关键词:
跨介质导弹
入水冲击
固体火箭发动机药柱
结构响应特性
数值模拟
摘要:
跨介质导弹在入水瞬间经历介质突变,产生巨大的冲击载荷,这可能会破坏弹体外壳结构和内部设备,尤其是对于采用固体火箭发动机作为动力的跨介质导弹,其由空中进入水下后起动固体火箭发动机推动导弹水下工作,而位于弹体后部的发动机药柱强度远小于金属材料,且不同形状发动机药柱结构强度不同,另外药柱包覆层在巨大冲击作用下也易发生脱粘,进而影响发动机的水下推进性能,甚至引发更严重的安全事故。因此,需要针对发动机药柱在导弹入水瞬间的受力特性展开进一步研究,为实际应用提供参考。
针对采用端燃实心圆柱形,内燃管形,内燃车轮形三种药柱的导弹垂直入水过程分别进行了数值模拟,以药柱最大应力和粘接面最大切应力为失效标准判断其是否会发生损伤,获得了失效参数峰值均出现在入水10ms范围内,确定了本研究的工况计算时间,保证后续仿真结果的可靠性。然后在此基础上,研究了三种药柱导弹在不同入水速度、角度、攻角下药柱的应力变化云图、失效参数变化规律和安全入水范围。结果表明药柱及粘接层受力具有明显的时间相关性,且受力大小与弹整体受冲击程度正相关,并给出了各药柱安全入水速度和角度。在本文所处的研究条件下,相同入水工况,整体上内燃管形药柱强度最高,垂直安全入水速度可达到40 m/s,比较适合作为采用固体火箭发动机为动力的导弹药柱。随后对导弹增加缓冲头帽,建立了反潜导弹携带缓冲头帽入水的有限元模型,对比了同样入水工况下,增加缓冲头帽对药柱的缓冲效果,计算结果表明,缓冲头帽能有效缓解导弹入水时药柱受到的冲击,提高弹体安全入水速度和角度,且入水速度越大,入水角度越小,头帽对发动机药柱缓冲性能越差。
最后探究了导弹头形、导弹壳体厚度以及固体火箭发动机壳体厚度对药柱结构完整性的影响,发现导弹外壳和发动机壳体厚度对药柱失效参数变化影响较小,但整体随着壳体厚度的增大,失效参数值降低。导弹头形对导弹入水冲击载荷和药柱所受应力影响较大,流线形能够更平滑地切入水面,从而很大程度降低阻力和冲击压力,减小药柱受力。