某型投放装置分离速度的仿真与研究
曹 亮,王清海
(海军驻洛阳地区军事代表室,河南 洛阳 471009)
摘 要： 通过对某型投放装置投放过程的理论分析，建立起各个阶段的数学模型，分别计算出气瓶压力、通气孔径、作动筒长度等参数对投放物分离速度的影响。研究发现，不同压力、不同通气孔径、不同作动筒长度对投放物分离速度均有不同程度影响，其中气瓶压力的大小对投放物的分离速度影响较大。
关键词： 投放装置；投放物；作动筒；分离特性；航空反潜装备
一、引 言
目前，我国航空反潜装备处于起步阶段，而美、日拥有几百架先进的P-8A、P-3C等大型反潜巡逻机。潜艇以“海底幽灵”杀手著称于世，它能够隐蔽于大洋深处，随时可以给对手以毁灭性的打击，然后又可以悄无声息地消失。美军的潜艇时不时地出现在我国南海、东海等海域，严重地威胁着我国的国家安全，为扭转这一严峻形势，尽快提升我军航空反潜的能力，迫切需要研制符合我军需要的反潜巡逻机及与其配套的某投放物的投放装置。
某投放物装在机舱内，在该投放物投放后但未离开机身蒙皮前，由于机身蒙皮外的风阻作用，当投放物的速度较低时，该投放物可能无法与飞机分离，影响飞机的飞行安全，因此，对该投放物在不同条件下的重点分离速度进行研究是很有必要的。本文研究的某投放装置以气投作为投放能源，重点对投放物的分离速度进行仿真分析和研究。
二、物理模型
某投放装置主要由气瓶、电磁阀、作动筒、投放物、单向阀、过滤器、管路等组成。其中，气瓶为作动筒提供作动能源，电磁阀实现气路的通断，作动筒实现对投放物有约束的投放并在高压气体的作用下使投放物产生一定的运动速度，单向阀对气瓶进行充气，作动筒与飞机蒙皮固定在一起。
投放装置的工作原理是给气瓶内充入一定的高压氮气，投放装置需要投放时，电磁阀打开，高压气体进入到作动筒内，推动投放物向下运动，当达到一定的速度后，穿过机身外的气流，使投放物安全分离。投放系统简化模型如图1所示。
图 1投放系统简化模型
三、约束条件
某投放装置正常投放的约束条件如下：(1)投放物外形：直径d=φ70mm，长度L=400mm，重量G=2000g；(2)气瓶容积V0=1L ；(3)作动筒内初始容积V20=0.1L；(4)机身蒙皮外风速u=139m/s 。
四、仿真分析
(一)理论分析
由牛顿第二定律得：
1.气瓶放气模型
气瓶放气过程时间很短，可将其视为绝热过程。假设气瓶初始压力为P 0，初始温度为T 0，t 时的压力为P 1，温度为T 1，由气体状态方程,可知气瓶内氮气质量为：
(1)
式中m 为气瓶内氮气质量,P 为气瓶内压力，V 为气瓶体积，T 为气瓶内氮气温度，R 为氮气常数，R =287N ·m /kg ·K
(2)第二阶段运动模型。在该阶段，由于风阻的作用，投放物承受航向力N ，N 的大小为：
(2)
将(1)带入(2)得:
(3)
由绝热过程方程得：
室早的消融需要进行耐心细致的标测，可以先粗略标测上、下、左、右四个位置，再沿着起源早的区域进行标测，并在可能的起源点进行详细标测。最理想的起源点为局限的一个点，往往消融这一点就能成功。对于心内膜消融有效，但停止消融后很快恢复的患者，需要考虑室早是否来源于心外膜。对于分支起源的室早，应该采用激动顺序标测，寻找室早时最领先的蒲肯野电位(P电位)，而不宜采用起搏标测。
(4)
其中，k 为氮气等熵指数，k =1.40
式中M 为投放物质量，b 为投放物横截面系数，Pa 为大气压力。
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将(3)、(4)联立得:
(5)
由(5)得：
