车载冷发射系统多刚体动力学快速仿真研究.pdf

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1、2017年1月北京航空航天大学学报January2017篁!：堂篁!塑!竺兰兰竺兰竺兰坠竺坚兰竺兰兰垒兰兰竺竺兰竺兰尘竺兰竺尘兰：：：：：：：兰兰尘兰=================================================；；==—————————————————一http：ffbhxb．buaa．edu．CBjbuaa@buaa．edu．CIIDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0071车载冷发射系统多刚体动力学快速仿真研究闫攀运1，梁国柱1一，吕永志2，齐志会2，王玺2(1．北京航空航天大学宇航学院，北京100083；2．北京航

2、天发射技术研究所，北京100076)摘要：为了满足发射动力学快速分析的需要，采用多刚体动力学的绝对坐标方法以适应发射车约束复杂和变拓扑结构的特点，针对车载冷发射系统的典型结构和弹射物理过程，建立并应用了9自由度快速仿真模型。与ADAMS和ABAQUS仿真对比表明，本文计算的车架后支腿载荷偏差不超过4％，而仿真时间只有ADAMS的7．1％和ABAQUS的0．004％，能够快速有效地分析系统的动态特性。通过实例研究了发射管底座一车架支腿载荷比的动态特性和附加载荷分配因子对该载荷比均值及发射管口最大位移的影响。结果表明，发射管底座一车架支腿载荷比在发射过程中逐渐增大并达到稳定值，附加载荷分配因

3、子决定了发射管内弹道压力载荷通过发射管底座和发射车支腿分散传递到地面的载荷分配比例，并且存在最佳附加载荷分配因子，能使弹体的弹射起动过程对系统的扰动影响最小。关键词：发射动力学；车载冷发射；多刚体动力学；变拓扑系统；数值仿真中图分类号：TJ768．2文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)01-0071-08在车载冷发射过程中，发射管内弹道压力载荷(简称管内弹道载荷)通过发射管底座(简称底座)传递到地面的同时会产生附加于发射车的附加载荷⋯，附加载荷经过车架传递，作用在发射车支腿(简称支腿)上，发射管底座一车架支腿载荷比(简称底座支腿载荷比)表明了管内弹道载荷通过底座和支腿分

4、散传递到地面上的分配关系，影响发射稳定性。因此，研究车载冷发射过程的动态响应具有重要的工程实用价值。目前，针对复杂武器系统的发射动力学响应研究，多数基于ADAMS等多体动力学软件，建立了发射系统的动力学模型[2]，解决发射装备设计或试验中遇到的问题。为了提高仿真的精度，综合应用ANSYS等有限元软件得到柔性体模态信息，进行联合仿真"引，或开发外接子程序以弥补ADAMS等软件的不足¨。71，或完全基于ABAQUS非线性有限元软件建立发射系统的有限元模型，研究发射动力学响应。以上方法在进行方案优化时，其效率低下的特点就成为制约车载冷发射方案优化设计的主要因素，甚至不可能采用此类方法开展方案设

5、计。因此，用简化的动力学模型模拟车载冷发射系统的动力学特性，研究发射动力学快速模拟方法，是工程应用的迫切需求旧J。多刚体动力学方法在发射动力学中应用较多，主要解决火炮武器精度的问题，一般采用第二类拉格朗日方程p1、传递矩阵法哺]、Kane法¨叫等快速多体动力学方法进行研究，但针对车载冷发射系统的动力学研究并不多见。本文旨在研究车载冷发射系统的快速动力学分析方法，为发射系统优化设计提供支撑。对发射过程中弹射载荷在系统内部的扩散形式、分配关系、衰减过程等物理现象分析的基础上，采用多刚体动力学的绝对坐收稿日期：2016-01-20；录用日期：2016-04-22；网络出版时间：2016-06-

6、0118：15网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detaiL／11．2625．V．20160601．1815．001．html十通讯作者：E-mail：lgz@buaa．edu．cnffl用格式：闻攀运，粱目拄，吕承志，等．车载冷发射系统多剐体动力学快速仿真研究fJJ．北#．／E空J92x大学学报，2017，43fI)：7j·78．YANPY，LIANGGZ，LYUYZ。eta1．Fastsimulation0nrigidmuhibodydynamicsforvehicularcoldlaunchsystems[J3．JournalofBeltingUniversityo

7、fAeronauticsandAstronautics，2017，430)：71．78(inChinese)．薹耋霎霎呈篓誉警蠹囊耋喜雾刚孪至差蒌一_’建立多1车载冷发射系统物理模型．．．根据典型车载冷发射系统的结构特点，建立如图l所示的多刚体物理模型。该模型将车架、发射管、弹体3个独立部分简化为刚体。车架用4个支腿支撑在地面上，车架和发射管用旋转铰连接于D点，各刚体之间用弹簧、阻尼器连接。以模拟相互间的弹性连接关系，并保持平衡状态