基于ADAMS的适配器发射扰动分析论文_郑榆淇1,毛勇1

摘要：采用适配器发射方式会对导弹发射扰动产生较大的影响，本文基于多体动力学理论建立了刚柔耦合的ADAMS模型对导弹发射过程中扰动变化进行了分析，获得了发射中扰动的变化规律，结果表明发射过程中角速度的变化具有一定的规律，与适配器安装位置相关；发射角度的变化会对发射扰动产生影响。

主题词：适配器 发射扰动 动力学

1引言

发射扰动参数是弹道设计、指挥控制方案设计和飞行控制方案设计的重要初始数据，因此发射扰动计算准确与否将直接关系到武器系统的总体设计精度。与传统的导轨式发射方式相比，采用适配器发射方式能有效减轻发射筒总质量，提高导弹联装密度，同时降低发射筒的加工和装配难度，从而降低研制生产成本[1]，故对适配器发射方式的扰动产生方式的分析具有重要意义。本文采用有限元分析软件MSC.Patran建立了发射筒及发射架的有限元模型，分析导弹的离筒扰动；采用多体动力学分析软件ADAMS作为仿真手段[2-3]，分析发射过程中扰动产生机理及变化过程。

2计算模型

影响导弹发射扰动的主要因素有：发射装置（含发射架、发射筒）的刚性、适配器发射方式、固体火箭发动机高低温工作状态等。根据以上特点可知，整车的刚性都会影响导弹的发射扰动，要想精确的计算导弹的发射扰动，必须对整车建立系统级发射动力学模型；而整车功能和结构比较复杂，要进行准确的发射动力学分析具有较大的技术难度，故对整车模型进行了简化，只建立和发射密切相关的导弹、适配器、发射筒及发射架模型，其中导弹和适配器采用刚体模型，发射筒及发射架构建了有限元模型，并进行了如下装配：

a)导弹与适配器间为接触约束，其中导弹与适配器之间设置有弹簧；

b)适配器和发射筒之间为接触约束；

c)发射筒通过筒支脚和发射架连接，其中前支脚和发射架为球铰接连接，后支脚和发射架固连；

d)发射架后端和大地固连。

装配好的刚柔耦合模型如图1所示。为减小单元数量，提高计算速度，在有限元模型建立时充分使用了一维、二维和三维单元相结合的方式，建立好的有限元模型单元共计23467个，节点共计54216个。

图1 发射动力学模型

根据适配器的结构。材料及弹簧的特性，仿真分析采用的参数如表1所示：

表1 参数设置

在适配器发射方式中，导弹和适配器、适配器和发射筒之间皆为接触约束，从而材料接触参数对适配器发射仿真尤为重要。通过查阅材料相关资料，并采用多刚体模型进行了多轮的反复验算，对接触参数中的数据进行了调整，最终确定的接触参数如表2所示。

表2 材料接触参数

3仿真结果分析

对仿真环境（各个部件）施加重力加速度，对导弹施加发动机推力，此时已完成发射动力学模型的建立，可进行仿真。仿真过程中，导弹的位移情况如图2所示。

图2 仿真计算过程位移情况

导弹发射扰动会随着发射角变化而改变，采用相同发动机推力数据分别对10°～60°的不同发射角度的工况进行仿真分析。

图3 各发射角的俯仰角速度变化曲线

各角度仿真工况的俯仰角速度如图3所示，从图中可以看出，各角度的发射扰动的具有相同的变化规律，随着导弹的运动，俯仰角速度先逐渐增大，到达一个峰值后，扰动角速度又减小产生一个波峰，随后又增大，该变化规律与适配器的运动相关。在导弹运动的初始阶段，导弹在发射筒内处于前中后三组适配器的约束状态，随着导弹运动，导弹在重力作用下以前适配器作为支点低头旋转，俯仰角速度增大；随着前适配器离筒，导弹受到中后适配器的约束，导弹在重力作用下以中适配器作为支点继续低头旋转，随着导弹质心位置离开发射筒，扰动角速度到达最大随后减小，并在中适配器离筒时到达波峰；随后导弹在筒内只有后适配器的约束，重力作用大于约束作用力，扰动角速度再次增大，并在导弹离筒时达到最大。表明了发射过程中俯仰角速度变化与适配器安装位置相关。

从图3中还可以看出随着发射角度的增大，扰动角速度的波峰变小，同时离筒时刻的俯仰角速度逐渐的变小，这是由于发射角度的增大，重力在沿发射方向的分力减小，即造成导弹低头的作用力减小，波峰及离筒角速度也随之减小。

4结论

通过搭建刚柔耦合的ADAMS模型对采用适配器发射的导弹发射扰动进行仿真分析，分析结果表明发射过程中的俯仰角速度变化与适配器的安装位置相关，同时增大发射角度能有效的减小离筒扰动，分析结果可为工程设计提供一定的参考。

参考文献

[1] 唐萍，朱成贤等.适配器发射技术.计算机辅助工程，2013

[2] 陈大雄，瞿军.基于ADAMS对某导弹适配器的动力学仿真.舰船电子工程，2015

[3] 高强，白静等.分离力作用点位置和风速大小对适配器分离影响研究.导弹与航天运载技术，2013

论文作者:郑榆淇1,毛勇1

论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期

论文发表时间:2020/5/6