当区块链中的数据彼此具有链接关系时，就有了某种可追踪性。以比特币为例，一个新生成的比特币交易中包含输入交易的哈希值，输入交易也是交易，也包含其输入交易，以此类推，可以直接推到多个铸币交易。那么，从铸币交易集合到新生成的这个比特币交易就形成了一棵树，树根是新生成交易，树上的任意一笔交易都与新生成的交易相关。然而，在不使用区块链技术的情况下，一个中心化的服务器也可以使用这种链式关系来形成其存储数据的可追踪性。因此，可追踪性只与具体的数据结构以及应用的语义有关系。
(6)
14时30分，以“传承红色基因、筑梦新时代；创新驱动发展、阔步新征程”为主题的军民融合论坛，在淮海宾馆二层会议室准时召开。解放军原总后勤部金盾书画院冯书田院长、刘伯承元帅之子刘蒙将军与国防科工局、兵器集团、山西省、长治市及陆海空军代表、老兵工家属及后代等百余人出席。我提前进入会场，找到位子就座。会场不大，但是早已高朋满堂。论坛由淮海集团董事长何清主持，他致辞后，播放了宣传片《铸剑》。该片全面、深刻、生动介绍了工厂从小到大的发展历程，在不同的历史时期，为国防事业作出了重要贡献。论坛分为3个议题。一、回顾历史，传承红色基因；二、经营政策，深化军民融合；三、科技引领，创新驱动发展。
作动筒的充气过程为一变质量系统的热力过程，假设作动筒的初始温度为T 20,初始压力为P 20，t 时的温度为T 2，压力为P 2，流入的质量流量为：
(7)
由(7)得:
(8)
作动筒容腔大小为V 2：
V 2=A 2X 2+V 20
(9)
其中A 2为投放物横截面面积，X 2为投放物在运动中的位移，V 20为投放物未运动前作动筒内的初始容腔。
（7）加强抚育措施，提高园林植物抗逆性。由于绿化工作一般都是在基础建设完成后进行，质量良好的土壤在建设过程中被回填和运走，绿化的土壤是贫瘠土壤，并已被建筑垃圾污染，因此，在建筑设计时，必须将清除建筑污染规划进去。在建筑完成后，建筑垃圾由施工队清除运走，禁止将其埋在地下或堆在绿地上，同时禁止在绿地排放污水、垃圾等。在栽植前充分考虑土壤肥力，贫瘠土壤种植绿肥，提高土壤肥力后再用于绿化；选择树种时最大限度地满足适地适树的要求，可通过除草、灌水、施肥、修剪、控水、控肥、挂设鸟箱、引进有益的昆虫和微生物等措施，提高林木生长势，增加林木抗逆性。
由(11) 、(12) 、(13)得：
投放物运动分为两个阶段，第一阶段是投放物从开始运动到投放物的下端面开始进入到机身蒙皮之前，投放物在该阶段几乎不受航向气流的影响，可以忽略不计；第二阶段是投放物下端面从机身蒙皮开始到投放物上端面完全从机身蒙皮脱出，在该阶段，投放物由于受到航向气流的作用，投放物与作动筒之间有一个摩擦力。
(1)第一阶段运动模型。由牛顿第二定律得：
由图5可知：在不同典型负荷分布状况中，随着中压线路上挂接负荷量的增加，LGJ-240线型中压线路的最大供电半径迅速降低。同时，在相同负荷量下，4种典型负荷分布情况下的最大允许供电半径由小到大依次为第④种、第③种、第②种、第①种；相同的负荷量下，负荷分布状况为“负荷集中于线路末端”情况时，最大允许供电半径将最小。
(10)
对于学生的作品的评价，我们美术教师容易走进两个教学误区。要么把学生的作品批评的一无是处，让学生没有一点自尊和自信。要么是对于学生的作品只是泛泛的评论，让孩子觉得茫然不知所措。其实，对学生作品的评价一定要恰当。对孩子的评价要有一定的标准，在色彩、构图、线条、内容方面进行适当的打分标准，然后根据我们的打分标准进行评价，同时，对于学生作品中富有创造力和想象力的创意部分，我们要给予加分鼓励。在经过一个阶段的学生的美术创作的实践过程中，我们要注意总结我们学生的优点，找出他们在创作的过程中遭遇的不足和缺点，对于我们的表现优异的学生，我们要给予物质和精神层面的鼓励。
2.作动筒模型
气体排出去的质量为：
作为能量源充电方案的前提，上述LBR路由方案保证了同一层内节点剩余能量的相对均衡.对于不同层的节点间剩余能量的均衡性，下面提出一种充电方案进行优化.
