某型運載器發射管內靜載強度分析

潘兵遠+林莉蕓

摘 要：隨著潛艇在軍事領域地位的提高，潛射發射技術備受各個國家的重視。本文以某X型潛艦運載器尾段為研究對象，運用ANSYS軟件分析其在發射管內受靜荷載時，其各個部位的受力情況，尋找易破壞位置，即強度分析。

關鍵詞：運載器；ANSYS；荷載；強度分析

0 引言

潛艦導彈運載器是潛射反艦、反潛、對空導彈經歷發射裝置發射、水中航行直到出水的運載工具，同時對導彈在貯存、運輸、裝填、發射過程中兼有保護箱的作用。因此運載器不僅是一個獨立水中航行器，而且還是導彈的保護箱和"發射平臺"。運載器分為無動力和有動力兩種。本文以潛射導彈的無動力水下運載器為研究對象，它是一個具有正浮力的浮力體，不設置水下推進裝置。由正浮力和發射裝置提供能量，由水平舵提供抬頭轉動力矩，使之爬升到水面，并具有一定的出水速度。其一般不設置姿態穩定控制系統，由良好的流體動力布局和合理的動、靜力構型使之具有良好的運動穩定性，從而滿足導彈對出水姿態的要求。

潛射導彈的運載器是存在于水下的發射管內，因此水將會對運載器產生靜載壓力，過大的靜載壓力將會使運載器產生強度破壞。本文以運載器尾部為研究對象，分析其在靜載作用下的最大受力值和受力位置，從而確定運載器尾部易破壞位置。

1 運載器的有限元模型

由于鋁鋰合金具有密度低、強度高、加工性能好等特點，是武器輕量化首選的輕質，高強的結構材料。作為導彈的運載器，大多也是采用鋁鋰合金材料。本文研究的運載器為一個和導彈外形相似的細長圓柱體。結構全長6.5m，圓柱部分直徑0.533m，運載器厚度為0.007m。結構為鋁鋰合金材料，密度為ρ=2640kg/m ，彈性模量為E=68.6 GPa，柏松比為μ=0.3。其外形尺寸結構圖如圖1。

為利用有限元法軟件對運載器進行強度分析，需對運載器的實體模型進行單元劃分。本文擬采用8節點實體單元（solid45），該單元具有塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變能力。圖2為運載器的有限元模型。

2 ANSYS模擬靜載分析

X型潛艦導彈運載器的發射是由魚雷管在其尾部注入0.75Mpa的高壓水，在0.45s內完成發射。在實際發射過程時，常常出現由于材料強度不足，在運載器尾部出現大量裂縫，給導彈發射造成較大安全隱患。為保證所設計結構具有足夠的安全性，需要尋找出在運載器中、尾段外壁處施加0.75Mpa的靜水壓力，尾部結構的易破壞位置，以便進行結構的安全設計。

在ANSYS計算的后處理時，沿三個坐標方向的應力、位移在不同坐標系下其結果是不同的。而主應力、等效應力不隨坐標系的改變而改變，因此可通過主應力圖、等效應力圖清楚的觀察到運載器尾部結構的最大應力位置。圖3為尾部主應力圖和等效應力圖。

對有限元計算結果的應力云圖分析，我們可以發現：運載器在靜水荷載作用下，運載器尾部結構的前端處的應力較大，屬于強度易破壞處。因此，導彈在發射時，運載器的尾錐處在靜水荷載作用下易發生強度破壞，在設計時應注意強度安全。

3 小結

本文通過ANSYS軟件，對運載器尾部結構在0.75Mpa的靜水荷載作用下，進行了模擬計算。模擬計算結果表明，運載器尾部結構的最大受力位置發生在運載器尾錐部分的前段。對于整個運載器結構體來說，中、尾段處為應力比較大的位置，容易發生強度破壞。這為運載器的動態分析提供了必要的理論比較數據。

參考文獻：

[1] 孫明芳，陳拯民.水下發射系統.艦載武器，1998，4.

[2] 白建成.潛射導彈運載器現狀和發展研究.艦船論證參考，2000，3.

[3] 林一平.美國反艦導彈及其發射裝置的改進.艦載武器，1999，2.

[4] 張方瑞，李炳泉，于鷹宇.ANSYS8.0應用基礎與實例教程.北京，電子工業出版社，2006：192-195.

