某型不平衡式发射装置泄放提前对出管速度的影响

王学美，周农旭

(1．武汉船用机械有限责任公司，湖北 武汉 430084;2．海军驻武汉461厂军事代表室，湖北 武汉 430084)

某型不平衡式发射装置泄放提前对出管速度的影响

王学美1，周农旭2

(1．武汉船用机械有限责任公司，湖北 武汉 430084;2．海军驻武汉461厂军事代表室，湖北 武汉 430084)

通过简化气动不平衡发射原理，建立数学模型通过仿真计算得出不同发射深度及不同提前泄放距离对武器出管速度的影响程度，为空气发射系统阀件的陆上或艇上联调试验时的安全对水深状态调整仪的调整提供判断依据。

泄放点;出管速度;安全出管

0 引言

气动不平衡发射原理是指在发射过程中直接利用发射气瓶内贮存的压缩空气将武器推出发射管，因此发射气瓶内贮存的空气除了满足推动鱼雷和发射管内环形间隙的海水及克服鱼雷运动过程的摩擦阻力和迎面阻力所需的能量外，还要保证克服潜艇航行深度变化对管内武器产生的背压所需的能量及回收管内废气的能量，即发射气瓶内贮存的能量取决于发射时鱼雷的运动速度和发射深度。气动不平衡式发射装置的特点是结构简单，布局方便，适合中小型潜艇布局，但由于发射气瓶内贮存的能量随深度的增加而增大，舱室增压也随深度的增加而增大，武器出管速度不稳定即保证武器安全出管所需的能量控制难度大。最具代表性的气动不平衡式发射装置应属俄罗斯研制设计某型气动不平衡式鱼雷发射装置，其最大发射深度可达240 m，工作原理见图 1［1］。

无泡系统作为气动不平衡式发射装置的重要组成部分，其作用主要有2点：一是无倾差性，即为了保证艇体的平衡，减小发射武器对艇体的扰动，在武器出管的同时，回收一定量的海水;二是无泡性，即为了保证发射时不暴露目标，在发射后回收发射所用的空气，以达到无泡发射的目的［1］。

图1 气动不平衡式发射装置工作原理图Fig.1 Pneumatic imbalance launcher working schematic

由于发射深度的不同，要求有不同的泄放阀打开时刻和持续时间。如果泄放阀打开时刻过早，不能保证鱼雷能以足够的速度出管，甚至会造成“座雷”现象，即鱼雷由于管内速度不够被海水推回管内，威胁到潜艇的安全;如果泄放阀打开时刻过晚或打开持续时间过短，不能保证发射空气能全部收回，无法满足无泡性要求，影响潜艇的隐蔽性。本文通过仿真计算研究泄放点提前对武器出管速度的影响程度。

图2 泄放阀开启时鱼雷行程与深度的关系Fig.2 Relation between the depth and torpedo stroke as the relief valve open

1 建模理论

气动不平衡式发射装置以压缩空气作为发射初始动力，而高压压缩空气变质量状态变化是非常复杂的非线性热力变化过程，为了便于建立某型发射装置的数学模型，作如下假设：

1)气体满足理想气体状态方程;

2)气体流动是绝热等熵流动，满足气体绝热状态变化方程;

图3 泄放阀开启时间与深度的关系［2］Fig．3 Relation between the depth and time for the opening of the relief vavle

3)变质量系统温度场为均匀场。

基于上述假设，在建立发射阀的数学模型过程中，主要采用的热力学和流体动力学理论为：

1)热力学第一定律

式中：Q为热力系统与外界交换的热量;W为热力系统对外所做的功;ΔE为热力系统总能量的增加。

2)可逆过程熵增定律

式中：dS为热力系统熵的变化;dQ为热力系统热量的变换;T为热力学温度。

3)理想气体状态方程

式中：p为绝对压力;V为气体体积;T为热力学温度。

4)气体连续性方程

式中：ρ为气体密度;v为气体流动速度;A为气体流道截面积。

5)伯努利方程

式中：v为气体流速;g为气体比重;z为位置高度;h为摩擦阻力引起能量损失。

2 数学模型

3 仿真结果

根据方程组(6)～(28)编制计算程序，具体程序略，仿真结果如下。

3.1 泄放阀在理论泄放时机开启时的出管速度

图4～图9为发射深度为10～240 m时，随发射深度的变化，泄放阀在理论泄放时机开启时的出管速度。从100 m开始，发射深度越大时，出管点速度有下降倾向。

3.2 泄放阀提前开启时的出管速度分析

当在泄放点提前时，发射气瓶中的高压空气经发射阀特形孔继续进入发射管，进入发射管的高压空气继续膨胀作功推动武器前进，同时一部分能量通过泄放阀排到舱室，此时输入的能量(高压空气膨胀作功)大于泄放阀排出的能量与克服武器前进的各种阻力之和，故武器速度会继续增加。但随着时间推移(在发射阀关闭前)，输入的能量(高压空气膨胀作功)等于泄放阀排出的能量与克服武器前进的各种阻力之和时武器速度达到最大值。随着时间继续推移(在发射阀关闭后到泄放阀关闭前)，输入的能量(高压空气膨胀作功)小于泄放阀排出的能量与克服武器前进的各种阻力之和时武器开始减速。从图10～图15曲线可以看出，在100 m深度以上，泄放点提前1～2 m以内时，出管速度降低明显，而2 m以后其下降渐趋平缓;在100 m深度以下，泄放点提前1～2 m以内时，出管速度降低不是特别明显，而2 m以后其下降加剧;如果泄放点提前到3 m左右时，其出管速度随深度的增加而急剧降低。

4 结语

仿真计算结果表明，如果发射阀开启正常时，当泄放点提前1～2 m以内时，武器出管速度基本能满足安全出管的要求。如果继续提前(3 m甚至更多时)，武器出管速度急剧降低甚至会反向运动(即出现“座雷”现象)。

在进行气动不平衡式发射装置空气发射系统阀件的陆上或艇上联调试验时，为保证安全，首先应进行水深状态调整仪的调试，使其满足规范要求;其次，对发射阀进行调试(空放、水放)，使其满足规范要求;最后进行发射武器的试验。

［1］许彪．某装置水深状态调整仪研究［D］．武汉：华中科技大学，2009．

［2］穆连运，马亮，高洪林．877、636型潜艇鱼雷发射装置和装填装置原理与维修［M］．海装舰技部．

Research on muzzle speed influenced by pre-discharging based on imbalance torpedo launcher

WANG Xue-mei1，ZHOU Nong-xu2
(1．Wuhan Marine Machinery Co．Ltd，Wuhan 430084，China;2．The Naval Representative Department in No．461 Plant，Wuhan 430084，China)

In this paper，a mathematical model is established．Through the simulation of the model，results of the muzzle speed of weapons influenced by different launching depth and different discharging point based on imbalance launching principle are obtained．The result provides judgment basis for valves of air launching system on land or submarine is carrying out．

discharging point;muzzle speed;safely tube

TJ430．3+6

A

1672－7649(2012)07－0079－05

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.07.017

2011－10－24;

2011－12－14

王学美(1970－)，男，研究员，主要从事发射装置研究。