CN108177746B - 一种舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器及其设计方法，所述导流器的设计方法具体包括以下步骤：获取发射装置的发射参数；根据发射装置的发射参数仿真得到其尾焰喷射范围；根据发射装置的尾焰喷射范围确定导流器的导流面大小；确定导流器导流面的导流角；设定侧流面，根据导流面大小及其导流角、侧流面的倾斜角度构建导流器模型，对导流器的结构进行优化调整。本发明的导流器能够将发射装置喷射管的喷射流顺利导向大气环境中，且能够控制喷射流的侧向扩散影响范围，有效地解决了喷射流的反复冲刷会对船体结构及其周围舰面设备造成损坏的问题。

Description

一种舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器及其设计方法

技术领域

本发明涉及导弹发射技术领域，特别是涉及一种舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器及其设计方法。

背景技术

舰船甲板上通常会安装有导弹、火箭弹及其他武器发射装置，由于受到舰面材料及空间限制，导弹及火箭弹热发射尾部发动机产生的高温高速燃气射流会直接作用到船体结构及其周围的装置设备，对船体结构及其周围的装置设备产生较严重的冲击和热烧蚀。

中小型舰船设计时，由于受舰面环境条件的制约，无源干扰发射装置通常布置在环境较复杂的舰面区域，附近船体结构均采用了熔点相对较低的铝合金材料。无源干扰发射装置连续发射时，火箭弹发动机喷射产生的燃气流对舰面环境反复冲刷，将产生安全性影响，因此总体设计时需采取安全防护措施。

大中型舰船的舰面设备一般布置在不对周围环境产生影响的舰面区域，同时船体结构具备承载火箭弹连续发射时燃气流反复冲刷的能力，因此一般武器发射后只对甲板表面涂料进行修复处理；对采用熔点相对较低的铝合金结构材料的中小型舰船，通过涂刷耐高温涂料仅可以抵御燃气流的单次冲刷。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计出一种舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器及其设计方法，有效解决了发射装置的喷射流的反复冲刷会对船体结构及其周围舰面设备造成损坏的问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器的设计方法，具体包括以下步骤：

步骤1：获取发射装置的发射参数及尾焰喷射角；

步骤2：根据发射装置的发射参数仿真得到其尾焰喷射范围；

步骤3：根据发射装置的尾焰喷射范围确定导流器的导流面大小；

步骤4：确定导流器导流面的导流角；

步骤5：导流面的左、右两侧分别向外翻折出一个向上倾斜的侧流面，所述侧流面的延长面应位于周围舰面设备的上方；

步骤6：根据导流面大小及其导流角、侧流面的倾斜角度，构建导流器模型，对设置有导流器的发射装置的尾焰喷射流进行仿真，得出舰面环境的温度云图和压力云图，根据温度云图和压力云图分析舰面不同区域的温度和压力情况，根据分析结果调整导流面和/或侧流面的设置参数。

作为优选地，所述发射装置的发射参数包括火箭发动机喷射管的出口直径、出口扩张半角；所述根据发射装置的发射参数仿真得到其尾焰喷射范围的具体步骤为：

步骤2.1：确定发射装置的布置方案，所述布置方案包括多种发射状态，每种发射状态对应唯一的发射角度；

步骤2.2：调整发射装置的发射角度，依次模拟仿真出发射装置在各个发射状态下的尾焰喷射流；

步骤2.3：将各个发射状态下的尾焰喷射流进行合并，得到尾焰总喷射流；

步骤2.4：模拟出尾焰总喷射流在甲板上的喷射横截面，所述喷射横截面即为发射装置的尾焰喷射范围。

作为优选地，所述步骤2.2中仿真发射装置在某一发射状态下的尾焰喷射流的具体步骤为：

步骤3.1：确定发射装置的当前发射角度及其各喷射管的固定仰角；

步骤3.2：根据发射装置的当前发射角度以及一喷射管的出口直径、出口扩张半角和固定仰角，以其出口扩张边界的延长线为其尾焰的边界流线模拟出该喷射管的管喷射流；

步骤3.3：重复步骤3.2，模拟出各个喷射管的管喷射流；

步骤3.4：将各个喷射管的管喷射流进行合并，得到发射装置在当前发射状态下的尾焰喷射流。

作为优选地，所述导流面的面积应大于尾焰喷射范围。

作为优选地，所述导流面包括第一导流面和第二导流面，第一导流面与第二导流面相衔接；

第一导流面的导流角α应满足关系：α< 90°-λ₁，其中，α为第一导流面的导流角，λ₁为发射装置在最大发射角度状态下的固定仰角最大的喷射管与水平地面之间的夹角；

第二导流面的导流角β应满足关系：β< 90°-λ₂，其中，β为第二导流面的导流角，λ₂为发射装置在最小发射角度状态下的固定仰角最小的喷射管与水平地面之间的夹角。

作为优选地，所述侧流面与导流面之间的夹角不小于20°。

一种舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器，包括导流体，所述导流体包括第一导流面板、与第一导流面板相衔接的第二导流面板、支撑板，所述第一导流面板和第一导流面板均倾斜设置，第一导流面板和第二导流面板的左、右两侧均向外翻折出一个向上倾斜的侧流面板，所述支撑板分别竖直固定在侧流面板上和第二导流面板的后侧面上。

