大学 2013
本文编号：3599947
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