导弹发射车路面激励响应分析及测试

王飞朝

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。

表3 底盘仿真所需参数

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。

图1 四轮汽车简化模型

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。

表4 测试车速及路况

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