作为优选地，所述支撑板上开设有多个均匀分布的减轻孔。

作为优选地，所述导流器与发射装置喷射管出口之间的距离为300mm-500mm，导流器固定在舰船甲板上，导流器与舰船甲板之间设置有过渡接头，所述过渡接头由铝板和钢板组成，铝板和钢板之间通过胶粘进行固定。

作为优选地，所述第一导流面板导流面的导流角α满足关系：α< 90°-λ₁，其中，α为第一导流面板的导流角，λ₁为发射装置在最大发射角度状态下的固定仰角最大的喷射管与水平地面之间的夹角；第二导流面的导流角β应满足关系：β< 90°-λ₂，其中，β为第二导流面板的导流角，λ₂为发射装置在最小发射角度状态下的固定仰角最小的喷射管与水平地面之间的夹角；所述侧流面板与第一导流面板或第二导流面板之间的夹角不小于20°。

本发明的积极有益效果：

1、本发明的导流器的导流面能够发射装置喷射管的喷射流顺利导向大气环境中，且由于导流面的两侧设置有侧流面，使得导流器能够控制喷射流的侧向扩散影响范围，有效解决了喷射流的反复冲刷会对船体结构及其周围舰面设备造成损坏的问题。

2、导流器与发射装置喷射管出口之间的距离为300mm-500mm，导流器的设置不会影响发射装置的正常使用，也不会影响装卸火箭弹、武器射前准备、装备检测及维修保养等工作。

3、由于导流器由钢质材料制成，船体结构为铝质材料，通过在导流器和船体结构之间设置过渡接头，有效解决了钢质导流器与铝质船体结构间的过渡连接。

附图说明

图1为本发明的立体图。

图2为本发明侧向视图。

图3为图2中A-A向的剖视图。

图4为图3中的B向视图。

图5为本发明的使用状态示意图。

图中标号的具体含义为： 1为过渡接头、2为支撑板、3为第一导流面板、4为第二导流面板、5为侧流面板、6为减轻孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例一，结合图1-图5说明本实施方式，本发明的舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器是为解决火箭弹发射时发动机排放的燃气流对舰船自身及附近设备的破坏性影响而设计的一种安全性防护装置，尤其适用于舰面布置紧凑的中小型舰船以及铝合金船体结构的轻型舰船。本申请的导流器不仅能将发射装置喷射管的喷射流顺利导向大气环境中，而且也能控制喷射流的侧向扩散影响范围，同时其在应用时不会影响发射装置以及周边舰船设备的正常使用，其外形、尺寸也融入到了舰船的整体设计当中。

具体地，所述舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器，包括导流体，所述导流体包括支撑板2、第一导流面板3和第二导流面板4。所述第一导流面板3和第二导流面板4均倾斜设置，第二导流面板4与第一导流面板1相衔接，第一导流面板3和第二导流面板4的左、右两侧均向外翻折出一个向上倾斜的侧流面板5。支撑板2分别焊接固定在侧流面板5的外侧以及第二导流面板4的后侧。

左右侧以及后侧的支撑板2、第一导流面板3和第二导流面板4共同构成该导流器的导流框架。且第一导流面板3的导流角α满足关系：α< 90°-λ₁，其中，α为第一导流面板的导流角，λ₁为发射装置在最大发射角度状态下的固定仰角最大的喷射管与水平地面之间的夹角。第二导流面板4的导流角β应满足关系：β< 90°-λ₂，其中，β为第二导流面板的导流角，λ₂为发射装置在最小发射角度状态下的固定仰角最小的喷射管与水平地面之间的夹角。因此，本申请的导流器由两个导流段构成。

在设计所述舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器的过程中，其设计方法具体包括以下步骤：

步骤1：获取发射装置的发射参数，所述发射参数包括火箭发动机喷射管的出口直径、出口扩张半角等参数。

步骤2：根据发射装置的发射参数仿真得到其尾焰喷射范围。

仿真得到发射装置的尾焰喷射范围的具体步骤如下：

步骤2.1：确定发射装置的布置方案，所述布置方案包括多种发射状态，每种发射状态对应唯一的发射角度；在本实施例中，假设发射装置有3种发射状态，分别为22°、32°和40°发射角。

