(成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司技術(shù)中心， 四川 成都 610092)

引言

無(wú)人艦載機(jī)是以航空母艦為基地的海上固定翼飛機(jī)，是航母的主要攻防武器，也是形成航母戰(zhàn)斗群作戰(zhàn)能力的基礎(chǔ)和根本。艦載機(jī)能夠迅速、可靠地起飛是保證航母戰(zhàn)斗力的最主要技術(shù)條件之一。

無(wú)人艦載機(jī)的起飛技術(shù)主要有彈射起飛和滑躍起飛。彈射起飛是指用彈射器給艦載機(jī)施加外力，使其迅速增速而“彈射升空”；滑躍起飛是指先依靠自身動(dòng)力在航母水平甲板上滑跑，后經(jīng)航母艦首斜曲面甲板，使艦載機(jī)在離艦瞬間袴分速度，實(shí)現(xiàn)離艦起飛。彈射起飛與滑躍起飛相比，彈射起飛降低了對(duì)艦載機(jī)的要求，彈射起飛所需的跑道長(zhǎng)度較短，彈射起飛可保證多架艦載機(jī)以較短時(shí)間間隔起飛作戰(zhàn)，滿足實(shí)戰(zhàn)需求[1-2]。

飛行實(shí)踐證明，彈射起飛方式安全、可靠，是大中型航空母艦的首選。艦載機(jī)彈射桿操縱系統(tǒng)是決定彈射起飛成功與否的關(guān)鍵因素之一[3-4]。

國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有成功應(yīng)用的彈射艦載無(wú)人機(jī)，對(duì)彈射桿操縱系統(tǒng)的研究較少。本研究設(shè)計(jì)了一套艦載無(wú)人機(jī)彈射桿操縱系統(tǒng)；并對(duì)彈射桿收上、放下、與往復(fù)車掛接等進(jìn)行了仿真分析[5-12]。

1 彈射桿操縱系統(tǒng)組成和工作原理

彈射桿操縱系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)彈射桿的解鎖、收上、放下、保持下壓力、與往復(fù)車掛接等功能。

彈射桿操縱系統(tǒng)由泵源、開(kāi)鎖電磁閥、開(kāi)鎖作動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電磁閥、旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器等組成，其中旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器由液壓馬達(dá)、扭簧、減速機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)組成。彈射桿操縱系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 彈射桿操縱系統(tǒng)

飛控發(fā)送指令啟動(dòng)電動(dòng)泵，電動(dòng)泵從自增壓油箱中吸油，輸出高壓油經(jīng)供壓油濾為系統(tǒng)提供液壓壓力。

放彈射桿時(shí)，需先將彈射桿解鎖；飛控發(fā)送指令控制彈射桿開(kāi)鎖電磁閥通電，高壓油通過(guò)電磁閥進(jìn)入開(kāi)鎖作動(dòng)器無(wú)桿腔，活塞桿伸出，實(shí)現(xiàn)彈射桿解鎖。收到解鎖信號(hào)后，飛控控制彈射桿驅(qū)動(dòng)電磁閥通電，高壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)將速度降低、扭矩放大后，經(jīng)連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)彈射桿放下，放下到位后高壓壓力使彈射桿保持一定下壓力。

收彈射桿時(shí)，需將開(kāi)鎖電磁閥和驅(qū)動(dòng)電磁閥斷電，關(guān)斷高壓油路，液壓馬達(dá)兩腔壓力通回油、開(kāi)鎖作動(dòng)器通回油，彈射桿在旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器中扭簧的作用下收上，開(kāi)鎖作動(dòng)器在彈簧的作用下復(fù)位，實(shí)現(xiàn)彈射桿上鎖。

2 系統(tǒng)建模

2.1 泵源模型

泵源由電動(dòng)泵組件、油箱、供壓油濾、回油油濾、單向閥、蓄壓器、安全閥等組成。

泵源模型如圖2所示。

圖2 泵源模型

2.2 彈射桿收放模型

彈射桿開(kāi)鎖電磁閥和驅(qū)動(dòng)電磁閥均為二位三通電磁閥；開(kāi)鎖作動(dòng)器的一腔通液壓油，另一腔為彈簧；開(kāi)鎖作動(dòng)器的負(fù)載用質(zhì)量塊模擬；旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器集成液壓馬達(dá)、減速器、扭簧，其中液壓馬達(dá)的工作腔與電磁閥接通，另一腔直接通回油；彈射桿收放單元模型如圖3所示，模型中限流孔模擬馬達(dá)的內(nèi)漏。

