火箭發射裝置上一種插拔機構改進設計

楊 森，趙憲斌，曾 志，張 樂，高 昱（航天科技集團第四研究院第四十一研究所，西安 710024）

火箭發射裝置上一種插拔機構改進設計

楊 森，趙憲斌，曾 志，張 樂，高 昱
（航天科技集團第四研究院第四十一研究所，西安 710024）

針對某次飛行試驗中插拔機構出現的插頭脫落不暢的問題，進行了原因分析。根據分析結果進行了改進性設計，通過數值仿真說明改進后的插拔機構能夠滿足火箭發射的實際需求。最終通過飛行試驗驗證了插拔機構改進方案和分析方法、結論的準確性。

發射裝置；插拔機構；協同仿真；優化設計

0　引言

發射裝置作為火箭發射的地面裝置，起著裝載火箭、調節發射方位角和高低角的作用。在火箭發射前，需要使用測發控設備對火箭進行射前檢測，地面檢測設備和裝載在發射裝置上的火箭通過電纜進行連接。在火箭發射時，需要使發控電纜插頭和箭上插座自動分離，完成這樣功能的機構稱為插拔機構。

1　插拔機構設計原則和基本設計狀態

插拔機構設計需要遵從以下幾個原則：（a）電纜插頭和箭上插座之間分離順暢，并且不能給火箭施加較大的附加載荷，否則影響火箭的發射初始狀態，包括改變火箭發射初始速度、火箭的出軌姿態等；（b）插拔機構應該具有一定的燃氣流熱保護功能，避免發射時產生的高溫、高速燃氣流對插拔機構上的電纜、插頭等具有一定的熱防護功能。

插拔機構能夠保證電纜插頭和箭上插座在發射裝置起豎過程中可靠連接。插拔機構的工作原理是利用平行四邊形機構的運動性質，由于插拔機構的上端插入在火箭上的插座內，當火箭發射運動時，帶動插拔機構上端的連桿水平運動，同時連桿下端的兩個曲柄在拉簧的作用下轉動，從而帶動連桿轉動，連桿在垂直方向的高度下降，插拔機構上端的插頭便順利地從火箭上的插座內部拔出，實現插頭脫落功能。

2　插拔機構基本設計中問題及原因分析

在某次外場飛行試驗結束之后，對發射裝置進行例行檢查時，發現插拔機構產生了插頭分離不暢現象，并且插拔機構產生了一定的結構變形，加上發射過程中火箭發動機產生的燃氣流影響，造成脫插電纜插頭損壞，插頭內部指針彎曲。針對出現的問題，總結產生的原因如下：（a）火箭的在發射軌道上的運動和插拔機構轉動不匹配，造成插頭和箭上插座之間卡死，最終導致脫插不暢。產生這樣結果的一方面是由于插拔機構轉動部件設計不合理，火箭已經平動一段距離而插拔機構轉動部分高度下降不明顯，插頭未能及時拔出；另一方面是由于插頭在插頭支架上固定方式設計存在缺陷，連接剛度過低，插頭變形過大，這樣插頭也會與箭上插座產生“卡死”現象；（b）電連接器上除了插針連接外，還有套筒配合，便于防水。使得分離力增大，單一的平行四連桿作用難以使得分離通暢；（c）火箭熱防護功能失效。火箭在發射導軌上時，發動機噴出的高溫高壓燃氣流直接作用在插拔機構上的電纜和插頭上，這樣造成電纜和插頭熱燒蝕嚴重，發射完成之后需要換掉插頭和電纜，從而增長發射周期，提高試驗成本。

