西安电子工程研究所 西安 710100
【摘要】根据导弹发射车的作战任务,对发射车行驶路面及车速进行了分析,提出其行进间工作时,路面不平度不差于C级,车速不低于30km/h的指标要求。建立了导弹发射车用底盘的仿真模型,分析了底盘以30km/h的车速在C级路面上行驶时的姿态角的变化。采用组合导航设备在襄阳汽车试验场进行了底盘路面激励响应测试,获得了底盘在不同路面上以不同车速行驶时的响应数据,并据此对导弹发射车的伺服系统等分系统提出了相应的设计要求。
关键词 导弹发射车 行进间工作 公路等级 路面不平度 路面激励响应
0 引言
某近程导弹发射车主要用于完成防空作战任务。根据作战任务要求,需要发射车在公路上以一定车速进行行进间工作。因此需要对路面不平度及车速提出要求,获得底盘在相应路面等级及车速时的激励响应数据,据此对发射车伺服系统等分系统提出相应的设计要求。本文对上述问题进行了相关分析、仿真、测试等研究。
1公路等级及路面不平度
按照相关文献[1],我国的公路等级分为四级:高速公路、一至四级公路。各路面面层及适用的公路等级如表1所示。
表1 路面面层类型及适用范围
面层类型 | 适用范围 |
沥青混凝土 | 高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路 |
水泥混凝土 | 高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路 |
沥青贯入、沥青碎石、沥青表面处治 | 三级公路、四级公路 |
砂石路面 | 四级公路 |
国际上,一般将沥青混凝土路面和水泥混凝土路面称为有铺装路面,表面处治、沥青碎石、贯入式路面称为简易铺装路面,砂石路面等计入未铺装路面。
各级公路的设计速度如表2所示。
表2 各级公路的大致路面不平度
公路等级 | 高速公路 | 一级公路 | 二级公路 | 三级公路 | 四级公路 | ||||||
设计速度(km/h) | 120 | 100 | 80 | 100 | 80 | 60 | 80 | 60 | 40 | 30 | 20 |
路面不平度等级划分可以考照国际标准化组织文件ISO/TC108/SC2N67[2]及我国的对应标准[3]。该文件按路面功率谱密度将路面的不平程度分为8个等级,分别为A,B,C,D,E,F,G,H。
2 路面不平度及车速选择
对于导弹发射车而言,由其作战任务可知,其主要在公路上进行行进间工作,主要考虑由于路面的不平度引起的激励。所以需要找出各等级公路的路面不平度。根据相关资料可知,我国公路路面不平度基本属于A、B、C三个等级范围内,其中B、C级路面所占比重较大[4]。所以不失一般性,对路面不平度提出不差于C级的要求。
在确定路面不平度的情况下,选择合适的车速,也是导弹发射车行进间工作的一个重要指标。考虑到四级公路的设计速度为20km/h,三级公里的设计速度为30km/h~40km/h,其它行进间工作的导弹发射车的行进速度一般也为15km/h~30km/h,同时考虑到本导弹发射车底盘为4X4轮式越野底盘的特点。所以行进间工作的速度确定为30km/h。
3 仿真分析
建立仿真模型,计算底盘在指定路面上以一定速度行驶时,底盘上装设备安装处的运动参数。计算所需参数如表3所示。
序号 | 参数 | 单位 | 数值 | |
1 | 质量总质量 | kg | 5800 | |
2 | 轮距(前/后) | mm | 1813/1817mm | |
3 | 轴距 | mm | 3700 | |
4 | 质心坐标(X,Y,Z) | mm | 2202.5,-17.1,1099.2 | |
5 | 前/后悬架刚性 | N/mm | 112.9/188.3 | |
6 | 前减振器参数 | 活塞速度 | m/s | 0.58 |
复原阻尼 | N | 8500±1200 | ||
压缩阻尼 | N | 5500±800 | ||
行程 | mm | 140.5 | ||
7 | 后减振器参数 | 活塞速度 | m/s | 0.59 |
复原阻尼 | N | 12500±1450 | ||
压缩阻尼 | N | 5500±800 | ||
