摘 要：针对新型冷气弹射式发射装装置弹射分离参数受高压冷气压力的影响较大问题，文章通过对不同温度条件下悬挂物分离速度受气瓶压力和流通面积的影响进行分析计算，形成典型气瓶压力受流通面积影响的等速曲线图，采用图像法进行了曲线分段拟合。在等速曲线分段拟合的基础上，进行弹射式发射装装置弹射分离速度稳定性的原理设计，为新型弹射发射装置及同类悬挂装置对悬挂物弹射分离速度稳定性控制提供技术支持。
关键词：冷气；弹射式发射装置；分离速度；稳定性
中图分类号：tj760.13 文献标识码：a 文章编号：1006-8937（2012）20-0038-03
弹射式发射装置是指用来悬挂、运载和弹射分离悬挂物的机载设备，是载机悬挂装置的一种，在导弹发动机点火之前，利用弹射能源产生的瞬间弹射力将导弹弹离载机。通过弹射式发射装置能将导弹安装在机内或干扰流场作用较大的武器挂点上。同时可以避免导弹尾喷流对载机的侵蚀影响。
随着弹射式发射装置的大面积应用，采用抛放弹作为弹射式发射装置的弹射作动能源，其本身电爆不完全燃烧的特性和化学残留对悬挂装置的影响逐渐引起重视，抛放弹点燃后产生的化学腐蚀、残渣等增加了悬挂装置的使用维护要求，降低了悬挂装置的性能、缩短了悬挂装置的寿命，此外抛放弹还涉及到相关的储存、保管、损耗和废旧处理等过程，进而引发悬挂装置全寿命使用维护费用的增加。
20世纪80年代在美空军的资助下，edo公司成功地演示验证了非抛放弹弹射作动悬挂装置免维护效果。WWw.11665.coM全气体作动的炸弹架和导弹弹射架项目也在美空军装备实验室成功验证，悬挂装置进入洁净弹射作动能源时代，采用洁净弹射作动能源的弹射发射装置得以不断的发展。
随着高压冷气作动技术的进一步研究应用，高压冷气压强随温度大范围变化，从而影响悬挂物分离参数及分离姿态的稳定性的特点成为影响高压冷气作动技术深入推广的重要因素。本文从弹射发射装置采用高压冷气为弹射作动能源入手，开展弹射作动能源环境温度影响、弹射分离速度稳定性等问题的研究，试图寻找一种控制弹射发射装置悬挂分离速度稳定性的有效方法，为悬挂装置的配套研制提供解决途径。
1 环境温度与高压气体压力关系
1.1 真实气体状态方程
真实气体只是在温度不太低，压力不太高的条件下，才能遵守理想气体的状态方程。理想气体方程应用到真实气体，必须考虑到真实气体的特征，予以必要的修正。范德瓦尔斯方程是1873年荷兰物理学家范德瓦尔斯（van der waals）在对理想气体两条基本假定（忽略分子固有体积、忽略除碰撞外的分子间相互作用力）分别做出两条重要修正后得到的，能描述真实气体行为的物态方程。
1.2 试验对比
为进一步确认气体方程计算值与实际实验值的符合性，在初始温度为20℃，悬挂装置充气20 mpa，进行压力随温度变化值测量。由测量数据可看出，实验测量结果与范德瓦尔斯方程计算结果符合程度较高（图1），因此本文以下压力随温度变化数据均采用范德瓦尔斯方程进行计算求解。
2 弹射分离速度稳定性分析
2.1 弹射分离速度稳定性要求及解决途径
本文以某新型弹射发射装置为例，使用环境温度为-55℃～+70℃，标准条件下（+25℃～+35℃）弹射发射装置作动能源压力为28 mpa。经试验验证，在该型弹射发射装置全温度工作范围内，其弹射作动能源压力从16～20 mpa变化到38～42 mpa，对应的悬挂物弹射分离速度也从7.6 m/s变化到11.2 m/s，悬挂物在弹射分离时的动能相差近1倍。由于悬挂物弹射分离过程的作用时间小于200 ms，作用时间短，作用力大，如何有效控制悬挂物的弹射分离速度偏差，提高悬挂物的分离姿态稳定性，成为该新型弹射发射装置设计的一项关键技术。
弹射发射装置的冷气作动系统采用电磁阀进行弹射作动能源的释放控制，气体流量受电磁阀通径影响，通常电磁阀的通径是定值，不随温度—压强变化，如图2所示。