圖3 彈射桿收放單元

彈射桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用四連桿驅(qū)動(dòng)，建模時(shí)將連桿簡(jiǎn)化為平面上的桿；彈射桿上往復(fù)車過(guò)程中，彈射桿觸地端頭會(huì)受到外力，用信號(hào)庫(kù)模擬外力，給彈射桿施加載荷。彈射桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型如圖4所示。

圖4 彈射桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型

2.3 系統(tǒng)模型

將各元件模型按系統(tǒng)原理及物理關(guān)系連接，組成整個(gè)系統(tǒng)的模型，如圖5所示。

3 仿真分析

3.1 仿真輸入

仿真需輸入彈射桿解鎖指令、彈射桿放下指令、彈射桿收上指令、彈射桿受外載荷。

圖5 彈射桿操縱系統(tǒng)模型

彈射桿放下觸地后上往復(fù)車，此時(shí)彈射桿有一定下壓力，往復(fù)車會(huì)施加給彈射桿一個(gè)反向力矩，曲線如圖6所示。彈射桿上往復(fù)車過(guò)程中，反力矩逐漸增大，彈射桿與往復(fù)車掛接成功后，此時(shí)反力矩消失。

圖6 彈射桿負(fù)載曲線

3.2 彈射桿操縱仿真

彈射桿初始位置為收上位置,通過(guò)控制電磁閥通斷，T1時(shí)開(kāi)鎖電磁閥通電，彈射桿解鎖；T2時(shí)收放電磁閥通電，彈射桿放下；T3時(shí)開(kāi)鎖電磁閥和收放電磁閥同時(shí)斷電，彈射桿收上，對(duì)彈射桿進(jìn)行收放仿真分析。彈射桿運(yùn)動(dòng)角度(收上位置角度為0°)曲線如圖7所示，液壓馬達(dá)兩腔壓力曲線如圖8所示，電動(dòng)泵輸出壓力曲線如圖9所示，電動(dòng)泵輸出流量曲線如圖10所示。

分析圖7～圖10可知：

(1) 彈射桿放下和收上過(guò)程運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。放下時(shí)間3 s，上往復(fù)車時(shí)，彈射桿反轉(zhuǎn)一定角度，越過(guò)往復(fù)車后彈射桿繼續(xù)放下；彈射桿收上時(shí)間3 s；

(2) 彈射桿放下過(guò)程中馬達(dá)兩腔壓力為4.3 MPa，低壓腔約1 MPa；彈射桿上往復(fù)車過(guò)程中，馬達(dá)反轉(zhuǎn)，高壓腔壓力略微上升；電磁閥斷電收彈射桿時(shí)，馬達(dá)兩腔均通回油，壓力下降至0.5 MPa；

圖7 彈射桿運(yùn)動(dòng)角度曲線

圖8 液壓馬達(dá)兩腔壓力曲線

圖9 電動(dòng)泵輸出壓力曲線

圖10 電動(dòng)泵輸出流量曲線

(3) 0～1 s電動(dòng)泵向蓄壓器充壓，彈射桿放下過(guò)程中，泵源壓力下降至6 MPa，因馬達(dá)內(nèi)漏較大，彈射桿放下到位后，內(nèi)漏導(dǎo)致泵源壓力穩(wěn)定在6 MPa；彈射桿收上后，泵源壓力穩(wěn)定在額定壓力；

(4) 彈射桿放下過(guò)程中，蓄壓器向系統(tǒng)補(bǔ)充流量，放下到位后，因馬達(dá)內(nèi)漏影響，泵源持續(xù)輸出一定流量；收彈射桿后，電磁閥斷電，馬達(dá)內(nèi)漏不影響，泵源輸出流量為0。

仿真結(jié)果表明彈射桿操縱系統(tǒng)功能、性能滿足要求；彈射桿收放過(guò)程穩(wěn)定、平穩(wěn)；液壓馬達(dá)內(nèi)漏影響系統(tǒng)泵源建壓，內(nèi)漏在一定范圍內(nèi)不影響系統(tǒng)功能和性能，但會(huì)造成系統(tǒng)無(wú)效功率增大；內(nèi)漏若超過(guò)一定值，系統(tǒng)壓力較低，影響彈射桿放下到位和放下時(shí)間。

4 結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)了一套艦載無(wú)人機(jī)彈射桿操縱系統(tǒng)，基于AMESim仿真平臺(tái)建立了系統(tǒng)仿真模型，考慮了關(guān)鍵元件內(nèi)漏等因素，對(duì)系統(tǒng)功能、性能進(jìn)行了仿真，提出了執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)漏對(duì)系統(tǒng)的影響，仿真表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、功能性能滿足要求。