变截面产品火箭橇试验卡瓣式无干扰分离装置的制作方法

1.本发明属于军品靶场试验测试技术领域，主要涉及火箭橇试验技术，具体是一种超声速火箭橇试验卡瓣式无干扰分离装置，用于异形变截面产品火箭橇终点效应试验，保证产品与火箭橇体运行过程中连接可靠的同时，实现产品和橇体的无干扰分离。


背景技术：

2.火箭橇试验能够解决武器系统有关速度、加速度等试验研究的地面试验系统，因其接近被试件的真实试验工况，能够模拟被试武器系统的真实动力学环境，能够为导弹武器系统提供1:1条件下速度、姿态及试验考核环境。在目前诸多火箭橇试验类型中，产品终点效应试验占有很大的比重，近年来广泛应用于各类型产品侵彻能力、结构强度和引战匹配性能的验证和考核试验中，是产品研制阶段的重要性能测试手段。随着高新武器的更新换代，随之发展出了不同于以往常规外形尺寸的新型产品，这些新型产品往往呈现出外形异化、飞行航向截面一致性差的特点，传统的常规产品火箭橇试验测试方法需作出新的调整来满足新型产品的试验测试需求。
3.单轨火箭橇产品终点效应试验中，要求在试验弹道终点释放产品，使其以设计速度、设计姿态完成特定动作。在这个过程中，如何保证产品所需要的姿态，成为火箭橇试验设计的难点所在。弹橇安全、无扰动分离是火箭橇试验终点效应成功的关键控制技术指标，对于产品终点效应考核类火箭橇试验来说，需要产品在着靶前实现与火箭橇橇体的分离，并在着靶前迅速实现火箭橇体部件与产品的距离拉开，以保证产品能够单独作用于靶标而不受橇体部件干扰。
4.当前，单轨火箭橇系统约束固定产品的主要方式为，通过卡环抱箍结构将产品固定于火箭橇橇体上，火箭橇试验系统在终点弹目交汇之前，压置于产品的上半环抱箍与火箭橇体解除竖向约束，橇体沿弧形轨向斜下方向滑行，产品以预定姿态单独撞击靶标，因此从设计原则上来说要求产品前端卡环直径不小于产品后端卡环直径，以防止产品尾端在通过橇体向前滑行时发生干涉，需要在产品与卡环之间设计过渡结构来保证卡环约束装置的直径相同，对于航向截面一致性差的异形变截面产品来说，解除约束后的卡环和过渡结构受自重过载以及气动力影响，会与产品产生不可预估的干涉现象，从而对产品运行姿态产生影响，造成产品不能以战术指标姿态侵彻靶标。
5.在火箭橇技术领域中，未见在火箭橇试验中使用卡瓣式无干扰分离装置的相关报道。本发明申请人在一定范围内对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，尚未发现与本发明密切相关和一样的报道或文献。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种变截面产品火箭橇试验卡瓣式无干扰分离装置，既能保证产品在火箭橇体运行过程安全可靠，又能实现轨道终点产品与火箭橇体的无干扰分离，从而有效保证产品以设计姿态单独作用于目标交汇物，达到产品战技指
标考核的目的。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种变截面产品火箭橇试验卡瓣式无干扰分离装置，包括四个卡瓣。
8.所述的四个卡瓣组成环状结构，迎风面为凹面，安装在被试产品与火箭橇卡环之间。
9.所述的卡瓣结构相同，火箭橇卡环的上半环或下半环压制的卡瓣各为一组，两组卡瓣之间留出高度不小于10mm的间隙。
10.所述的卡瓣外径与火箭橇卡环内径一致，卡瓣内径与所接触的产品外径间隙小于0.1mm。
11.所述的卡瓣外壁沿轴向设置有两段凸台，火箭橇卡环位于两段凸台之间形成的卡槽内。
12.所述的卡瓣内凹角设计为45
°
。
13.所述的卡瓣采用铝合金材质。
14.本发明的有益效果是：
15.1.在现有火箭橇技术的基础上，解决了变截面异形产品与火箭橇体连接接口的难题，为变截面产品采用火箭橇试验测试方法提供了技术支撑，同时提升了火箭橇试验测试技术能力。
16.2.首次创新采用内凹形式的迎风面设计，设计通用性强，经仿真计算和试验验证，该装置能很好实现变截面产品终点效应火箭橇试验弹撬无干扰分离，保证了产品终点效应试验的有效性和可靠性。
17.3.本发明中的卡瓣无干扰分离装置制造工艺简单，成本低廉，性价比高，小装置解决大难题。
附图说明
18.图1是本发明的结构示意图；
19.图2是本发明的卡瓣装置在使用时的平面分布图；
20.图3是本发明的卡瓣示意图；
21.图4是利用本发明安装的某型火箭橇试验示意图；
22.图中，1
‑
竖向爆炸螺栓；2
‑
橇体卡环上半环；3
‑
卡瓣无干扰分离装置；4
‑
橇体卡环下半环及支撑板；5
‑
卡瓣迎风内凹面；6
‑
防脱凸台
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
