潜艇气动发射装置泄放阀调整设计.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ， 2 0 1 O年 第 7期 潜艇气动发射装置泄放阀调整设计 李志华 韩 震 王 志刚 海军蚌埠士官学校兵器系， 安徽蚌埠2 3 3 0 1 2 摘要 在分析泄放阀技术特 点的基础上 ， 通过对泄放 阀开启时间和出流面积控制 的计算 ， 得 出鱼雷发射深度与泄放 阀开启时 问的变 化规律。 不 同发射深度下 ， 无泡系统的海水 回收量 ， 只取决 于泄放阀的有效流通面积大小及开启时间的长短 ， 也就是取决于泄放阀通径 和小孔放气时间。 关键词 发射装置 ； 鱼雷 ； 泄放阀 中圈分类号 T J 6 3 1 ． 2 、 T J 0 1 2 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 7 - 0 0 0 4 - 0 3 T h e De s i g n a n d A d j u s t me n t o f t h e S u b ma r i n e Ga s L a u n c h i n g De v i c e Cu t o ff P r e s s u r e L I Z h i h u a HAN Z h e n WANG Z h i - g a u g We a p o n D e p a r t m e n t ， B e n g N a v y P e t t y O f fi c e r A c a d e my ， B e n g b u 2 3 3 0 1 2 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e r e g u l a rit y o f t h e l a u n c h i n g d e p t h w i t h t h e d r a i n v a l v e o p e n t i me i s g o t b a s e d o n the c a l c u l a t i o n o f the d r a i n v a l v e o p e n t i me c o n t r o 1 ．T h e q u a n t i t y o f t h e r e c o v e r y s e a w a t e r wa s d e c i d e d b y t h e d r a i n v a l v e c i r c u l a t i o n a lla s i z e a n d o p e n t i me i n t h e d i ff e r e n t l a u n c h i n g d e p t h ．Th e e j e c t i n g h o l e i s r e s o l v e d t o t w o p a r t s ．The n o - b u b b l e s y s t e m i s o p t i m i z e d w i th t h e m a t ri x a r i t h m e t i c ． Ke y W o r d s l a u n c h i n g d e v i c e ； t o r p e d o； t h e d r a i n v a l v e O引言 为了保证鱼雷的隐蔽发射，在结构上配置了无泡 发射系统 ， 在鱼雷获得一定 的运动速度后 ， 回收发射空 气和部分海水， 保证气体不泄漏和潜艇的均衡。系统主 要有无泡气瓶 。 充气 阀、 泄放 阀、 无泡转换开关和定时 调节器等组成。动作原理如图 1 所示。 图 1 无泡装置动作原理 潜艇无泡无倾 差发射鱼雷是潜艇 的战术性能要 求。在发射鱼雷后 。 当鱼雷圆柱段离开发射管前气密环 收稿 日期 2 0 0 9 0 9 - 0 3 作者简介 李志华， 1 9 7 4 一 ， 男 ， 湖北孝感人 ， 博士 ， 主要从事水雷和反潜 科研教学 。 4 之前 ， 泄放阀开启 ， 将存放于发射管中的废气能量及时 回收到潜艇舱室水柜内。由于不 同发射深度发射鱼雷 所需 的能量不同，这决定了泄放 阀为回收废气而开启 阀门的时间不同。 1 泄放 阀结构 泄放阀结构示意图和泄放阀打开时管内膛压与鱼 雷的具体位置分别如图 2 、 图 3所示。 