步骤2.2：调整发射装置的发射角度，依次模拟仿真出发射装置在各个发射状态下的尾焰喷射流；

具体地，首先，确定发射装置的当前发射角度及其各喷射管的固定仰角，假设发射装置上有3个喷射管，第一个喷射管的固定仰角为a，第二个喷射管的固定仰角为b，第三个喷射管的固定仰角为c，且a<b<c，并假设当前发射装置的发射角度为32°。然后，根据发射装置的当前发射角度以及某一喷射管的出口直径、出口扩张半角和固定仰角，以其出口扩张边界的延长线为其尾焰的边界流线模拟出该喷射管的管喷射流，即沿发射装置的发射角度方向、从第一喷射管的喷射出口按其扩张半角值作延长线，该延长线所形成的区域即可代表第一喷射管的管喷射流。然后，再依次模拟出第二喷射管和第三喷射管的管喷射流。再将这三个喷射管的管喷射流进行合并，得到发射装置在32°发射角状态下的尾焰喷射流。

调整发射装置的发射角度，按照上述步骤分别模拟出发射装置在22°和40°发射角状态下的尾焰喷射流。

步骤2.3：将各个发射状态下的尾焰喷射流进行合并，得到尾焰总喷射流；即将发射装置在22°、32°和40°这三种发射状态下的尾焰喷射流进行合并，得到其尾焰总喷射流。

步骤2.4：模拟出尾焰总喷射流在甲板上的喷射横截面，所述喷射横截面即为发射装置的尾焰喷射范围。

步骤3：根据发射装置的尾焰喷射范围确定导流器的导流面大小，导流面的大小应大于尾焰喷射范围，所述导流面包括第一导流面和第二导流面，第一导流面与第二导流面相衔接。

步骤4：确定导流器导流面的导流角；

根据流体力学理论对燃气流的流向轨迹进行分析，为了将发射装置的尾焰喷射流顺利导向大气环境中，第一导流面的导流角α应满足关系：α< 90°-λ₁，其中，α为第一导流面的导流角（即第一导流面与水平面的夹角），λ₁为发射装置在最大发射角度状态下的固定仰角最大的喷射管与水平地面之间的夹角；第二导流面的导流角β应满足关系：β< 90°-λ₂，其中，β为第二导流面的导流角（即第二导流面与水平面的夹角），λ₂为发射装置在最小发射角度状态下的固定仰角最小的喷射管与水平地面之间的夹角。

步骤5：导流面的左、右两侧分别向外翻折出一个向上倾斜的侧流面。

当发射装置的尾焰作用在导流器的导流面上时，燃气流的流向除了沿导流面向上运动，同时还会沿导流面进行离散型扩散。为避免燃气流的侧向扩散影响舰面环境（即发射装置周围的舰面设备），根据流体力学理论对燃气流的流向轨迹进行分析可知，导流面两侧的侧流面的侧向倾斜角越小，则侧向分散燃气流产生的沿上翘型面的侧向分力越大，致使燃气流的侧向流动越舒畅。反之当侧向倾斜角过大时，分解出的侧向推力减小，燃气流沿侧向上翘型面的流量减少，可能产生部分堆积现象，因此侧流面的延长面应位于周围舰面设备的上方。发明人经过长时间的摸索、研究以及大量的仿真实验发现，当侧流面与导流面之间的夹角不小于20°时，发射管的喷射尾焰不会对其周围的舰面设备造成影响。

步骤6：根据导流面大小及其导流角、侧流面的倾斜角度，构建导流器模型，对设置有导流器的发射装置的尾焰喷射流进行仿真，得出舰面环境的温度云图和压力云图，根据温度云图和压力云图分析舰面不同区域的温度和压力情况，根据分析结果调整导流面和/或侧流面的设置参数（即调整导流面的大小、导流面的导流角或倾斜面的倾斜角度），从而对导流器的结构进行优化调整。

实施例二，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述支撑板2上开设有多个均匀分布的减轻孔6，开设的减轻孔6既不会影响导流器的结构承载能力，又能减轻其重量，使其外形、重量、尺寸融入到了舰船的总体设计当中，以满足舰船整体重量和承载方面的设计要求，其他具体实施方式与实施例一相同，具体不再赘述。

实施例三，本实施例与实施例一或二的不同之处在于，导流器在使用的过程中，需要固定在舰船甲板上，由于导流器由钢质材料制成，船体结构为铝质材料，因此，在使用导流器的过程中，应考虑钢质导流器与铝质船体结构之间的过渡连接，因此，在导流器与舰船甲板之间设置一个过渡接头1。所述过渡接头1由一个铝板和一个钢板组成，铝板和钢板之间通过胶粘进行固定。过渡接头1的铝面板与船体结构相固定，钢面板与导流器的底板相固定。为了不影响发射装置的正常使用，同时也不影响装卸火箭弹、武器射前准备、装备检测及维修保养等工作的正常进行，在使用的过程中，将导流器固定在距离发射装置喷射管出口300mm-500mm的位置处。，其他具体实施方式与实施例一或二相同，具体不再赘述。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器的设计方法,其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：获取发射装置的发射参数；

