水下压力环境下某装备回转支承系统特性分析

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1、华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1课题来源及其研究意义1.1.1课题来源本研究课题来源于中船重工集团某研究所与华中科技大学合作的预研项目“某装置虚拟样机设计与分析研究”。该项目跟踪与研究国外水下武器系统的最新进展，结合我国海军武器装备的需求，进行详细方案设计，论证关键技术并提出解决途径，采用虚拟样机技术对其进行深入分析研究，并进行总体性能的评估和预测，从而加快物理样机的研制和实际应用。水下大型回转系统研究作为该项目的关键技术之一，其设计、制造、使用和维护的性能直接影响该武器系统的稳定性和可靠性。1.1.2研究意义鉴于当今国际形势，为保卫本国领土

2、、领海完整和海洋权益，各国都在增强自身的海防力量。水下武器系统是潜艇的重要组成部分，根据现代潜艇战和反潜战的要求[1]以及现代核潜艇和常规动力潜艇的发展趋势，各国都在加强对潜艇武器系统的研究。比如增大发射深度范围，提高发射武器类型的兼容性、可靠性和安全性，提高发射装置的自动化程度以减轻艇员的劳动强度，尽可能减少发射装置的体积和重量，简化结构并改善装置的可维修性，充分利用潜艇轻外壳与耐压壳之间或艇体外面的空间，尽量减少发射前的准备时间、缩短发射间隔和齐射间隔时间等。我们必须跟踪国外先进水下武器系统的最新进展，研发科技含量高、具有核心竞争力的水下武器

3、发射装置，才能为捍卫国家主权提供有力保障。与陆地环境相比，海水压力对在水下工作的海洋装备的影响不容忽视，在设计过程中必须考虑海水压力的作用，比如为了减轻重量、增加体积、提高浮力，海洋装备多采用壳和板结构，海水压力作用导致的结构变形将影响零件之间的装配质量，严重时会导致运动零部件之间的运动副失效，使海洋装备无法正常工作；密封件在海水压力作用下的变形会对系统的密封性能和可靠性产生影响；液压系统的正常使用需要设1华中科技大学硕士学位论文计液压补偿装置。回转支承系统作为某装置的关键零部件，不仅结构尺寸庞大，而且在低速、重载、深海压力、低温和海水腐蚀等复杂

4、恶劣环境下工作，影响回转支承系统性能的因素众多，必须结合实际情况和前人工作的基础，运用相关理论和方法深入分析，才能设计出满足使用要求、性能稳定、安全可靠的装置。尽快突破其关键技术，对于促进我国海洋装备技术的发展、实现我国海军作战能力的突破具有重要意义。1.2国内外研究状况1.2.1潜艇武器系统国内外研究状况俄罗斯的核潜艇和常规潜艇的武器发射装置研究重点在于快速装填技术以及发射[2]技术本身。1995年，英国LindsayGroup提出了专利《SubmarineWeapon-handlingAnd[3]DischargeSystem》（潜艇武器存储

5、与发射系统，国际专利号：WO95/34466）。其概念是在潜艇的前后舱适当位置沿艇体周向在耐压体和轻外壳之间布置两圈武器发射筒，每圈的数量为24个，如图1.1所示，每两个发射筒连为一体，成为二联发射筒，每六个二联发射筒串在一起成为一个柔性连接串，占据艇体半圈的位置，即每圈有2个发射筒柔性连接串构成。发射时将防波板收回，发射完后防波板复位，如图1.2所示。此专利优点是充分利用了舷间空间，存储数量比传统的布置方式有了较大的增加，缺点是装载过程处于半自动化水平；由于发射工位不能转动，因而对武器的发射角有较高的要求；整个装置的机械结构过于复杂。图1.1潜

6、艇武器发射筒布置图图1.2发射时和发射完时防波板位置示意图美国从上世纪五六十年代致力于全外置式武器发射装置的研究，并提出在耐压壳体与轻外壳之间的舷间周向一圈布置24枚发射装置的概念，采用开启轻外壳防波板—伸出发射装置—发射—复位—关闭轻外壳防波板的发射流程概念。在该概念中，发射2华中科技大学硕士学位论文与装载所需的准备时间较长，结构形式复杂，存在弹砸艇的安全隐患，因此该概念研究并没有转化为实用。[2]美国“洛杉矶”级核潜艇中装有“战斧”式巡航导弹发射系统。该系统的12个垂直发射管布置在耐压体与球形声纳之间，每个发射管是1枚“战斧”式巡航导弹的座舱

7、，座舱为钢质耐压圆筒，具有支撑、保护和抛射导弹的功能。美国海军正在开展的“弗吉尼亚”级潜艇未来的武器装备模块方案研究中，提出[4]了“潜艇外置式武器模块通用型发射系统”概念，以实现多种有效载荷发射的通用化为设计理念。该系统可以根据任务需要配置不同的模块，使用灵活方便，扩大了潜艇执行任务的范围，也大大降低了建造费用，且能为耐压壳体内腾出更多的宝贵空间。2004年，五角大楼和海军组织了专家对“弗吉尼亚”之后的新一代核潜艇进行概念[5]研究，推出了TangoBravo计划。该计划致力于发展潜艇技术的五个关键领域：无轴推进技术；外部武器存储及发射；艇壳式

8、声呐；艇体、机械和电子结构简洁化；可减少艇员数的自动化指挥中心。我国的潜艇武器系统研制从60年代初开始，基本上沿袭前苏联的思路，限于技术