一种适用于中超声速的单轨火箭橇异型纵梁结构

技术领域

本发明属于靶场测试技术领域，具体涉及一种单轨火箭橇异型纵梁结构。

背景技术

高速机动对导弹武器系统地面试验速度提出了更高的要求，火箭橇试验作为导弹武器系统地面动态试验的主要方法，能够在地面有效模拟被试品1：1质量和外形、真实工作状态的速度、过载、姿态、气动环境等，实现多条件、多因素耦合工况下武器系统/关键部件真实工作功能、性能的有效测试和评估，是一种有效的动态性能考核手段。火箭橇试验涵盖航空、航天、兵器、船舶、电子等领域、服务于陆军、海军、空军及火箭军等军兵种，在武器装备科研、定型、交验等过程的地面试验方面具有举足轻重的地位。

火箭橇是以火箭发动机为动力，沿专门建造的滑轨高速滑行的地面试验系统，主要模拟武器系统研制过程中有关速度、加速度条件，用于飞机、导弹、航宇飞行器整机或部件等功能考核。

火箭橇分为单轨橇、翼型橇和双轨橇，其中单轨火箭橇是指火箭橇在一条轨道上滑行，优点是火箭橇质量小、气动阻力小，易于实现高超声速速度条件，缺点是现有单轨橇结构负载能力弱，火箭橇易发生滚转效应，振动力学环境恶劣。

随着武器装备发展对质量和速度的要求越来越高，橇体所受的振动力学环境愈发恶劣，橇体在运行过程中的变形量增大，导致橇体易破坏。通常原有单轨橇仅采用简易的纵梁加卡环的结构，结构刚度小，承载被试品质量也小，通常不超过100kg，橇体易发生共振导致橇体结构解体，不能够满足高超声速火箭橇试验的需求。因此，发明中将简易纵梁结构进行变异设计，主要用于速度大于3Ma、被试品质量大于100kg、小于300kg的火箭橇体结构设计，主要提高橇体整体结构刚度，保证橇体在运动过程中的结构可靠性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于中超声速的单轨火箭橇异型纵梁结构，两个主侧板位于主横板两侧构成π形结构，主侧板上设有侧异斜板，主横板上连接有侧斜板，侧斜板上设有加强筋板，多个加强筋板连接侧斜板和侧异斜板，形成刚度加强结构，主横板的底部设有多个横向的底筋板。本发明大幅增加了纵梁结构刚度和强度，提高了结构一阶响应频率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种适用于中超声速的单轨火箭橇异型纵梁结构，包括主侧板、主横板、上侧斜板、下侧异型板、横向侧筋板、加强筋板、底横向筋板和底盘纵筋；

定义火箭橇运行方向为Y轴负向；垂直于Y轴且铅锤方向指向上方为Z轴正向；垂直于YZ平面且指向火箭橇运行方向左侧的方向为X轴正向；

所述主侧板有两个，位于主横板下侧构成π型结构；所述主横板上方设有上侧斜板；主侧板与下侧异型板连接；所述上侧斜板和下侧异型板顶部由横向侧筋板焊接连接，上侧斜板中部嵌有多个加强筋板连接；所述主横板的底部设有多个横向的底筋板和底盘纵筋；

所述横向侧筋板外侧面与上侧斜板上端面对齐，形成刚度加强结构。

优选地，所述主侧板与主横板垂直，两个主侧板内侧间距155mm，主侧板内侧面距主横板100mm。

优选地，所述主横板与主侧板长度相同，均使用厚度为6mm的高强度板材加工，宽度方向左右对称加工30°倒角，主横板宽度方向呈梯形，底边长334mm、顶边长355mm。

优选地，所述上侧斜板是长度与主横板相同、宽度为160mm、厚度为4mm的高强度板材加工，在两侧分别与主横板焊接，上侧斜板与主横板夹角30°，焊接完成后形成倒梯形结构；上侧斜板与主侧板夹角为60。

优选地，所述下侧异型板是使用长度与主侧板相同、厚度为6mm的高强度板卷制而成，整体成形后焊接在上侧斜板外侧；下侧异型板由三个板面组成，与主侧板焊接的水平底面宽12mm，焊接与主侧板夹角90°；与水平地面连接的斜板宽度为155mm，二者夹角150°；斜板连接宽度为95mm的竖直立板，二者夹角为120°，竖直立板顶面与横向侧筋板底面对齐，形成刚度加强结构。