步骤2：根据发射装置的发射参数仿真得到其尾焰喷射范围；

所述发射装置的发射参数包括火箭发动机喷射管的出口直径、出口扩张半角；所述根据发射装置的发射参数仿真得到其尾焰喷射范围的具体步骤为：

步骤2.1：确定发射装置的布置方案，所述布置方案包括多种发射状态，每种发射状态对应唯一的发射角度；

步骤2.2：调整发射装置的发射角度，依次模拟仿真出发射装置在各个发射状态下的尾焰喷射流；

步骤2.3：将各个发射状态下的尾焰喷射流进行合并，得到尾焰总喷射流；

步骤2.4：模拟出尾焰总喷射流在甲板上的喷射横截面，所述喷射横截面即为发射装置的尾焰喷射范围;

步骤3：根据发射装置的尾焰喷射范围确定导流器的导流面板大小；

所述导流面板包括第一导流面板和第二导流面板，第一导流面板与第二导流面板相衔接，第一导流面板位于第二导流面板的下方，

步骤4：确定导流器导流面板的导流角；

所述第一导流面板的导流角α应满足关系：α< 90°-λ₁，其中，α为第一导流面板的导流角，λ₁为发射装置在最大发射角度状态下的固定仰角最大的喷射管与水平地面之间的夹角；

第二导流面板的导流角β应满足关系：β< 90°-λ₂，其中，β为第二导流面板的导流角，λ₂为发射装置在最小发射角度状态下的固定仰角最小的喷射管与水平地面之间的夹角；

步骤5：导流面板的左、右两侧分别向外翻折出一个向上倾斜的侧流面板，所述侧流面板的延长面应位于周围舰面设备的上方；

步骤6：根据导流面板大小及其导流角、侧流面板的倾斜角度，构建导流器模型，对设置有导流器的发射装置的尾焰喷射流进行仿真，得出舰面环境的温度云图和压力云图，根据温度云图和压力云图分析舰面不同区域的温度和压力情况，根据分析结果调整导流面板和/或侧流面板的设置参数。

2.根据权利要求1所述的舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器的设计方法，其特征在于，所述步骤2.2中仿真发射装置在某一发射状态下的尾焰喷射流的具体步骤为：

步骤3.1：确定发射装置的当前发射角度及其各喷射管的固定仰角；

步骤3.2：根据发射装置的当前发射角度以及一喷射管的出口直径、出口扩张半角和固定仰角，以其出口扩张边界的延长线为其尾焰的边界流线模拟出该喷射管的管喷射流；

步骤3.3：重复步骤3.2，模拟出各个喷射管的管喷射流；

步骤3.4：将各个喷射管的管喷射流进行合并，得到发射装置在当前发射状态下的尾焰喷射流。

3.根据权利要求1所述的舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器的设计方法，其特征在于，所述导流面板的面积应大于尾焰喷射范围。

4.根据权利要求1所述的舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器的设计方法，其特征在于，所述侧流面板与导流面板之间的夹角不小于20°。

5.一种舰船无源干扰火箭弹固定发射导流器，其特征在于，包括导流体，所述导流体包括第一导流面板、与第一导流面板相衔接的第二导流面板、支撑板，所述第一导流面板和第二导流面板均倾斜设置，第一导流面板和第二导流面板的左、右两侧均向外翻折出一个向上倾斜的侧流面板，所述支撑板分别竖直固定在侧流面板上和第二导流面板的后侧面上；

所述第一导流面板位于第二导流面板的下方，

所述第一导流面板导流面的导流角α满足关系：α< 90°-λ₁，其中，α为第一导流面板的导流角，λ₁为发射装置在最大发射角度状态下的固定仰角最大的喷射管与水平地面之间的夹角；

第二导流面的导流角β应满足关系：β< 90°-λ₂，其中，β为第二导流面板的导流角，λ₂为发射装置在最小发射角度状态下的固定仰角最小的喷射管与水平地面之间的夹角；

所述侧流面板与第一导流面板或第二导流面板之间的夹角不小于20°；

所述支撑板上开设有多个均匀分布的减轻孔；

所述导流器与发射装置喷射管出口之间的距离为300mm-500mm，导流器固定在舰船甲板上，导流器与舰船甲板之间设置有过渡接头，所述过渡接头由铝板和钢板组成，铝板和钢板之间通过胶粘进行固定。

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