行程 | mm | 135 | ||
8 | 轮胎 | 305/80R18MPT |
根据上表建立四轮汽车简化模型,如图1所示,计算可得底盘姿态角的变化。
模型简化后不考虑非线性因素,ANSYS仿真建模中车身采用shell181壳单元建立,单元实常数厚度设置为0.050m,仿真计算时将车身视为刚性体,故在材料1属性参数设置时将弹性模量设置为1e20,其密度通过质量除以模型体积计算所得,计算结果为15913.15kg/m3。简化模型中弹簧阻尼系统采用ANSYS中combin14单元,同时由于简化模型中前后减震器参数不同,在设置实常数时设置两组不同参数应用于弹簧阻尼单元combine14,同时建模中增加杆单元link180,长度设置为0.1m,为避免影响整体的质量分布,杆单元的密度取为0,刚度设置为1e20其与壳单元采用刚性连接。
在matlab中,构造C级路面不平度构造,采用谐波叠加法(又称为三角级数法),常见空间频率范围为:0.011
图2 C级路面不平度时域信号
通过分析可知,在C级路面不平度的时域信号激励下,底盘产生的姿态角的变化具有周期性,俯仰角周期约为0.4s,最大偏转角度为1.5°,横滚角周期约为1s,最大偏转角度为2°;
4 路面激励响应测试
编写了发射车用底盘路面激励试验大纲[3],在底盘车上加2吨沙袋作为配重,在车上上装安装位置固定导航设备进行相关数据的采集,采用两块蓄电池为导航设备进行供电。在襄阳汽车试验场进行了路面激励测试,测试车速及路况如表4所示。
序号 | 路况 | 车速(km/h) |
1 | 水泥路面 | 20 |
2 | 水泥路面 | 30 |
3 | 水泥路面 | 50 |
4 | 比利时路 | 30 |
5 | 二号综合路 | 20 |
6 | 二号综合路 | 30 |
7 | 二号综合路 | 50 |
8 | 标准路 | 60 |
9 | 标准路 | 80 |
10 | 高速环路 | 90 |
11 | 高速环路 | 120 |
测试了底盘的姿态角、角速度和角加速度,以及三个方向的线加速度(整车质心位置处)。获得了底盘在上述11种工况下的激励响应测试数据,包括航向角、俯仰角、横滚角、航向角速度、俯仰角速度、横滚角速度、航向角加速度、俯仰角加速度、横滚角加速度、车体速度、侧向速度、天向速度、车体加速度、侧向加速度、天向加速度等15组数据。这些数据也可供其它产品设计参考。
根据测试数据,参考第3节的仿真分析,取一定的设计余量,对伺服系统及其它分系统的设计提出如下指标要求:
行驶路面为C级路面,底盘行驶速度为30km/h时,路面激励如下:
俯仰 1.5° 2Hz;
横滚 2°1Hz;
航向 7° 0.5Hz;
Z向加速度 1g。
伺服系统在进行设计时,应充分考虑上述指标要求,以保证在行进间工作时,不会出现伺服系统因为路面激励的影响,而其性能不满足使用要求的情况。其它分系统在进行设计时,应充分考虑底盘振动冲击的影响。
5 结论
根据某导弹发射车的行进间工作要求,结合我国公路等级划分及路面不平度的相关标准,提出发射车在公路上行进间工作的路面不平度应不差于C级,车速不小于30km/h。根据该指标要求,建立了发射车用底盘的仿真模型,进行了路面激励响应分析。采用组合导航设备在襄阳汽车试验场进行了底盘路面激励响应测试,获得了底盘在不同路面上以不同车速行驶时的响应数据,并据此对导弹发射车提出了路面激励要求。
参考文献:
[1] 杨盛福,陈永耀,成平等. JTG B01-2003公路工程技术标准.交通部公路司,北京,2003.
[2] BSI:ISO/TC108/WG9,DOCUMENT[S],1972.
[3] GB7031-2005.底盘振动输入-路面平度表示方法[S],2005.
[4] 谢润. 车载武器行进间发射动力学研究[D].南京理工大学,南京,2015.
[5] 汪立民,傅耀宇,杨国权等. GJB 1106A-2012军用专用底盘定型试验规程.总装备部军标出版发行部,北京,2013.
作者简介:王飞朝(1977年11月);性别:男;民族:汉;籍贯:陕西省西安市;职务职称:高级工程师;学历:硕士;单位:西安电子工程研究所;研究方向:雷达结构