图 2 泄放阀结 构示意图 图 3泄 放 阀 打 开 时 ． 管 内膛 压 与 鱼 雷 的具 体 位 置 图 3中， p j 为截止气瓶压力 ’ 厂2 为泄放阀结 构尺寸。 为弹簧作用力。 无倾差发射鱼雷是在发射鱼雷时，由于鱼雷出管 而 引起 的潜 艇重 量配 置 的改 变 ．需要 向舱 室水 柜 回收 一 定量的海水质量 ． 进行无倾差调整。因为鱼雷在水 中 的负浮力是不变的 ，故因鱼雷离开发射管需要 向潜艇 Hv d r a ul i c s Pn e uma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 7． 2 01 0 舱室 回收约等于足 以补偿鱼雷负浮力的海水质量大致 一 样 ． 这和发射深度无关 。 1 ． 1 泄放 阀工 作原 理 在平时 ， 泄放 阀关闭 ， 应 急档板打开 ， 节流档板在 自动截 面调节器 的带动 下处 于 同发射 深度相应 的开 度。发射管准备时 ， 发射气瓶的压缩空气经过互锁阀进 入无泡转换开关 ，使其接通无泡联锁气瓶与泄放阀的 通路 ， 这样 ， 无泡联锁气瓶 的压缩空气经过无泡转换开 关进入泄放阀活塞下腔 E， 确保泄放 阀的关闭状态。发 射管预备时 ， 打开发射管前盖 ， 互锁 阀压人 ， 发射气瓶 的压缩空气不再进入无泡转换开关 ，并将开关内的气 压经过互锁 阀放到舱室中 ， 这样 ， 转换开关动作 ， 关闭 无泡联锁气瓶与泄放 阀的通路 ，并将泄放 阀下腔 E的 空气通过转换开关放进舱室 ， 这样 ， 在发射过程中为泄 放阀的打开作好 了准备。发射时 ， 当发射气瓶的压力下 降到一定值时 ， 定时调节器工作 ， 压缩空气从无泡气瓶 进入泄放 阀的上腔 D， 作用在活塞上 ， 使活塞杆和阀盘 一 起 向下运动 ．直到活塞杆上的缓 冲器顶在气缸套筒 的壳体上 ， 泄放 阀打开 。这样 ， 发射管 内的水和气通过 泄放阀 、 应急档板和截流通道进入无泡水柜。 经过一段时间， 定时调节器动作 ， 腔室 D的空气经 过定时调节器放气孔放出， 在弹簧和海水压力作用下 ， 阀盘 、 活塞杆和手轮恢复至初始位置 ， 泄放阀关闭。 1 ． 2泄放 阀开启 和 关 闭条件 为保证鱼雷能获得既定的出管速度 ．又要防止废 气不随鱼雷逸出发射管 ， 实现无泡无倾差发射鱼雷。气 动鱼雷发射装置要求开启和关闭泄放阀的条件如下 1 发射管膛压 P c 6 ． 2 7 m 时 P- p c 0 ． 0 4 2 - 0 ． 1 2 MP a 。 2 鱼雷后切面距发射管前端 面的距离 L b O 。 当 L b 3 8 0 ～ 4 2 0 m m 时 ． 泄放 阀关 闭 。 2 泄放 阀开启 间隔时 间控制 泄放阀开启间隔时间是指定时调节器送气部气路 接通到定时调节器放气部气路泄放的时间间隔。控制 泄放 阀开启 间隔时间是控制泄放阀回收废气 和定量海 水质量。影 响泄放 阀开启间隔时间的有发射深度海水 静压 P ， 无 泡气 瓶容 积 和压 力 P ， 定 时调 节 器程 控 节 流阀和P 液控节流阀。 不同发射深度 ， 泄放阀开启 间隔时间不一样。随着 发射深度增加 ，发射能量增大，回收废气和海水量增 多 ， 泄放阀流通面积增大 ， 泄放阀开启间隔时间缩短。 一 般要求保证鱼雷出管速度 V 。 1 3 ～ 1 8 m ／ s ， 最大膛 压 P ≤0 ． 7 5 MP a ，泄放 阀开启间隔时间按下列公式计 算 △￡ 厂 2 H 式 中 为无泡气瓶的容积； 为无泡气瓶的初温 ； P ， 为无泡气瓶开启前后的压力 ，单位为 k g [ m2 ； 为定 时调节 器程 控节 流 阀的 出流 面积 ； 为气体的绝热指数 ， K I ． 4 。 计算结果如表 1 所示 ， 曲线如图 4所示。 表 1 不同发射 深度 泄放 阀开启间隔时间 们 厘 茁 屡 疆 趔 发 射 深 度／ 图 4发射深度与泄放阀开启 时间的关系 泄放阀排气流量 G 受三个因素影响 泄放阀出流 面积 fi x 1 、 泄放 阀开启时发射管压力 P 和发射管压力 与无泡水柜压力 P 的压力差。 发射深度确定后 ，泄放阀开启时发射管压力 p 已 知， 只要调整 和 P 值， 能实现无泡无倾差发射。 在艇上安装条件下 ， 根据发射深度海水静压力 P ， 调整无泡气瓶充气压力 P 值和按 比例调整定时调节器 程控节流阀的出流面积． 厂 H 。