发射动力系统内弹道优化设计计算

2011-03-07陈庆贵齐强周源赵汝岩

舰船科学技术 2011年5期

陈庆贵，齐强，周源，赵汝岩

（海军航空工程学院，山东烟台 264001）

0 引言

燃气－蒸汽发射动力系统是潜射导弹实施冷发射的关键设备之一。它是以火药气体作动力源，以水作冷却剂和调节工质，形成燃气蒸汽混合工质作为推动导弹运动的工质。这种发射动力系统体积小、结构简单、安全可靠、内弹道性能稳定，且内弹道参数还可以随着喷入冷却水的多少进行调节，具有广泛的应用范围［1－2］。

本文从发射内弹道方程出发，并在其基本假设的基础上，做了进一步的假设和简化处理，建立燃气－蒸汽弹射内弹道优化设计的基本关系式［1］。

1 内弹道优化设计的基本关系式

1.1 燃气发生器工作时间和平均加速度系数n的确定

假设导弹在发射筒内作匀加速运动，则燃气发生器工作时间为

式中:tM为从点火到弹动所需时间;le为导弹行程;ve为导弹出筒速度;ε为选择较好弹道性能的修正量。

平均加速度系数

1.2 导弹运动阻力的计算

式中:z为摩擦力系数;xk为能量系数;fp为摩擦系数;Pt为发射筒内工质气体压力;P0为大气压力; St为弹横截面积;ρ为海水密度;h为发射深度。

1.3 发射筒内工质气体压力的计算

1.4 燃气与冷却剂流量规律的确定

燃气和冷却水的流量规律以及它们之间的混合比对内弹道参数及其性能的好坏有直接的影响。下面对汽化过程和过热过程分别推导燃气和冷却剂的流量规律以及它们之间的流量关系。为此，再作如下假设。

2）使汽化过程的干度满足如下关系:

5）发射筒内的燃气、空气、水蒸气均按理想气体处理。在上述假设基础上，分别讨论汽化过程和过热过程燃气和冷却水的流量规律。

1.4.1 汽化过程

冷却水流量方程为:

式中:Pt为工质气体压力;St为导弹横截面积;l0为初始容积当量长度;xp为压力系数;Ts=ts+ 273.15，ts为Pt压力下的沸腾温度;Rg为火药气体常数;Ra为空气气体常数;Rl为过热水蒸气气体常数。燃气流量方程为:

式中:x为干度系数;l为弹运动行程;A1～A7为相关系数，具体计算公式见参考文献［1］，在此不作详细说明。

1.4.2 过热过程

式中，B1～B7为相关系数，具体计算公式见参考文献［1］，在此不作详细说明。

2 内弹道设计计算举例

弹射内弹道优化设计是在给定内弹道设计要求和已知弹体参数、筒体参数、发射环境条件等情况下，通过对发射系统的工作过程以及导弹系统对发射系统提出的战术技术性能要求进行分析，并综合考虑内弹道设计方案优劣的各项标准，确定出最佳发射内弹道的方案，在此基础上初步确定出发射动力系统装置基本设计参数，然后用内弹道方程组来检验内弹道的主要设计指标，并修改有关结构诸元，直至满足设计要求［3］。

对于燃气蒸汽发射动力系统，基本设计参数如下:

1）燃气发生器有效工作时间t'e;

2）导弹离筒时进入发射筒的有效燃气量mge及其流量方案mg（t）;

3）导弹离筒时进入发射筒的有效冷却剂量mle及其流量方案ml（t）。

本文针对某型导弹发射装置有关参数及内弹道指标要求进行了内弹道设计并得出了相应的参数。