液压平衡式水下武器发射系统仿真分析

　　引言

　　液压平衡式武器发射装置利用水压平衡原理,发射时武器处于水深压力相平衡的系统中,消除海水静压的影响,理论上可以实现任意深度的武器发射,其能量消耗基本不随发射深度的增加而增加,在某种特定条件下,发射深度越大,平衡性能越好,而且在平衡发射时[1],压缩空气不进入发射管,完全没有空气泄漏到海水中的可能,确保了发射的无泡性,因此被世界各型潜艇广泛采用,是目前装备潜艇(特别是大中型潜艇)性能最优,数量最多的发射装置。

　　对于潜艇水下武器发射系统的物理特性,特别是液压平衡式发射系统的发射过程的研究还有待完善,系统数学模型的研究还有待加强,为实现发射系统各部件的优化设计,应兼顾各方面的需求。有学者已经给出了气动不平衡式发射系统的数学模型与仿真[2],在此基础上,针对平衡式发射的特点,文章给出了液压平衡式发射系统的数学模型。并采用Simulink仿真工具实现了发射过程的全系统仿真,仿真过程中可以方便快捷地观察到武器发射过程中各个部件物理参数的动态变化,为系统噪声产生机理分析提供基础,进而为系统的优化设计提供一定的理论基础和有效的分析工具。本文也可应用于泵式液压平衡发射装置、电磁式发射装置等最新武器发射系统研制的建模仿真研究。

　　1　发射系统建模

　　液压平衡式发射系统其基本构成包括:原动力模块、液压转换模块、液压传递武器运动模块。其基本工作原理是通过原动力系统输出能量,在液压转换模块中将能量转换为高压海水的压能,然后在液缸中将建立的压差传递到武器上,对武器做功推动武器按照一定的弹道要求离开潜艇,如图1所示。

　　根据发射动力源的不同,可分为气动液压平衡式、泵式液压平衡发射装置、电磁式发射装置等,区别只是原动力的输出方式不同。气动液压平衡式发射系统是以存储在气瓶中的高压空气作为原动力,通过气液缸活塞的交互作用实现液压的转换,工程实现较方便,可以借鉴气动非平衡式发射系统建模仿真的成果,文章主要以该系统为例进行分析与研究。

　　图2给出了气动液压平衡式发射系统组成及工作原理示意图。

　　系统主要由发射气瓶、发射控制阀、气缸、活塞组件、水缸、发射水舱及发射管组成。当发射武器时,发射气瓶中的高压空气经过发射阀进入气缸推动气缸活塞向前运动,气缸活塞通过活塞杆拉动水缸活塞运动,水缸活塞把海水经发射水柜压到发射管中,受压海水产生抛射压力作用于武器,推动武器出管。

　　根据发射系统工作原理,结合武器发射实际情况,可建立发射系统各子系统的数学模型。由于工作介质海水的可压缩系数特别小,模型假设海水不