发射深度愈大， 要求无泡气 瓶充气压力增高或节流阀出流面积．厂 H 减小 ，泄放阀开 启 间 隔时 间增 长 。 泄放阀开启后 ，无泡气瓶气压P 经定时调节器可 调 节 流 阀出流 小孔不 断 消耗 而减 少为 5 液 压 气 动 与 密 封 ， 2 0 1 0年 第 7期 p -- p f ／ 1 2 ． 3 2 Z u ， _ 、 ／ ￡ 孤 ‘ f 3 泄放 阀出流面积控制 通过与泄放阀开口串连 ，在无泡水柜安装大小通 风阀，控制泄放阀出口压力 ，从而控制泄放阀出流面 积， 可达到控制废气和海水量的目的。泄放阀回收的废 气和定量海水取决于泄放阀开启间隔时间 、泄放阀 开 1 I 前后压差和泄放阀开IS I 的通流面积a S x 。 发射深度增大时， 海水静压 P 增大， 管中回收废气 能量增大， 管中废气压力增大。 感受海水静压力 P 节流 挡板 面 积 日 减 小 ， 泄放 阀活塞 杆 运 动速 度 d x ／ d t 增 大， 从而控制泄放 阀出流面积 ． x 增大 ， 使泄放阀回收 的废气和海水流量增大。根据泄放 阀开启时间条件 ， P ≤ 0 ． 8 ～ O ． 8 5 p h 。 且假定泄放阀开 I 1 平均压差和P h 可调节流阀开 口 平均压差相等， 即 ’p , ,o l ／ 2 [ 0 ． 8 - 0 ． 8 5 p I a ] 泄放阀活塞杆运动方程组 c r 1 ／ G- f -, 【P J 一 r o 一 ■ f ] Ql x “ V ／ 2 g A p c p ／ r Q 2 x ／ 2 g A p c e ／ r d x 日 ] f pj A S- _,R Ia S E _ 厂 2 f I ∑ R 叩 厂1 _ 厂2 I 一 F 3 H 】V p △ 、_ ∑ 式 中Q 。 发射管废气注入无泡水柜 的流量 ，单位 为 k g C s Q 无泡水柜注入舱室的流量 ， 单位为 k g ／ s ； 泄放阀某一行程时对应的泄放阀出流 面积 ， 单 位为 m z 可调节流阀的通流面积 ， 单位为 m ； △ c P 泄放阀开口平均压差 ， 单位为 MP a ； 为泄放阀出流面积 ， 单位为 I n ； 流量系数 ； 弹簧预压力 ， 单位为 N； 矸～摩擦力 ， 单位为 N； 一水的比重 ， 单位为 N ／ m3 ； ’厂2 泄放阀结构尺寸 ， 单位为 I n 。 4结论 由于水深状态调整仪的实现机理决定了在同一个 发射 深度 下 ， 泄放 阀的开启 和无 泡 气瓶 的气 压截 至 即 泄放阀的关闭 是固定的， 那么 ， 不同发射深度下， 无泡 系统的海水回收量 ，只取决于泄放阀的有效流通面积 大小及开启时间的长短 ，也就是取决于泄放阀通径和 小 孔放气 时 间。 采用矩阵运算方法 ， 用分解法来优化无泡系统。把 放气小孔分解为两部分 ，一部分是面积为定值的固定 小孔 ，另一部分是随发射深度变化其面积也变化的缝 隙 。 在工程实现中，对于可变面积部分采用滑阀式原 理 ，通过阀芯与阀体 的配合缝 隙的长短来调整小孔可 变流通面积 的大小 ．从而满足不同发射深度对小孔放 气面积变化的需要 。 参 考 文 献 [ I 】 陈一雕， 马士杰． 潜艇鱼雷发射器内弹道计算阴． 水中兵器通 讯． 1 9 7 7 3 1 - 1 8 ． [ 2 】 练永 庆， 王树宗． 水 下发射器的气体 流量控 制阀优化设计叨． 机床 与液压。 2 0 0 3 2 9 7 9 9 ． 【 3 ] 练永庆， 王树宗． 水下 发射器的气体流量控制 阀优化设计田． 弹道学报， 2 0 0 2 2 1 6 ． f 4 ] 刘惟信． 机械最优化设计【 M】 ． 北京 清华大学 出版社， 1 9 9 4 ． f 5 】 雷天觉． 新编液压工程 手册【 M 】 ． 北 京 北京 理工大学 出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 6 ]6 张利 平． 液压气 动系统设计手册[ M 】 ． 北 京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 8 ． 【 7 】 陆元 章． 现代机械设 备设计手册【 M] ． 北京 机械工业 出版社， 1 99 6． [ 8 】 陈乾斌， 等． 关 于求解气动 阀有 效截面积 的问题[ J 】 ． 液压气动 与密封． 2 0 1 0 3 3 3 3 7 ．