某轮式空降战车模拟着地冲击试验方法研究

冯 宇， 于广春， 吴增斌， 左振玉

(1.陆军装甲兵学院， 北京 100072；2.中国北方车辆研究所，北京 100072； 3.陆军试验训练区基地第四试验训练区， 北京 100072)

在某轮式空降战车的研制过程中，需要对车辆的空投适应性进行试验考核，以验证其是否满足空投的要求.采用试验样车按照实际空投流程进行空投的方法，可以全要素、全方位地对车辆的空投适应性进行考核，但该试验方法受运输机、空投货台、气候等诸多因素影响，任何环节出现问题均会影响最终的试验结果，因此，该方法对试验条件要求高，试验组织难度大.此外，由于该试验需动用运输机、占用专用试验场地以及大批试验保障人员，因此试验费用高、周期长.综上所述，该方法不适于车辆研制过程中的早期试验考核，更适于技术状态鉴定过程中的定型考核阶段.

对整个车辆空投全过程分析可以发现，车辆工况最恶劣的环节是车辆着地冲击的过程.根据之前的类似车辆试验数据来看，车辆着地时所受冲击最大，峰值加速度可达20 g，持续时间约为200～300 ms[1].因此，考核车辆的空投适应性重点是考核车辆的抗着地冲击性能.如何通过模拟车辆着地时所产生的冲击，并将其施加在车辆上，将成为本次试验方法研究的重点.

1 空投边界条件分析

某轮式空降战车采用的是某无货台空投系统，该系统充分利用轮式装甲车自身的承载能力，通过机构设计实现缓冲系统与车辆的快速装卸.具备重量轻、效率高、准备工作简单等特点.

该型空降战车的空投工作过程主要分为4个阶段：①牵引伞将战车牵引出机；②辅助引导伞将主伞打开；③为主伞打开，底板释放，气囊充气；④战车着陆，气囊开始缓冲并压缩排气，着陆后，主伞分离.

缓冲系统由垫板、前后梁、气囊(含辅囊)和底板等组成，见图1.安装时，首先将垫板与车辆连接，然后，将装配好前后梁和底板的气囊安装在车辆底部.缓冲系统工作时，底板释放并打开气囊.在系统下落过程中，气囊充气并保持形状，底板触地后底部进气口封闭，车辆压缩气囊开始缓冲至车辆完全着地，气囊压缩时，主气囊的气体排向辅囊，达到一定气压后，气体通过辅囊排气口排出[2]，气囊压缩过程见图2.

图1 缓冲系统结构

图2 缓冲系统气囊压缩工作过程

综合分析整个战车空投过程中的受力以及已有装备的试验结果，可知车辆着地时所受的冲击应是空投过程中的最大载荷.在不考虑地面倾斜度和水平速度的前提下，地面给车辆的冲击是垂直向上的[3].

虽然战车空投是一个很复杂的过程，但从受力的角度来看只需对车辆着地冲击的过程进行试验，即可验证整车空投过程中的抗冲击性能.根据伞降平台的能力、以往车辆的实测数据以及相关要求，战车空投时的着地速度应控制在6～8 m/s.空投平台只要将车辆底甲板的冲击加速度控制在20 g以内，则该空投试验即被认为成功.

综上所述，可以将战车空投过程中的边界条件总结如下：

1)车辆着地时的冲击载荷应为空投中的最大冲击载荷，且该载荷垂直向上作用于底甲板；

2)车辆的着地速度为6～8 m/s；

3)车体底甲板的冲击加速度≤20 g.

2 模拟着地冲击试验方法设计

根据边界条件的约束，只要将战车按照空投状态配装好缓冲装置，将着地速度控制在6～8 m/s，场地相对平整，即可对车辆的抗着地冲击性能进行考核.

现设计具体试验方案为：采用吊车将装好缓冲系统的车辆连接在专用冲击用遥控脱离锁上，遥控释放.在车辆释放之前，缓冲气囊已经充满空气，车辆及缓冲系统自由落体着地.模拟着地冲击试验方案见图3.

采用车辆着速最恶劣工况进行控制，选取着陆速度为8 m/s为控制值.

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(1)

根据方程(1)，求得H=3.2 m，即气囊中部距离地面高度为3.2 m.

图3 模拟着地冲击试验方案图

在进行模拟着地冲击试验的同时，还需对车辆主要关键部位进行冲击加速度测试.一方面检测车体底甲板位置的冲击加速度值，以评判试验的有效性；另一方面记录车辆关键部位的冲击加速度值，可为后续设计工作进行数据积累，提供设计依据.

冲击过载测试主要是采用“时间-过载”曲线来判别.本试验采用的测试设备为DH-7816数据采集器(采样频率为1 kHz)、过载传感器(40 Hz低通滤波).

按照试验评判和数据积累的需求，在车辆的指定位置安装过载传感器，传感器感受的物理信号转化为电信号传送到数据采集器并存储，最后通过专用软件得出“时间-过载”曲线.

3 试验结果分析

本次模拟空投试验所使用试验场地为平坦砂石地，模拟冲击瞬间图像见图4.

图4 车辆着地瞬间图像

试验后，首先应对底甲板中心位置的测试数据进行分析，以判断试验是否成功，车体底甲板中心位置冲击曲线见图5.

图5 车体底甲板中心位置冲击曲线图

从图5可知，本次试验底甲板中心位置着地冲击峰值加速度为17.451 g，冲击作用时间为231 ms.冲击峰值≤20 g满足要求，冲击作用时间满足200～300 ms要求.从具体试验数据曲线来看，本次冲击的波形基本可分为4段.①缓冲装置着地缓冲气囊闭气缓冲阶段，随着气囊内气体不断被压缩，其内部压力逐步升高，并作用在车体的底甲板处，曲线为正向增长，峰值为5.241 g.②当缓冲装置气囊内的压力达到一定值时，气囊侧部排气口打开，气囊内压力下降，车体底甲板的冲击加速度随之下降.③车体着地，车体底甲板的冲击加速度快速提升，直至达到本次冲击的峰值.④车体完全着地后，车体底甲板处的加速度急速衰减直至见为0.对试验曲线进行分析，本次试验底甲板中心位置的冲击加速度与缓冲装置的工作过程相符，可以判定本次模拟着地冲击试验成功.

表1给出了本次试验中各测点的冲击加速度峰值和作用时间.其中位于首上甲板散热器位置为本次测点中冲击值最大点，达到了23.72 g.但从试验后的检查来看，该位置车体及散热器均完好，证明其设计能够满足车辆的空投冲击要求.

表1 各测点测试结果

4 结论

通过对车辆空投过程的研究与分析，确认车辆着地冲击过程为整个空投过程中最为严酷的环节.根据车辆着地冲击过程的受力分析，设计了车辆的模拟着地冲击试验，并开展实际模拟空投试验.试验结果，表明该试验方法可有效地对车辆着地过程进行模拟，可信度较高.通过该方法能很好地对车辆的抗着地冲击性能进行考核，而且试验条件较实装空投要求低，可操作性强且环境条件易于控制，可大幅提高试验的迭代次数，节省试验费用，具有较高的实际意义.