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1、摘 要 本论文对悬挂物弹射系统进行研究，系统分析了国内外悬挂物弹射系统的研究现状，建立了弹射系统在温度和压力耦合场作用下的数学物理模型，并以经典内弹道学和气体动力学为基础，编写了弹射系统动力学仿真程序。通过动力学仿真计算，得到两种弹射系统气体动力学的一系列结果曲线，从理论上得到了模型内气体动力学结果，作为后续深入研究与实际使用的参考。以气体动力学的结果为基础，利用ANSYS有限元分析软件对论文所建立的模型进行有限元分析，在热力耦合载荷的作用下得到其耦合应力值。对于单级活塞模型，根据有限元仿真结果得到其壁厚对产生耦合应力值大小的影响；同时，分析不同参数对三级活塞模型产生的耦合应力值的影响，主要考
2、虑到抛放弹型号、调节阀孔直径大小、有无降压装置等几种不同情况的影响，并分别得到它们的规律性，为以后的实际生产提供理论参考。对三级活塞弹射装置的降低燃气压力峰值的三种降压方案进行了热应力和压应力耦合场作用下的有限元数值仿真和动力学仿真研究，并对结果进行分析，两种仿真的结果都表明：该三种降压方案是合理可行的。 关键词： 弹射系统，多场耦合，有限元分析，仿真lwAbstractThis paper researches the Stores launch system. The current research situation of the Stores launch system in the
3、 world systematically is analyzed in the beginning of this thesis. The mathematical-physical modeling of the launch system under the coupled fields, temperature and pressure, is established. And base on the Classical Interior Ballistics and the Gas Dynamics, the simulation program is written in this
4、 paper.By the simulation program, we get a series of results of Gas Dynamics for two different models mentioned above. These results can be the reference for the following study and practical use.The Finite Element Analysis of the model using the ANSYS software based on the Gas Dynamics results, and
5、 the coupling stress value of the model that is subjected to the Thermo-mechanical Coupling is gotten. For single-stage piston model, according to finite element simulation results, the effect of the wall-thickness on the coupling stress value is received. For the three-stage piston launch system, d
6、ifferent parameters, including the type of the ammunition, the size of the control valve diameter and having the dropping equipment or not, have different effect on the coupling stress value, and then put forward their laws, which can be the theory reference for the practical production.The Dynamics
7、 study and the Finite Element Analysis of the coupled fields on the three decompression devices which can reduce the press of the three-stage piston launch system put forward several results, and these results show that the three decompression devices are reasonable.Key words: Launch system, Coupled
8、 fields, Finite Element Analysis, Simulation目 录摘 要IAbstractII1绪论11.1引言11.2 国内外发展现状及趋势21.2.1 国外悬挂发射技术状况221.2.2 国内悬挂发射装置状况31.2.3 国内外发展趋势41.3 国内外对悬挂物弹射系统的仿真研究方法41.4 论文主要研究工作介绍52 课题研究计算所建立的数学物理模型72.1 单级活塞弹射装置72.1.1 单级活塞弹射装置组成及结构72.1.2单级活塞弹射装置工作原理102.1.2.1 燃气通路模型及系统整体工作原理102.1.2.2 弹射筒工作原理112.2 三级活塞弹射装置11
9、2.2.1 三级活塞弹射筒结构122.2.2 降压装置的三种方案122.3仿真计算的数学物理模型142.3.1高压室基本方程142.3.1.1基本假设142.3.1.2 高压室方程的建立152.3.2 低压室基本方程182.3.3 弹射筒基本方程192.3.3.1 单级活塞弹射装置弹射筒基本方程192.3.3.2 三级活塞弹射装置弹射筒基本方程212.3.4 燃气管路流动方程242.3.4.1燃气管路流数学模型11 12242.3.4.2燃气管路流模型的数值解法8 910253 课题模型动力学仿真计算273.1 课题模型基本参数273.1.1 燃烧室基本参数273.1.1.1 火药参数273.