[5] 王新榮，陳永波等.有限元法基礎及ANSYS應用.北京，科學出版社，2008：201-222.endprint

摘 要：隨著潛艇在軍事領域地位的提高，潛射發射技術備受各個國家的重視。本文以某X型潛艦運載器尾段為研究對象，運用ANSYS軟件分析其在發射管內受靜荷載時，其各個部位的受力情況，尋找易破壞位置，即強度分析。

關鍵詞：運載器；ANSYS；荷載；強度分析

0 引言

潛艦導彈運載器是潛射反艦、反潛、對空導彈經歷發射裝置發射、水中航行直到出水的運載工具，同時對導彈在貯存、運輸、裝填、發射過程中兼有保護箱的作用。因此運載器不僅是一個獨立水中航行器，而且還是導彈的保護箱和"發射平臺"。運載器分為無動力和有動力兩種。本文以潛射導彈的無動力水下運載器為研究對象，它是一個具有正浮力的浮力體，不設置水下推進裝置。由正浮力和發射裝置提供能量，由水平舵提供抬頭轉動力矩，使之爬升到水面，并具有一定的出水速度。其一般不設置姿態穩定控制系統，由良好的流體動力布局和合理的動、靜力構型使之具有良好的運動穩定性，從而滿足導彈對出水姿態的要求。

潛射導彈的運載器是存在于水下的發射管內，因此水將會對運載器產生靜載壓力，過大的靜載壓力將會使運載器產生強度破壞。本文以運載器尾部為研究對象，分析其在靜載作用下的最大受力值和受力位置，從而確定運載器尾部易破壞位置。

1 運載器的有限元模型

由于鋁鋰合金具有密度低、強度高、加工性能好等特點，是武器輕量化首選的輕質，高強的結構材料。作為導彈的運載器，大多也是采用鋁鋰合金材料。本文研究的運載器為一個和導彈外形相似的細長圓柱體。結構全長6.5m，圓柱部分直徑0.533m，運載器厚度為0.007m。結構為鋁鋰合金材料，密度為ρ=2640kg/m ，彈性模量為E=68.6 GPa，柏松比為μ=0.3。其外形尺寸結構圖如圖1。

為利用有限元法軟件對運載器進行強度分析，需對運載器的實體模型進行單元劃分。本文擬采用8節點實體單元（solid45），該單元具有塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變能力。圖2為運載器的有限元模型。

2 ANSYS模擬靜載分析

X型潛艦導彈運載器的發射是由魚雷管在其尾部注入0.75Mpa的高壓水，在0.45s內完成發射。在實際發射過程時，常常出現由于材料強度不足，在運載器尾部出現大量裂縫，給導彈發射造成較大安全隱患。為保證所設計結構具有足夠的安全性，需要尋找出在運載器中、尾段外壁處施加0.75Mpa的靜水壓力，尾部結構的易破壞位置，以便進行結構的安全設計。

在ANSYS計算的后處理時，沿三個坐標方向的應力、位移在不同坐標系下其結果是不同的。而主應力、等效應力不隨坐標系的改變而改變，因此可通過主應力圖、等效應力圖清楚的觀察到運載器尾部結構的最大應力位置。圖3為尾部主應力圖和等效應力圖。

對有限元計算結果的應力云圖分析，我們可以發現：運載器在靜水荷載作用下，運載器尾部結構的前端處的應力較大，屬于強度易破壞處。因此，導彈在發射時，運載器的尾錐處在靜水荷載作用下易發生強度破壞，在設計時應注意強度安全。

3 小結

本文通過ANSYS軟件，對運載器尾部結構在0.75Mpa的靜水荷載作用下，進行了模擬計算。模擬計算結果表明，運載器尾部結構的最大受力位置發生在運載器尾錐部分的前段。對于整個運載器結構體來說，中、尾段處為應力比較大的位置，容易發生強度破壞。這為運載器的動態分析提供了必要的理論比較數據。

參考文獻：

[1] 孫明芳，陳拯民.水下發射系統.艦載武器，1998，4.

[2] 白建成.潛射導彈運載器現狀和發展研究.艦船論證參考，2000，3.

[3] 林一平.美國反艦導彈及其發射裝置的改進.艦載武器，1999，2.

[4] 張方瑞，李炳泉，于鷹宇.ANSYS8.0應用基礎與實例教程.北京，電子工業出版社，2006：192-195.