优选地，所述横向侧筋板是使用厚度为6mm的高强度板加工而成，截面为直角梯形，上顶面宽度为46mm，下底面为51mm，外侧直角面与下侧异形板焊接连接，内侧斜面与上侧斜板焊接连接，形成刚度加强结构。

优选地，所述加强筋板是使用厚度为6mm、宽度为100mm的高强度板加工而成，加工完成后间隔200mm均布排列，焊接在上侧斜板和下侧异型板中间，距离主横板24.5mm，形成刚度加强结构。

优选地，所述底横向筋板是使用厚度为4mm的高强度板加工而成，在主侧板和主横板内侧接头处间隔150mm均布焊接，用于对结构的强度和刚度进行加强。

优选地，所主侧板前后端面焊接长度为100.5mm、宽度为18mm的底盘纵筋，用于焊接连接与橇体的其他部件，增强结构强度。

本发明的有益效果如下：

1、本发明设计了一种高刚度异型π型单轨火箭橇纵梁结构，该纵梁框架结构增加了纵梁结构刚度。

2、本发明设计的纵梁结构在π型纵梁基础上增加了上侧斜板、下侧异型板、加强筋板、横向筋板、底横向筋板等结构，大幅增加了纵梁结构刚度和强度，提高了结构一阶响应频率。

3、本发明在结构设计中考虑纵梁结构与其它橇体结构对接安装时的装配问题，通过铣削加工对接端面保证对接安装时的贴合度，并通过底盘纵筋，增加纵梁与其它橇体结构对接安装时的焊接强度。

附图说明

图1是本发明的高刚度异型π型单轨火箭橇纵梁结构示意图。

图2是本发明的主侧板结构示意图。

图3是本发明的主横板结构示意图。

图4是本发明的上侧斜板结构示意图。

图5是本发明的下侧异型板结构示意图。

图6是本发明的横向侧筋板结构示意图。

图7是本发明的加强筋板结构示意图。

图8是本发明的底横向筋板结构示意图。

图9是本发明的底盘纵筋结构示意图。

图10是应用本发明的火箭橇实例纵梁结构。

其中：1—主侧板；2—主横板；3—上侧斜板；4—下侧异型板；5—横向侧筋板；6—加强筋板；7—底横向筋板；8—底盘纵筋。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明是针对目前武器装备质量大速度高的要求，但现有的火箭橇试验结构系统存在刚度小、结构一阶响应频率低、振动力学环境大，结构刚度难以满足试验等问题，为解决这些问题，研究设计了一种适用于3Ma以上速度，被试品质量小于300kg的单轨火箭橇纵梁结构，该结构能够有效提高橇体刚度、减小橇体在试验过程中的变形量，提高橇体一阶响应频率，提升火箭橇试验过程的可靠性。

下面对本发明进行详细说明：

本发明是为了中超声速单轨火箭橇在进行3Ma以上火箭橇试验时，保证火箭橇橇体前部结构能够提供适合火箭橇在轨运行稳定性和振动环境需求，同时保证被试品安全可靠固定在火箭橇上的异性梁结构。

此处定义火箭橇运行方向为Y轴负向，垂直于Y轴，且铅锤方向指向上方为Z轴正向，垂直于YZ平面，且指向火箭橇运行方向左侧的方向为X轴正向。

如图1到图10所示，本发明是一种适用于中超声速单轨火箭橇的异性梁，该结构的主体是一种横截面(XZ平面方向截面)为梯形框架结构，主要包括主侧板1、主横板2、上侧斜板3、下侧异型板4、横向侧筋板5、加强筋板6、底横向筋板7、底盘纵筋8；两个主侧板1位于主横板2下侧构成π型结构，主横版上设有侧斜板3，主侧板与下侧异型板4连接，侧斜板3和下侧异型板4顶部由横向侧筋板5焊接连接，中部嵌有多个加强筋板6连接，主横板2的底部设有多个横向的底筋板7，和底盘纵筋8；所述侧斜板与主侧板夹角为60°。