10、1.1.2 燃烧室参数273.1.2 调节阀和导气管参数283.1.3 弹射筒参数283.1.4 悬挂物参数293.2 仿真计算结果293.2.1 燃烧室计算结果303.2.1.1高压室计算结果303.2.1.2 低压室压力曲线313.2.2单级活塞仿真计算结果313.2.3 三级活塞弹射装置无降压装置结果323.2.4三级活塞弹射装置三种降压方案结果分析333.2.4.1 三种方案可行性数值结果分析333.2.4.2 A1型降压装置仿真计算结果分析343.2.4.3 A2型降压装置仿真计算结果分析353.2.4.4 B型降压装置仿真计算结果分析363.2.4.5 C型降压装置仿真计算结果分析
11、374 大行程低过载弹射系统软件的设计与使用394.1 软件包运行环境394.2 软件包运行流程图394.3 软件包运行过程394.3.1软件的主窗体394.3.2软件的机构计算菜单415 有限元分析仿真475.1 有限元法概述475.2 ANSYS软件介绍485.3 有限元法的基本步骤485.4 课题中所用到有限元单位制换算505.5 课题有限元问题描述515.6 单级活塞有限元分析515.6.1 单级活塞有限元模型建立515.6.2 材料选择525.6.3 单元类型选择525.6.4 网格划分535.6.4.1网格划分的基本原则535.6.4.2 课题模型网格划分545.6.5 施加载荷与
12、边界条件555.6.6 ANSYS有限元结果分析555.6.6.1温度最高时刻应力和压力最大时刻应力比较555.6.6.2 单级活塞壁厚对应力大小影响研究565.7三级活塞有限元分析575.7.1 三级活塞模型建立与网格划分575.7.2 内活塞有限元结果分析575.7.2.1 不同情况对内活塞产生耦合应力的影响585.7.3 外活塞有限元结果分析615.7.3.1 不同情况对外活塞产生耦合应力的影响615.8 有限元结果综合646 结论67致 谢69参考文献711绪论1.1引言自人类社会进入二十世纪九十年代以来，世界整体形势较为和平。然而，各类局部战争依然不断，世界各地不断爆发小规模的局部冲
13、突。为取得现代战争的空中优势，世界军事强国争先提高飞机的整体性能，增加进攻和防御能力。机载悬挂物发射系统作为现代飞机武器系统中的一个重要组成部分，由于起重要作用而得到快速发展。悬挂物发射装置是机载武器系统中的一个重要组成部分，是用来支承悬挂物并完成某些射前准备、瞄准、跟踪目标，当其与制导系统组成一体时，能引导离机的悬挂物及时准确地达到预订目标。对机载悬挂物发射装置来说，均系带弹航行；对机动式地面发射装置来说，有的不带弹，有的还能完成短途或长途载弹行军。悬挂物发射装置的作用：（1）发射装置实现空空悬挂物在载机上的悬挂，保证炸弹悬挂物类武器正常可靠地随机飞行。（2）在悬挂物随机飞行期间，发射装置要
14、能承受本身和悬挂物所传递的各种载荷（静、动和热载荷）的综合作用，而不会发生结构损坏和不允许的结构变形。（3）发射装置要在载机的所有挂飞过程（包括载机载悬挂物起飞和着陆过程）内能够可靠地锁住悬挂物，而不发生任何释放悬挂物的现象。从目前世界各国的实际情况看来，飞机的机载悬挂物发射方式，可以分为四类：（1）导轨式：该方式是指悬挂物靠自身发动机的推力脱离载机。悬挂物发射时，其初始运动受到约束和引导，并在发射离轨时，赋予悬挂物以轨道所限定的初始航向。由于这种发射方式具有明显的发射初始定向效果，因而发射一些质量较轻的悬挂物时，采用这种发射方式。（2）投放式：该方式的特征是悬挂物靠自身重力离机后，经过一定延
15、时，再点燃悬挂物的发动机。（3）支撑式：该种发射装置是一种没有导轨，仅仅悬挂支撑作用的一种发射装置，又称零长式发射装置。（4）弹射式：该方式的特征是悬挂物靠发射装置弹射系统施加的弹射推力脱离载机，悬挂物上发动机在悬挂物脱离载机一定距离后再点火。目前，隐形、机动性等等多个方面的因素对新一代战斗机来说是十分重要的，从而机载悬挂物的保形外挂和高密度内挂就十分的重要，而这两项技术的实现均要求采用弹射发射方式。弹射发射方式现已成为一种主要的机载悬挂物发射方式，它有如下四个特点1：（1）减少气动阻力飞机携带悬挂物时，其气动外形、重量、重心位置和惯距都要发生变化，特别是在悬挂物较重、体积较大和离重心位置较远安装时，变化更大。这些变化对载机飞行品质的影响不容忽视。为克服这些影响，须合理调整悬挂物的配置位置和安装形式，如采取半埋安装或保形安装形式。在这种安装条件下，采用弹射发射装置弹射导弹，可以较好的解决导弹搜索和跟踪目标问题，并保证导弹发射离机。（2）避免燃气流影响飞机在空中发射悬挂物时，处
