制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法与流程

本发明属于制导炮弹过载激活热电池，具体涉及一种制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法。

背景技术：

1、制导炮弹采用发射后上电的方式，由于制导炮弹炮发射过载大(一般超过2000g)，所以弹上热电池普遍采用发射过载作为能量进行激活。针刺火帽记过机构示意图见附图1。激活机构常安装在热电池圆柱端面，在弹丸发射时，整个激活机构在发射过载作用下加速向前运动，击针在惯性力作用下压缩弹簧，击针以一定的速度刺入针刺火帽，针刺火帽发火，火焰通过传火孔点燃引燃组件，从而激活热电池。

2、激活机构的设计需要考虑两个主要的使用场景，一在发射时需可靠激活；二在日常勤务处理时不能激活。由于工程实践中长期根据试验及经验摸索规律，缺乏激活过程的建模仿真及验证指标依据，因此在飞行试验中常出现不激活或者在地面勤务处理时误激活的情况。迫切需要在理论上对激活机构激活过程进行仿真计算以指导设计。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是：如何为指导针刺过载激活机构的设计及验证，为提高制导炮弹的激活可靠性、安全性，提供一种仿真及验证方法。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提供一种制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，所述方法包括：

5、第一步，建立针刺过载激活机构模型；

6、第二步，热电池跌落过程中过载建模仿真；

7、第三步，确定设计针刺火帽激活机构地面锤击验证试验的验证指标。

8、其中，所述第一步中，包括：

9、步骤11：输入针刺激活机构的初始参数；针刺激活机构由弹簧、针刺火帽、击针组成；击针质量为m；弹簧的刚度系数为k，初始位置为x0时预压弹簧力为f0，击针速度为v0；击针撞击针刺火帽时的位置为x1，此时弹簧力为f1，击针速度为v1；

10、步骤12：计算弹簧在不同位置x的弹簧力：fk＝f0+kx；

11、步骤13：输入发射过载a，计算击针的惯性力fg＝-ma；

12、步骤14：忽略摩擦力，在击针与弹簧组成的系统非惯性系中，根据牛顿第二定律获得系统动态方程：

13、

14、步骤15：计算在发射过载作用下击针的位置x及速度v；通过数值方法解式(1)的微分方程；初始条件为：x＝x0时，v0＝0m/s；终值条件：x＝x1；求得此时撞击速度v1及动能。

15、步骤16：判断击针撞击时的速度及动能是否满足针刺火帽激发要求的能量下限ekmin。

16、其中，所述第二步中，包括：

17、步骤21：确定跌落高度及跌落碰撞持续时间；在跌落碰撞过程中，其过载曲线的特性取决于弹的跌落高度h和跌落碰撞持续时间t；

18、步骤22：计算跌落碰撞时刻击针的速度v0；根据自由落体计算公式，

19、步骤23：计算击针撞击针刺火帽时的速度v1及动能ek1；在击针与弹簧组成的系统中，忽略摩擦力，则跌落时击针的初始动能ek0部分转化为击针撞击针刺火帽时弹簧的弹性势能增加量△ee1，剩余动能则为击针撞击动能ek1；

20、ek0＝ek1+△ee1

21、步骤24：根据击针撞击动能ek1与针刺火帽激发能量下限ekmin关系确定设计结果是否满足最大跌落高度指标要求。

22、其中，所述步骤24中，若不满足最大跌落高度指标要求，则通过更改击针重量、弹簧劲度系数的设计参数，如此迭代直至满足落高要求。

23、其中，所述步骤22中，g为重力加速度。

24、其中，所述第三步中，包括：

25、步骤31：对地面锤击试验的冲击过载信号进行建模；根据实测曲线，冲击信号近似为半正弦波；过载峰值为gmax，脉宽为ts，则锤击的过载冲击信号g表示为：

26、

27、步骤33：根据第二步中满足安全落高指标的激活机构设计参数，输入过载峰值gmax及脉宽ts的初值，得到锤击冲击信号g作为激活机构仿真模型的初始输入，根据第一步中建立的模型进行仿真得到击针撞击动能ek1；

28、重复该过程直到撞击动能ek1逼近与针刺火帽激发能量下限ekmin，此时的过载峰值gmax与脉宽ts即为地面锤击验证试验的验证指标。

29、(三)有益效果

30、与现有技术相比较，本发明通过建立制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，可为激活机构设计提供依据，减少反复迭代试错过程，降低研制周期与研制成本。并且可通过地面锤击试验较为准确的模拟真实飞行的撞击能量，为热电池验收提供可信的试验标准，提高热电池激活的可靠性，极大减少飞行中热电池出现不激活的风险。

技术特征：

1.一种制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，其特征在于，所述第一步中，包括：

3.如权利要求2所述的制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，其特征在于，所述第二步中，包括：

4.如权利要求3所述的制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，其特征在于，所述步骤24中，若不满足最大跌落高度指标要求，则通过更改击针重量、弹簧劲度系数的设计参数，如此迭代直至满足落高要求。

5.如权利要求3所述的制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，其特征在于，所述步骤22中，g为重力加速度。

6.如权利要求3所述的制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，其特征在于，所述第三步中，包括：

7.如权利要求6所述的制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，其特征在于，所述方法属于制导炮弹过载激活热电池技术领域。

8.如权利要求6所述的制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，其特征在于，所述方法能够指导针刺过载激活机构的设计及验证。

9.如权利要求6所述的制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，其特征在于，所述方法能够提高制导炮弹的激活可靠性、安全性。

10.如权利要求6所述的制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，其特征在于，所述方法通过建立制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，可为激活机构设计提供依据，减少反复迭代试错过程，降低研制周期与研制成本。并且可通过地面锤击试验较为准确的模拟真实飞行的撞击能量，为热电池验收提供可信的试验标准，提高热电池激活的可靠性，极大减少飞行中热电池出现不激活的风险。

技术总结
本发明属于制导炮弹过载激活热电池技术领域，具体涉及一种制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法。所述方法包括：第一步，建立针刺过载激活机构模型；第二步，热电池跌落过程中过载建模仿真；第三步，确定设计针刺火帽激活机构地面锤击验证试验的验证指标。所述方法通过建立制导炮弹热电池针刺过载激活机构的仿真与地面验证方法，可为激活机构设计提供依据，减少反复迭代试错过程，降低研制周期与研制成本。并且可通过地面锤击试验较为准确的模拟真实飞行的撞击能量，为热电池验收提供可信的试验标准，提高热电池激活的可靠性，极大减少飞行中热电池出现不激活的风险。

技术研发人员：张意,张鹏飞,柴劲,齐竹昌,韩旭东,陈红星,胡敏,谭磊,司忍辉,康博翼,王乔
受保护的技术使用者：西安现代控制技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19