所述横向侧筋板外侧面与侧斜板上端面对齐，形成刚度加强结构。

所述所有板材材料厚度一致。

所述主横板宽度方向呈梯形。

所述主横板梯形的底边长334mm、顶边长355mm。

所述主横板使用厚度为6mm的高强度板材加工，长度根据连接结构确定，宽度方向左右对称加工30°倒角。

本发明提出的一种高刚度异型π型单轨火箭橇纵梁结构，两个主侧板位于主横板两侧构成π形结构，主侧板上设有侧异斜板，主横板上连接有侧斜板，侧斜板上设有加强筋板，多个加强筋板连接侧斜板和侧异斜板，形成刚度加强结构，主横板的底部设有多个横向的底筋板。

主要包括主侧板1焊接在滑靴两侧、主横板2焊接在滑靴上方与主侧板焊接成π型框架、上侧斜板3焊接在主横板上、下侧异型板4焊接在主侧板和主横板侧面、横向侧筋板5焊接连接上侧斜板和下侧异型板端头、加强筋板6焊接在侧斜板和下侧异型板上增强刚度、底横向筋板7焊接在主侧板和主横板内侧接头处增加结构强度；底盘纵筋8焊接在主侧板上。

本发明的实现还在于：主侧板使用厚度为6mm的高强度板材加工，两块主侧板焊接在主横板同一侧。焊接时前后两端对齐，主侧板与主横板垂直，两主侧板内侧间距155mm，主侧板内侧面距主横板100mm，搭建成主体结构。

本发明的实现在于：主横板与主侧板长度相同，均使用厚度为6mm的高强度板材加工，长度根据连接结构确定，宽度方向左右对称加工30°倒角，主横板宽度方向呈梯形，底边长334mm、顶边长355mm。

本发明的实现还在于：上侧斜板是长度与主横板相同、宽度为160mm、厚度为4mm的高强度板材加工，在两侧分别与主横板焊接，上侧斜板与主横板夹角30°，焊接完成后形成倒梯形结构。

本发明的实现还在于：下侧异型板是使用长度与主侧板相同、厚度为6mm的高强度板卷制而成，整体成形后焊接在侧斜板外侧。下侧异型板由三个板面组成，与主侧板焊接的水平底面是宽12mm，焊接与主侧板夹角90°；与水平地面连接的斜板宽度为155mm，二者夹角150°；斜板连接宽度为95mm的竖直立板，二者夹角为120°，竖直立板顶面与横向侧筋板底面对齐，形成刚度加强结构。

本发明的实现还在于：横向侧筋板是使用厚度为6mm的高强度板加工而成，截面为直角梯形，上顶面宽度为46mm，下底面为51mm，外侧直角面与下侧异形板焊接连接，内侧斜面与上侧斜板焊接连接，形成刚度加强结构。

本发明的实现还在于：加强筋板是使用厚度为6mm、宽度为100mm的高强度板加工而成，加工完成后间隔200mm均布排列，焊接连接在上侧斜板和下侧异型板中间，距离主横板24.5mm，形成刚度加强结构。

本发明的实现还在于：底横向筋板是使用厚度为4mm的高强度板加工而成，在主侧板和主横板内侧接头处间隔150mm均布焊接，用于对结构的强度和刚度进行加强。

本发明的实现还在于：主侧板前后端面焊接长度为100.5mm、宽度为18mm的底盘纵筋，用于焊接连接与橇体的其他部件，增强结构强度。

本发明的实现还在于：异性梁结构焊接完成后，前后端面整体铣削加工保证端面平整。

具体实施例：

在某次中超声速单轨火箭橇验证试验中，被试品质量为286kg，试验时，产品橇通过一级橇及二级橇接力推进，产品橇由两枚一体式滑靴在轨道中进行约束，前期设计分析中采用产品橇前后滑靴采用常规纵梁进行连接，分析中发现组成的产品橇固有频率低，且在动力学分析中纵梁由于承载能力不足大范围破坏，在改进方案中采用本发明的异性梁结构形式。

使用本发明的异性梁结构形式，将原方案的纵梁结构改为由本发明的高刚度异型π型梁结构，橇体模态一阶响应频率由原结构的38Hz提升到84Hz，提升了橇体的一阶响应频率，增加了橇体结构刚度，同时在动力学分析中该异性梁结构未产生破坏，应力在材料屈服极限内，满足设计要求，最终采用上述结构实施了7发中超声速火箭橇试验，试验圆满成功。

通过本发明的应用，大幅提高了单轨火箭橇的强度与固有频率，将传统单轨橇承载能力由100Kg提高至300Kg，保障了某重大试验成功实施，为某装备研制改进提供了有力支撑。