若想在不同的压力下，获得近似相同的弹射分离速度，可通过改变电磁阀的开关时间和控制电磁阀通径的方法来实现。电磁阀的开关时间控制环节较多，系统误差较大，电磁阀的控制环节和实现效果误差较大，不宜采用实现。下面就采用控制电磁阀通径随压力变化的方法，来达到控制悬挂物分离速度的稳定进行分析研究。
2.2 温度压力与弹射系统流通面
积的关系
本文采用amesim软件进行弹射系统仿真建模，系统原理见图2所示。以7.6 m/s为悬挂物的分离速度设计低限，以8.3 m/s为悬挂物的分离速度设计高限，进行-55℃～+70℃全温度范围弹射发射装置弹射作动压力和流通面积关系计算，计算结果如图3所示。
由图3可知，两条速度曲线在气瓶压力小于28 mpa时，弹射作动压力变化引起弹射系统有效流通面积变化较大；当气瓶压力大于28 mpa时，随着弹射作动压力变化引起弹射系统有效流通面积变化较小。由此可采取分段控制的措施，进行弹射分离速度的近似拟合，以确保各种温度压力条件下弹射发射装置弹射分离速度的相对稳定性。
2.3 速度曲线拟合
采用直线拟合方式进行函数曲线的拟合，具有原理简单，易于实现等特点，所以针对图3曲线，下文拟采用直线分段拟合的形式来保证不同压力条件下弹射作动系统流通面积的实时变化。
当弹射作动压力大于28 mpa时，随着弹射作动压力变化弹射系统有效流通面积变化较小，此段曲线可采用平直直线进行拟合，就是采取确定的流通面积的方式，确保适配温度和压力条件下悬挂物弹射分离速度在确定速度范围内。
弹射作动压力小于28 mpa时，随着压力变化弹射系统有效流通面积变化较大，所以在压力小于28 mpa的曲线部分，采用大斜率直线进行拟合，使大斜率直线落在速度上下限曲线之间。最后调整大斜率拟合段直线和平直段拟合段直线，形成连续的线段，即为弹射发射装置弹射作动系统流通面积随压力变化的参考设计线，如图4所示。
3 典型等速曲线拟合的原理实现及计算
3.1 原理实现
分析图4典型等速曲线平直段拟合+大斜率段拟合，平直段拟合的物理实现为弹射发射装置作动能源在高压强下的固定流通面积，大斜率段拟合的物理实现为类似y=k×x函数特性的结构形式。弹簧的函数为f=k×x，为作用力和作用距离的关系函数，与大斜率段拟合直线函数y=k×x相似，调整两函数关系，形成如图5拟合后弹射发射装置的冷气作动系统原理图。
3.2 仿真分析
采用amesim软件对拟合后弹射发射装置的冷气作动系统，进行42 mpa弹射作动压力时弹射发射装置对悬挂物弹射分离速度的稳定性计算。
经计算，等速曲线拟合控制部件在系统作动瞬间弹射系统有效流通面积从31.4 mm2变化到35.2 mm2，如图6所示；悬挂物分离速度基本稳定在8.23 m/s左右，如图7所示，小于原弹射作动压力42 mpa时弹射发射装置对悬挂物弹射分离速度11.2 m/s，与拟合曲线设定速度上限8.3 m/s接近。
通过以上计算，拟合后的弹射发射装置冷气作动系统原理，可以起到稳定的作用，达到稳定弹射发射装置对悬挂物弹射分离速度的目的。
4 结 论
本文通过对不同温度条件下，弹射发射装置对悬挂物分离速度设计低限和设计高限设定，对弹射发射装置弹射作动压力受流通面积大小的影响进行分析计算，形成弹射发射装置弹射作动压力与流通面积大小变化的典型等速曲线趋势图，采用图像法进行了曲线分段拟合；在等速曲线分段拟合的基础上，形成弹射发射装置弹射系统分离速度稳定性工作原理，并进行最大作动压力下弹射发射装置对悬挂物弹射分离速度稳定性仿真计算。
通过对该弹射发射装置弹射系统典型等速曲线拟合和对悬挂物弹射分离速度稳定性仿真计算，结果表明该等速拟合方法能够实现稳定弹射发射装置对悬挂物弹射分离速度的目的，为新型弹射发射装置及同类悬挂装置对悬挂物弹射分离速度稳定性设计提供实现途径。
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