弹炮一体武器平台导弹发射架缓冲机构设计*

姚新科，张庆辉，徐宏斌，李 辉，程伟峰

(西安现代控制技术研究所， 西安 710065)

0 引言

车载弹炮一体发射平台集成了导弹的精准打击、高效毁伤能力，火炮的威力大、火力猛、反应敏捷等优点以及载车的高机动性[1-2]。但后坐力大是火炮的固有特点，强大的冲击载荷作用于导弹系统，对其轴线精度、弹载电气设备及导弹系统工作的稳定性产生较大影响[3-5]。因此，在弹炮一体发射平台研制过程中，需对导弹发射架的振动特性进行研究，并对其采取相应的减振缓冲措施，具有非常重要的意义。

文中针对某车载弹炮一体发射平台，基于火炮射击振动试验结果，对其导弹发射架振动冲击特性进行研究，并设计了导弹发射架缓冲机构，最后对其缓冲效果进行试验摸底及验证，为弹炮一体武器平台的设计提供重要参考依据。

1 火炮射击振动试验

首先在未加缓冲机构时，开展火炮射击振动试验，测试火炮射击过程中导弹发射架的振动响应。一方面，对振动数据进行分析和评价，以此为依据设计缓冲机构；另一方面，以该状态下的发射架振动冲击数据为输入条件，在振动台架上进行试验，模拟火炮射击的振动冲击环境。

1.1 试验方案

被试设备为某车载弹炮一体装备，导弹发射架装载配重筒装导弹，底盘、车载电气设备等均处于工作状态，火炮射击角度为0°和18°，振动传感器布置在弹位下方和导弹发射架耳轴处。

振动测试设备由三向加速度传感器和数据采集系统组成，测试前对传感器进行检测并标定。

测试过程中，每个射击角度进行3组火炮射击，第一组为7次单发射击，第二组为两次3连发，第三组为两次5连发。振动测试时，单发发射测试第三发和第六发，3连发不进行测试，5连发全部进行测试。

1.2 试验结果

分别对0°和18°射击角度下的振动数据进行测试，对比分析发现，18°射击角度下的导弹发射架振动响应较大，因此，仅对该状态下的数据进行分析。

图1(a)和图1(b)所示分别为18°射击角度下5连发射击时的导弹发射架振动加速度曲线和功率谱密度。从中可以看到，下弹架前后方向的振动响应最为剧烈，其它测点和方向的振动响应较弱。第一发射击时的振动加速度峰值最高，最大冲击响应为22.48g，第二至第五发射击时的最大冲击响应在15.71～19.42g之间，冲击持续时间均为约2 ms。加速度功率谱密度峰值为0.103 1g2/Hz，高于GJB 1032—90《电子产品环境应力筛选方法》中所规定的0.06g2/Hz，对外挂于该平台上的导弹及部件的电气性能造成一定影响。

图1 18°射击角度5连发射击振动测试结果

2 缓冲机构设计

根据火炮射击振动试验的测试结果，需要为导弹发射架和武器平台连接装置增加减振阻尼措施，最大限度地减小冲击过载，改善车载弹炮一体武器平台中导弹工作平台的使用环境。

为有效保证导弹系统工作性能的稳定性，需要缓冲机构将导弹发射架的过载降低到10g以下；且冲击作用后，缓冲机构能使发射架复位，高低和方位的射向偏差角度控制在6′以内；同时，缓冲机构还应满足武器装备的使用环境要求。

由于武器平台结构尺寸的限制，设计的发射装置缓冲机构的尺寸不能对平台整体结构尺寸产生较大影响，因此，需要设计小型化的缓冲机构。

传统的缓冲方案一般有弹簧-阻尼结构、橡胶隔振器等。经研究发现，使用弹簧-阻尼结构实现导弹发射架的隔振缓冲，需要较大的结构尺寸，不满足本武器平台的需求；由于橡胶材料的特殊性，橡胶隔振器对自然环境条件下的适应性不佳。因此，传统的缓冲方案都不能满足武器平台的要求。

文中设计了金属丝网三向隔振器，该隔振器以不锈钢金属丝网为主要的阻尼材料，利用金属丝网的整体变形提供刚度，金属丝间的相对滑移提供阻尼，从而达到减振和缓冲目的。冲击载荷作用过程中，缓冲器在极短的时间内发生弹性变形储存冲击能量，冲击结束后，缓冲系统通过弹性系统振荡缓慢释放能量，达到缓冲的目的。此外，在冲击作用中和作用结束后缓冲系统释放能量过程中，由于干摩擦阻尼作用而耗散冲击和振动能量，将进一步改善缓冲效果。因此，该缓冲器适用于火炮射击振动冲击载荷时间短、加速度峰值高的使用环境。