3　插拔機構改進設計和仿真計算

針對靶場出現的問題和原因，對發射裝置的插拔機構進行改進。改進措施主要有以下幾個方面：

（1）插頭支架的結構形式改進；插頭支架是電纜插頭的安裝部件，必須保證連接剛度，保證電纜插頭能夠順利插入到箭上的插座內，并且保證插頭在使用過程中不能產生過大的變形。改進前的插頭支架通過兩個耳片固定插頭。改進前的插頭支架，由于插頭的外徑略小于插頭支架中間圓柱孔的內徑，所以兩者之間存在一定的空隙，這樣插頭就會繞著插頭下部的外露桿轉動，造成插頭和箭上插座之間不匹配，產生“卡死”現象，最終導致脫插不順暢。所以需要對插頭支架的結構進行改進，提高連接剛度，保證脫插電纜在插拔機構上固定之后，插頭位置不會產生較大變化。

（2）前、后連桿結構形式改進。前、后連桿是插拔機構轉動部分的主要組成部分，插拔機構脫插是否順暢取決于前后連桿是否在火箭運動較小行程內下降較大的距離，從而帶動插頭從箭上插座內脫出。前后連桿長度直接影響著機構的脫插性能.

（3）增加新部件剝落桿。為了保證脫插過程可靠完成，在插拔機構上增加了一個新部件——剝落桿。其原理是在插拔機構上的轉動部分在拉簧的作用下轉動時，固定在后連桿上的剝落桿直接作用在插頭支架的外露拖桿上，為脫插提供一個額外的脫落力。改進后的插拔機構導入到ADAMS動力學仿真軟件中，進行模擬仿真驗證改進方案是否滿足設計要求。導軌平面與水平面發射角為55°。火箭通過滑塊在導軌上滑動，滑塊與導軌之間動摩擦系數為0.17，靜摩擦系數為0.25。插拔機構運動受力主要包括火箭沿導軌運動力、自身拉伸彈簧拉力和壓縮彈簧彈力。其中火箭運動的動力來源于發動機的推力，計算時采用常溫下（23℃）助推發動機推力數據作為單向驅動力載荷；插拔機構擺動除了彈體的推力以外還有機構拉伸彈簧拉力。

從仿真結果可以看出，在電連接器分離之前，火箭與插拔機構為牽連運動，插拔機構平動板和插頭在彈體的推動下繞底座擺動，分離之后，平動板和插頭在慣性和拉簧的作用下向下擺動，剝落桿剝落插頭支架上的拖桿，最后前連桿接觸緩沖墊，鎖緊卡銷鎖緊前連桿有效防止轉動部分回彈。在插拔機構轉動的過程中，插拔機構底座能夠有效固定整個插拔機構，而且不會影響其他部件的正常動作，所以改進后的插拔機構能夠保證插頭與火箭上插座可靠連接。

4　飛行試驗考核驗證

改進后的插拔機構在外場發射試驗中進行了使用，試驗前檢查插拔機構，插拔機構結構合理，脫插電纜能夠方便安裝在插拔機構上，插頭通過插頭支架能夠順利的插入箭上插座內，在發射裝置起豎過程中也可靠連接，圓滿完成火箭的地面檢測任務。試驗后對插拔機構進行檢查，插拔機構上的電纜插頭結構完整，未產生任何變形。插拔機構上的增加的防火板對電纜熱防護效果明顯，電纜未產生熱燒蝕破壞。插拔機構轉動部分恢復迅速，脫插過程順暢，插頭內部的針頭沒有產生明顯彎曲。試驗效果說明改進后的插拔機構功能完整，改進方案所使用的設計分析方法準確無誤。

5　結論

改進后的插拔機構經過外場試驗考核，脫插功能符合改進設計要求，順利完成地面測控電纜與箭上插座的脫落。這樣的結果說明改進后的插拔機構的脫插性能顯著提高，對脫落電纜和插頭保護性能也有明顯進步，為以后其他類型插頭的插拔機構設計開拓了新的改進思路。

［1］李軍，邢俊文，覃文潔.MSC.Adams實例教程［M］.北京:北京理工大學出版社，2002.

［2］鄭建榮.虛擬樣機技術入門與提高.北京:機械工業出版社，2001.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.217