某型不平衡式發射裝置泄放提前對出管速度的影響

王學美，周農旭

(1．武漢船用機械有限責任公司，湖北 武漢 430084;2．海軍駐武漢461廠軍事代表室，湖北 武漢 430084)

某型不平衡式發射裝置泄放提前對出管速度的影響

王學美1，周農旭2

(1．武漢船用機械有限責任公司，湖北 武漢 430084;2．海軍駐武漢461廠軍事代表室，湖北 武漢 430084)

通過簡化氣動不平衡發射原理，建立數學模型通過仿真計算得出不同發射深度及不同提前泄放距離對武器出管速度的影響程度，為空氣發射系統閥件的陸上或艇上聯調試驗時的安全對水深狀態調整儀的調整提供判斷依據。

泄放點;出管速度;安全出管

0 引言

氣動不平衡發射原理是指在發射過程中直接利用發射氣瓶內貯存的壓縮空氣將武器推出發射管，因此發射氣瓶內貯存的空氣除了滿足推動魚雷和發射管內環形間隙的海水及克服魚雷運動過程的摩擦阻力和迎面阻力所需的能量外，還要保證克服潛艇航行深度變化對管內武器產生的背壓所需的能量及回收管內廢氣的能量，即發射氣瓶內貯存的能量取決于發射時魚雷的運動速度和發射深度。氣動不平衡式發射裝置的特點是結構簡單，布局方便，適合中小型潛艇布局，但由于發射氣瓶內貯存的能量隨深度的增加而增大，艙室增壓也隨深度的增加而增大，武器出管速度不穩定即保證武器安全出管所需的能量控制難度大。最具代表性的氣動不平衡式發射裝置應屬俄羅斯研制設計某型氣動不平衡式魚雷發射裝置，其最大發射深度可達240 m，工作原理見圖 1［1］。

無泡系統作為氣動不平衡式發射裝置的重要組成部分，其作用主要有2點：一是無傾差性，即為了保證艇體的平衡，減小發射武器對艇體的擾動，在武器出管的同時，回收一定量的海水;二是無泡性，即為了保證發射時不暴露目標，在發射后回收發射所用的空氣，以達到無泡發射的目的［1］。

圖1 氣動不平衡式發射裝置工作原理圖Fig.1 Pneumatic imbalance launcher working schematic

由于發射深度的不同，要求有不同的泄放閥打開時刻和持續時間。如果泄放閥打開時刻過早，不能保證魚雷能以足夠的速度出管，甚至會造成“座雷”現象，即魚雷由于管內速度不夠被海水推回管內，威脅到潛艇的安全;如果泄放閥打開時刻過晚或打開持續時間過短，不能保證發射空氣能全部收回，無法滿足無泡性要求，影響潛艇的隱蔽性。本文通過仿真計算研究泄放點提前對武器出管速度的影響程度。

圖2 泄放閥開啟時魚雷行程與深度的關系Fig.2 Relation between the depth and torpedo stroke as the relief valve open

1 建模理論

氣動不平衡式發射裝置以壓縮空氣作為發射初始動力，而高壓壓縮空氣變質量狀態變化是非常復雜的非線性熱力變化過程，為了便于建立某型發射裝置的數學模型，作如下假設：

1)氣體滿足理想氣體狀態方程;

2)氣體流動是絕熱等熵流動，滿足氣體絕熱狀態變化方程;

圖3 泄放閥開啟時間與深度的關系［2］Fig．3 Relation between the depth and time for the opening of the relief vavle

3)變質量系統溫度場為均勻場。

基于上述假設，在建立發射閥的數學模型過程中，主要采用的熱力學和流體動力學理論為：

1)熱力學第一定律

式中：Q為熱力系統與外界交換的熱量;W為熱力系統對外所做的功;ΔE為熱力系統總能量的增加。

2)可逆過程熵增定律

式中：dS為熱力系統熵的變化;dQ為熱力系統熱量的變換;T為熱力學溫度。

3)理想氣體狀態方程

式中：p為絕對壓力;V為氣體體積;T為熱力學溫度。

4)氣體連續性方程

式中：ρ為氣體密度;v為氣體流動速度;A為氣體流道截面積。

5)伯努利方程

式中：v為氣體流速;g為氣體比重;z為位置高度;h為摩擦阻力引起能量損失。

2 數學模型

3 仿真結果

根據方程組(6)～(28)編制計算程序，具體程序略，仿真結果如下。

3.1 泄放閥在理論泄放時機開啟時的出管速度

圖4～圖9為發射深度為10～240 m時，隨發射深度的變化，泄放閥在理論泄放時機開啟時的出管速度。從100 m開始，發射深度越大時，出管點速度有下降傾向。

3.2 泄放閥提前開啟時的出管速度分析

當在泄放點提前時，發射氣瓶中的高壓空氣經發射閥特形孔繼續進入發射管，進入發射管的高壓空氣繼續膨脹作功推動武器前進，同時一部分能量通過泄放閥排到艙室，此時輸入的能量(高壓空氣膨脹作功)大于泄放閥排出的能量與克服武器前進的各種阻力之和，故武器速度會繼續增加。但隨著時間推移(在發射閥關閉前)，輸入的能量(高壓空氣膨脹作功)等于泄放閥排出的能量與克服武器前進的各種阻力之和時武器速度達到最大值。隨著時間繼續推移(在發射閥關閉后到泄放閥關閉前)，輸入的能量(高壓空氣膨脹作功)小于泄放閥排出的能量與克服武器前進的各種阻力之和時武器開始減速。從圖10～圖15曲線可以看出，在100 m深度以上，泄放點提前1～2 m以內時，出管速度降低明顯，而2 m以后其下降漸趨平緩;在100 m深度以下，泄放點提前1～2 m以內時，出管速度降低不是特別明顯，而2 m以后其下降加劇;如果泄放點提前到3 m左右時，其出管速度隨深度的增加而急劇降低。

4 結語

仿真計算結果表明，如果發射閥開啟正常時，當泄放點提前1～2 m以內時，武器出管速度基本能滿足安全出管的要求。如果繼續提前(3 m甚至更多時)，武器出管速度急劇降低甚至會反向運動(即出現“座雷”現象)。

在進行氣動不平衡式發射裝置空氣發射系統閥件的陸上或艇上聯調試驗時，為保證安全，首先應進行水深狀態調整儀的調試，使其滿足規范要求;其次，對發射閥進行調試(空放、水放)，使其滿足規范要求;最后進行發射武器的試驗。

［1］許彪．某裝置水深狀態調整儀研究［D］．武漢：華中科技大學，2009．

［2］穆連運，馬亮，高洪林．877、636型潛艇魚雷發射裝置和裝填裝置原理與維修［M］．海裝艦技部．

Research on muzzle speed influenced by pre-discharging based on imbalance torpedo launcher

WANG Xue-mei1，ZHOU Nong-xu2
(1．Wuhan Marine Machinery Co．Ltd，Wuhan 430084，China;2．The Naval Representative Department in No．461 Plant，Wuhan 430084，China)

In this paper，a mathematical model is established．Through the simulation of the model，results of the muzzle speed of weapons influenced by different launching depth and different discharging point based on imbalance launching principle are obtained．The result provides judgment basis for valves of air launching system on land or submarine is carrying out．

discharging point;muzzle speed;safely tube

TJ430．3+6

A

1672－7649(2012)07－0079－05

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.07.017

2011－10－24;

2011－12－14

王學美(1970－)，男，研究員，主要從事發射裝置研究。