24.本发明是一种适用于变截面产品火箭橇试验的无干扰分离装置，该装置在试验时安装于火箭橇体和产品之间，包含四个卡瓣过渡结构，由于单轨火箭橇卡环通常设计为上下半环的形式，考虑卡瓣受力对称平衡且具有“向外”扩散的特性，故将过渡结构设计为4卡瓣形式。
25.卡瓣脱壳时所受到空气阻力为
[0026][0027]
式中，c为空气阻力系数；ρ为空气密度；s为卡瓣迎风面积，v为爆炸螺栓起爆后卡瓣与产品的相对速度，其大小取为产品的瞬时速度大小。
[0028]
由上述公式可知，卡瓣的迎风面积越大，则卡瓣在轨道终点解除竖向约束后受到的迎风面气动阻力越大，为避免卡瓣过渡结构在分离过程中发生粘贴产品表面飞行的现象，将卡瓣迎风面设计为内凹形，卡瓣无干扰分离装置在内凹槽所受气动力作用下能够迅速实现与产品顺利分离从而向后向外飞行。
[0029]
本发明的实现在于：卡瓣式无干扰分离装置在使用时需设计为四卡瓣，由于火箭橇体卡环一般设计为上下半环形式，为保证卡瓣受力均衡，且在轨道终点橇体上半环解除约束后能够在气动力作用下快速实现与产品分离，将该装置设计为周向四卡瓣分布。
[0030]
本发明的实现还在于：卡瓣式无干扰分离装置在使用时，火箭橇体上下半环压制卡瓣各为一组，且两组卡瓣之间需留出长度h不小于10mm的间隙，这是因为火箭橇体上下半环通过竖向螺栓连接在一起，当卡瓣作为产品与橇体卡环过渡结构使用时，上下组件之间设计预留间隙，才能保证竖向螺栓以所要求的力矩上紧，从而确保了橇体的上下半环能够将卡瓣和产品竖向约束住。
[0031]
本发明的实现还在于：卡瓣式无干扰分离装置与火箭橇体卡环相接触一端的外径与卡环内径保持一致，由于火箭橇体卡环一般设计为圆形，故卡瓣与火箭橇体卡环相接触的一端也需设计为圆形，且其半径大小需与橇体卡环内径相同。
[0032]
本发明的实现还在于：卡瓣式无干扰分离装置接触产品的一面按照产品外表面尺寸进行加工，保证两者之间在设计加工中间隙小于0.1mm，这样橇体在轨运行过程中才能保证卡瓣与产品受竖向螺栓压紧的力而贴合在一起，使产品受周向力而与卡瓣之间产生摩擦力，不发生脱落。
[0033]
本发明的实现还在于：卡瓣式无干扰分离装置与火箭橇体卡环接触的一端，需根据火箭橇运行速度在其表面设计长度为l的两段凸台，凸台根据火箭橇体卡环宽度在卡环前后形成卡槽，这是因为对于超声速或高超声速火箭橇试验来说，卡瓣在橇体运行过程中受到的气动阻力非常巨大，为避免卡瓣由于气动阻力作用造成脱落从而导致试验失败的情况发生，设计机械限位保证卡瓣在橇体运行过程中的安全可靠。
[0034]
本发明的实现还在于：卡瓣式无干扰分离装置的迎风面需设计为内凹面，根据气动仿真论证计算，迎风面的内凹角设计为45
°
时，当竖向螺栓解除火箭橇体上半环后，卡瓣受气动力作用向外扩散速度越快，因此，卡瓣向前伸的长度需与卡瓣厚度保持一致。
[0035]
本发明的实现还在于：卡瓣式无干扰分离装置需选用铝合金，这是由于铝制卡瓣既能满足火箭橇体在轨运行强度要求，又因为其密度低质量小，容易在气动力作用下产生向后向外翻转的力矩，此外，铝合金硬度一般相对于产品和橇体卡环来说较低，不会对产品产生损伤。
[0036]
本发明所述的变截面产品火箭橇试验卡瓣式无干扰分离装置为周向四卡瓣式分布，其装置前端为内凹式形状，该装置能够实现火箭橇终点效应试验弹橇分离时，产品以设计指标单独作用于目标交汇物，产品飞行姿态不受橇体及其附属部件的干扰，达到火箭橇终点效应试验弹撬无扰动分离的目的。
[0037]
在某型产品终点侵彻超声速火箭橇试验中(图4所示)，产品呈现出前后截面差异性大的特点，产品前端圆柱与后端圆柱直径相差100mm左右，无法使用传统的单轨火箭橇试验方法来满足试验需求。
[0038]
在产品前端使用卡瓣式无干扰分离装置与火箭橇体卡环进行连接，装置的内径与产品外径保持一致，装置的外径与橇体卡环内径保持一致，同时利用气动仿真计算，预估出在橇体运行过程中卡瓣所受到的气动阻力，在卡瓣正上方设计长度为15mm的防脱凸台，前后两道防脱凸台将橇体卡环夹置于之间，形成卡槽，避免了火箭橇体在运行过程中由于气动力造成的脱落风险。该卡瓣厚度为50mm，故卡瓣前端延伸50mm形成45
°
内凹角，卡瓣周向呈四个卡瓣上下对称分布，上半环卡瓣与下半环卡瓣间设计预留15mm的间隙，以保证卡瓣通过竖向螺栓的预紧力压紧在产品上。火箭橇体运行至轨道终点，竖向螺栓解除上半环约束后，橇体延弧轨向下滑行，卡瓣在气动压力作用下朝相对于产品表面的后方和上方扩散，实现了快速无法干扰分离，保证了产品单独以设计速度和姿态侵彻撞击试验靶标，达到试验目的。
[0039]
通过本发明的应用，保证了前后截面半径差异性大的产品在超声速火箭橇中实现弹橇无干扰分离。