金属丝网隔振器主要材料为不锈钢，材料来自国内，货源充足，质量可靠，且满足环境适应性要求。

导弹发射架缓冲机构由四块隔振器组成，根据其结构特点，从前到后呈1-2-1排列，示意图如图2所示。

图2 导弹发射架缓冲机构示意图

3 缓冲机构摸底试验

对金属丝网三向隔振器的缓冲效果进行了摸底试验，试验示意图见图3。试验在冲击振动台上进行，在联接底板的四角安装4个隔振器，隔振器上端与模拟负载(配重与导弹和导弹发射架的重量一致)联接，加速度传感器布置在配重块上平面，测试冲击过程中垂直、前后和左右3个方向的振动响应。试验时底板固定在冲击振动台面上，以火炮射击振动试验中得到的发射架实际冲击加速度峰值、脉冲持续时间为输入(见表1)，监测模拟负载的输出响应。

表1 摸底试验输入冲击载荷参数

图3 缓冲机构摸底试验示意图

图4所示为缓冲机构摸底试验输入和输出冲击载荷峰值的对比。从图中可以看出，3个方向的输出加速度峰值明显降低，下降幅度在80%左右。可见，金属丝网隔振器的缓冲效果非常显著。

图4 缓冲机构摸底试验输入和输出峰值对比

4 导弹发射架缓冲机构验证试验

在冲击振动台上对导弹发射架缓冲机构进行了验证试验，试验工装见图5。试验模拟导弹发射架实际状态，在联接底板上布置4块缓冲器，缓冲器上端与导弹发射架工装联接，导弹发射架装载配重筒装导弹或电子弹，并在导弹发射架底板上平面布置三向加速度传感器。

图5 导弹发射架缓冲机构验证试验工装示意图

4.1 冲击载荷试验

导弹发射架装载配重筒装导弹，在冲击振动台上以近似半正弦波模拟实际火炮射击时的冲击载荷，输入参数见表1。对导弹发射架的振动响应进行测试，测试结果见图6。从图中可以看到，垂直、前后、左右3个方向的输出加速度峰值显著下降，且输出的加速度峰值均小于导弹系统要求的10g，表明缓冲机构有效地缓解了导弹发射架的冲击载荷。

图6 冲击载荷试验输入和输出加速度峰值对比

4.2 随机振动试验

导弹发射架装载电子弹，并用导弹检测仪检查电子弹振动前的性能；将2具校靶镜分别安装在电子弹和导弹发射架上的镜座内，通过观察校靶镜确认弹轴相对导弹发射架的位置关系，调整导弹发射架工装，使俯仰射角处于-6°，弹轴位置关系标记好后，退卸校靶镜。同理，分别标记+10°俯仰射角和水平状态。3种射角状态轴线位置关系标记好后，退卸校靶镜，进行随机振动试验。

随机振动试验输入参数为火炮射击振动试验获得的加速度功率谱密度，垂直、前后、左右3个方向的随机振动试验曲线见图7(a)～图7(c)，每个方向振动持续30 min。

图7 随机振动试验曲线

每次振动结束后，利用导弹检测仪检查电子弹性能，并用校靶镜确认3种射角状态(-6°、+10°和水平状态)导弹轴线和导弹发射架轴线的位置关系。

通过导弹检测仪对电子弹每次振动前后弹上热电池、陀螺、闭锁点火电阻、指令信号正向、反向电阻等项目的测试对比，电子弹的性能参数在振后基本无变化，且均在合格范围内，电子弹工作正常，振动对电子弹的性能没有影响。

振动前后轴线参数对比见表2～表4。从表中数据可以看出，随机振动后，导弹与导弹发射架相对角度在方位上均无变化，在俯仰上变化不大，最大误差为2′，小于导弹系统要求的6′，振动对轴线精度的影响极小。

表2 垂直方向随机振动前后轴线参数

表3 前后方向随机振动前后轴线参数

表4 左右方向随机振动前后轴线参数

通过随机振动试验可见，导弹发射架缓冲机构使导弹系统各项参数均满足要求，有效地保证了导弹系统工作的稳定性。

5 结论

基于火炮射击振动试验结果，为车载弹炮一体武器平台导弹发射架设计了金属丝网三向隔振缓冲机构，并对其进行了试验摸底和验证。结果表明，设计的导弹发射架缓冲机构，适用于时间短、峰值高的火炮射击振动环境，使导弹承受的冲击载荷有效下降，加速度峰值在设计要求范围内；在随机振动环境下，对电子弹性能未造成影响，导弹轴线精度满足要求。该缓冲机构保证了导弹系统工作的稳定性。