(11)
式中C 为投放物纵界面系数，ρ 为空气密度，A 2为投放物突出机身蒙皮与空气气流方向垂直的投影面积。
投放物与作动筒的摩擦力为F
图9是端电压法的实验波形。当开关S1和S2开通时,A相和C相导通,此时检测B相端电压,根据公式得ΔU1为负,即La>Lc,如图9(a)所示。当开关S5和S6开通时,C相和B相导通,检测A相端电压,根据式(12)得ΔU2为正,即Lb>Lc,如图9(b)所示。此时可以继续按照这一方法判断ΔU3的大小,进而确定La和Lb的大小关系,也可以直接通过式(8)与式(10)相减得
F =μN
(12)
为便于投放过程的理论分析，将投放过程分为三个阶段，并分别建立对应的数学模型。
(13)
3.投放物运动模型
(14)
由以上总结的微分方程组为：
(15)
(二)计算结果
1.气瓶压力对投放物分离特性的影响
本工程采用机械开挖，开挖到设计标高时，发现存在暗塘，且土层分布很不均匀，最深处为±0.000向下7.2m，暗塘的分布如图2。
图 2不同气体压力下投放物分离速度曲线
取气瓶内气体压力为单一变量，气瓶容积为1L，气瓶到与作动腔之间的通气孔径为φ20mm，分离行程为1000mm。利用Maltlab在压力分别为0.3MPa、0.6MPa、0.9MPa、1.2MPa对(15)微分方程组进行求解，得出分离时间和分离速度的关系，如图2所示。从该图可以看出：4条不同压力条件下投放物的分离速度变化较大，在0.1s时，当气瓶压力为0.3MPa时，悬挂物分离速度为11.2m/s；当气瓶压力为0.6MPa时，悬挂物分离速度为18.5m/s；当气瓶压力为0.9MPa时，悬挂物分离速度为23.9m/s；当气瓶压力为1.2MPa时，悬挂物分离速度为28.3m/s。在典型时间点0.1s时，压力每增加0.3MPa增加的平均离机速差达到5.7m/s。
2.不同通气孔径对投放物分离特性的影响
2.2 两组患者心室重构指标比较 治疗前，两组患者的心室重构指标均明显异常；治疗后，两组的心室重构指标均明显改善，且观察组改善程度较地高辛组更明显，差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。
取气瓶到与作动腔之间的通气孔径为单一变量，气瓶内气体压力为0.6MPa，气瓶容积为1L,弹射行程为1000mm。利用Maltlab在通气孔径分别为φ15mm、φ20mm、φ25mm、φ30mm时对公式(15)微分方程组进行求解，得出分离时间和分离速度的关系，如图3所示。
图 3不同通气孔径下投放物分离速度曲线
从该图可以看出：4条不同通气孔径条件下投放物的分离速度变化较小，在0.1s时，当通气孔径为φ15mm时，悬挂物分离速度为18.1m/s；当通气孔径为φ20mm时，悬挂物分离速度为18.4m/s；当通气孔径为φ25mm时，悬挂物分离速度为18.5m/s；当通气孔径为φ30mm时，悬挂物分离速度为18.5m/s。在典型时间点0.1s时，通气孔径每增加5mm时增加的平均离机速差达仅为0.13m/s。
3.不同作动筒长度对投放物分离特性的影响
取作动筒长度为单一变量，气瓶内气体压力为0.6MPa，气瓶容积为1L, 气瓶到与作动腔之间的通气孔径为φ20mm。利用Maltlab在作动筒长度分别为600mm、800mm、1000mm、1200mm时对(15)微分方程组进行求解，得出分离时间和分离速度的关系，如图4所示。从该图可以看出：4条不同作动筒长度条件下投放物的分离速度变化较小，在0.1s时，当作动筒长度为600mm时，悬挂物分离速度为17.7m/s；当作动筒长度为800mm时，悬挂物分离速度为18.1m/s；当作动筒长度为1000mm时，悬挂物分离速度为18.5m/s；当作动筒长度为1200mm时，悬挂物分离速度为18.9m/s。在典型时间点0.1s时，作动筒长度每增加200mm时增加的平均离机速差达仅为0.4m/s。
图 4不同作动筒长度下投放物分离速度曲线
五、结 论
不同气瓶压力、不同通气孔径和不同作动筒长度对投放物分离速度均有不同程度的影响。其中，气瓶压力的大小对投放物的分离速度影响较大，因此，可通过提高气瓶压力，显著改善投放物的离机速度，保证投放物离机的安全。
参考文献：
[1]陈卓如.工程流体力学[M].北京：高等教育出版社，2013.
[2]欧阳绍.固定翼反潜巡逻飞机[M].北京：航空工业出版社，2014.
DOI :10.19327/j.cnki.zuaxb.1007-1199.2019.03.010
收稿日期： 2019-03-11
作者简介：
曹 亮,湖南益阳人，工程师，研究方向为空空导弹、发射装置控制。
王清海,湖北钟祥人，高级工程师，研究方向为电气控制。
中图分类号： E926.38
文献标识码： A
文章编号： 1007-1199( 2019) 03-0073-06
(责任编校：王彩红，陈 强)