基于多体动力学的车载导弹系统行进间发射动力学分析*

2020-03-30赵宸扬王化政

弹箭与制导学报 2020年5期

赵宸扬,姜毅,王化政

(1 北京理工大学宇航学院，北京 100081； 2 北京机械设备研究所，北京 100854)

0 引言

为了适应快节奏、高密度、纵深范围大的现代防空战场，行进间发射技术是防空导弹发射的一个重要发展方向。文献[1]建立了某车载导弹垂直发射系统动力学模型，对无牵引车和有牵引车两种情况下的发射动力学进行研究。文献[2-3]采用多体动力学方法，分别分析了各种环境因素、路面和速度对行进间发射的影响。

本文基于Adams多体系统动力学软件，搭建高精度的轮胎、路面模型；同时考虑车底盘、导轨等关键结构件的柔性变形，建立了车载导弹系统的刚柔耦合动力学模型，对行进间发射动力学进行了仿真分析，为提高该系统发射稳定性和发射安全性提供支撑。

1 车载武器系统建模

1.1 系统组成与建模假设

轮式战车行进间发射系统分成发射装置和车体部分，上装发射装置固定在发射车车架中部，包括发射箱、弹射装置、导弹、导轨和闭锁结构等；车体部分包括载车本体、车大梁、副车架、独立悬挂系统、车轮、油箱、发动机、车轴以及工具箱等多个结构部件。其主要拓扑连接如图1所示。

图1 轮式车载武器系统主要拓扑连接

车载防空导弹行进间发射时的受力以及运动特性比较复杂，为了描述武器系统在行进间发射时的动力学特性，特作如下假设：

1)不考虑固定、滑移、转动等连接铰的间隙，均设为理想约束；

2)独立悬挂系统用等效弹簧阻尼模型替代；

3)除发射车底盘、导轨为柔性体外，其余部件均为刚体；

4)不考虑发射过程中导弹的变质量特性。

1.2 柔性结构建模

考虑到系统各结构特性对发射过程的影响程度，对整车模型中的底盘和导轨结构部件进行柔性化处理，主要包括两个步骤：

1)利用有限元分析软件对部件实体模型进行结构化网格划分，对附着点(施加力与约束副的外部节点)和柔体与相邻部件实际连接区域内的节点建立梁单元或者刚性连接，对有限元模型进行模态计算得到模态中性文件(.mnf)；

2)在Adams软件中导入上述文件生成柔性体模型，根据其与相邻部件的连接关系，对外部节点施加约束。

1.3 轮胎建模

Adams软件提供了多种轮胎模型，考虑行进间发射动力学问题的特点，采用FTire轮胎模型[4-5]，FTire模型以刚性环刷子模型和柔性环模型为基础，结合有限元思想发展，具有高度的非线性，能较准确反映路面不平度激励下的轮胎动态特性。FTire模型利用一个具有径向、切向、侧向刚度的弹性环描述轮胎带束层结构，弹性环由若干质量单元以及连接质量单元的非线性弹簧阻尼系统组成,不仅可以描述胎体径向振动变形，也能够满足行进间射击数值计算对轮胎侧偏特性的要求。在此基础上，该模型还引入了非线性摩擦力模型，其摩擦系数为压力和滑动速度的函数。另外，对于频率达到120 Hz的短波不平路面，FTire模型仍然具有较好的适用性。