[5] 王新榮，陳永波等.有限元法基礎及ANSYS應用.北京，科學出版社，2008：201-222.endprint

摘 要：隨著潛艇在軍事領域地位的提高，潛射發射技術備受各個國家的重視。本文以某X型潛艦運載器尾段為研究對象，運用ANSYS軟件分析其在發射管內受靜荷載時，其各個部位的受力情況，尋找易破壞位置，即強度分析。

關鍵詞：運載器；ANSYS；荷載；強度分析

0 引言

潛艦導彈運載器是潛射反艦、反潛、對空導彈經歷發射裝置發射、水中航行直到出水的運載工具，同時對導彈在貯存、運輸、裝填、發射過程中兼有保護箱的作用。因此運載器不僅是一個獨立水中航行器，而且還是導彈的保護箱和"發射平臺"。運載器分為無動力和有動力兩種。本文以潛射導彈的無動力水下運載器為研究對象，它是一個具有正浮力的浮力體，不設置水下推進裝置。由正浮力和發射裝置提供能量，由水平舵提供抬頭轉動力矩，使之爬升到水面，并具有一定的出水速度。其一般不設置姿態穩定控制系統，由良好的流體動力布局和合理的動、靜力構型使之具有良好的運動穩定性，從而滿足導彈對出水姿態的要求。

潛射導彈的運載器是存在于水下的發射管內，因此水將會對運載器產生靜載壓力，過大的靜載壓力將會使運載器產生強度破壞。本文以運載器尾部為研究對象，分析其在靜載作用下的最大受力值和受力位置，從而確定運載器尾部易破壞位置。

1 運載器的有限元模型

由于鋁鋰合金具有密度低、強度高、加工性能好等特點，是武器輕量化首選的輕質，高強的結構材料。作為導彈的運載器，大多也是采用鋁鋰合金材料。本文研究的運載器為一個和導彈外形相似的細長圓柱體。結構全長6.5m，圓柱部分直徑0.533m，運載器厚度為0.007m。結構為鋁鋰合金材料，密度為ρ=2640kg/m ，彈性模量為E=68.6 GPa，柏松比為μ=0.3。其外形尺寸結構圖如圖1。

為利用有限元法軟件對運載器進行強度分析，需對運載器的實體模型進行單元劃分。本文擬采用8節點實體單元（solid45），該單元具有塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變能力。圖2為運載器的有限元模型。

2 ANSYS模擬靜載分析

X型潛艦導彈運載器的發射是由魚雷管在其尾部注入0.75Mpa的高壓水，在0.45s內完成發射。在實際發射過程時，常常出現由于材料強度不足，在運載器尾部出現大量裂縫，給導彈發射造成較大安全隱患。為保證所設計結構具有足夠的安全性，需要尋找出在運載器中、尾段外壁處施加0.75Mpa的靜水壓力，尾部結構的易破壞位置，以便進行結構的安全設計。

在ANSYS計算的后處理時，沿三個坐標方向的應力、位移在不同坐標系下其結果是不同的。而主應力、等效應力不隨坐標系的改變而改變，因此可通過主應力圖、等效應力圖清楚的觀察到運載器尾部結構的最大應力位置。圖3為尾部主應力圖和等效應力圖。

對有限元計算結果的應力云圖分析，我們可以發現：運載器在靜水荷載作用下，運載器尾部結構的前端處的應力較大，屬于強度易破壞處。因此，導彈在發射時，運載器的尾錐處在靜水荷載作用下易發生強度破壞，在設計時應注意強度安全。

3 小結

本文通過ANSYS軟件，對運載器尾部結構在0.75Mpa的靜水荷載作用下，進行了模擬計算。模擬計算結果表明，運載器尾部結構的最大受力位置發生在運載器尾錐部分的前段。對于整個運載器結構體來說，中、尾段處為應力比較大的位置，容易發生強度破壞。這為運載器的動態分析提供了必要的理論比較數據。

參考文獻：

[1] 孫明芳，陳拯民.水下發射系統.艦載武器，1998，4.

[2] 白建成.潛射導彈運載器現狀和發展研究.艦船論證參考，2000，3.

[3] 林一平.美國反艦導彈及其發射裝置的改進.艦載武器，1999，2.

[4] 張方瑞，李炳泉，于鷹宇.ANSYS8.0應用基礎與實例教程.北京，電子工業出版社，2006：192-195.

[5] 王新榮，陳永波等.有限元法基礎及ANSYS應用.北京，科學出版社，2008：201-222.endprint