基于燃气-液压混合驱动的瞬时爆发型大惯量起竖系统基础研究

The performance of erecting system is highly related to quick-reaction capability of vehicle erecting equipment. Aiming at main problems of traditional erecting equipment, a prompt explosion erecting system with large inertia based on hybrid drive of gas and hydraulics is proposed. This system satisfies the requirements of fast erection, smooth operation and accurate brake of vehicle equipment. Several key scientific problems of hybrid-driven system will be solved in this research such as: (1) Investigating into the rapid erection mechanism of hybrid-driven system to establish the relation model which suggests interaction laws between explosion energy of gas, velocity and acceleration of erecting mechanism so as to achieve rapid erection; (2)Researching stable problems on multistage hydraulic actuator which is involved in multi-factor coupling to eliminate unstable problems caused by pressure impact and coupled flutter;(3) Proposing effective control methods based on structural flexibility for high-speed erecting system with large inertia to solve the inexact problems of position control resulted from variable environment parameters and structural flexibility. Through this project, the theory and technology framework for erecting system with high precision, high performance will be established, which will also promote the development of erecting technology of vehicle equipment.

起竖系统性能的优劣直接关系到车载起竖装备的快速反应能力。针对传统起竖装置存在的主要问题，本项目提出燃气-液压混合驱动的瞬时爆发型大惯量起竖系统，满足车载装备起竖快速、运行平稳、制动精确的要求。本课题拟解决的混合驱动系统基础科学问题如下：（1）研究燃气-液压混合驱动起竖系统的快速起竖机理，建立燃气爆炸能与起竖机构加速度、速度的关系模型，实现燃气助力下的系统快速起竖；（2）研究多因素耦合下的多级液压执行机构的平稳伸缩，消除压力冲击和耦合颤振带来的运行不平稳问题；（3）研究考虑结构柔性的高速大惯量起竖系统的精确位置控制策略，解决环境参数多变、结构柔性带来的位置控制不精确问题。本课题的研究将建立高性能起竖系统的理论和技术体系，促进车载装备起竖技术的发展。

起竖系统是导弹发射装备的重要组成部分，其快速性能是衡量武器系统整体作战效能的重要指标。目前，导弹发射车起竖系统采用的是传统的液压起竖方式，为提高起竖速度，需要增加系统供油流量，势必增加系统装机功率，导致系统体积和重量大幅增加，对于安装空间和承载重量都非常有限的车载武器发射系统，难以实现。燃气驱动具有能量密度大，瞬时释放能量高、功率大等优点。然而，由于燃气爆炸系统是一个多因素耦合、强非线性系统，燃气动力单元爆炸产生的能量受压力、温度、引燃源位置和各气体组分浓度等因素影响，存在燃气能量输出难以控制的问题。本项目围绕“燃气-液压混合动力系统快速性”、“多级液压执行机构平稳伸缩”和“高速大惯量起竖系统位置精确控制”三方面的研究内容，取得了如下研究进展：.1）提出了基于燃气-液压混合动力源驱动的起竖方案，建立了燃气-液压混合动力源起竖系统一体化动力学模型，在分析不同固体推进剂动力源起竖特性的基础上，基于遗传算法优化得到了理想起竖轨迹曲线。基于能量损失分析，完成了以㶲效率最大化为目标的燃气助力单元结构参数的优化设计工作。搭建了燃气驱动试验平台，对燃气驱动的可行性进行了试验验证。.2）设计了进油腔的圆锥形阻尼套与节流圈和回油腔的多孔式级间缓冲结构，将系统压力提前上升到下一级缸筒的工作压力，下一级缸筒提前运动，换级时两级缸筒同步伸出，有效降低了换级时缸筒间的碰撞力和压力冲击，实现了多级缸平稳伸出。.3）制定了系统能量分配和切换控制策略，提出了虚拟速度概念，使闭环控制器在非工作状态时可以跟踪开环虚拟速度，降低了燃气驱动切换至液压驱动时的速度振荡和压力冲击，实现了两种不同动力源的平稳衔接。提出了基于负载口独立的压力流量复合控制策略，采用计算流量反馈原理设计了流量控制器，采用压力闭环方法设计了压力控制器，实现了快速起竖过程的平稳性和起竖到位的精确性。.本项目取得的研究成果发表（录用）学术论文26篇，其中SCI论文6篇，EI论文15篇，相关专利4项（其中授权4项），培养博士研究生3名，硕士研究生8名。