一種低噪聲分離裝置研究

藥文忠　張繼鵬

摘 要：低噪聲分離裝置的主要功能是實現段間連接和可靠的低噪聲分離。其工作原理主要為杠桿原理，主體采用完全機械結構，執行機構由小型機電結合件限位控制，在采用了適當的降噪措施后，其動作可靠，靜音效果良好。

關鍵詞：低噪聲；杠桿原理；分離裝置；降噪

中圖分類號：TN722.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.022

隨著科學技術的發展，各國對國防科研的重視程度在不斷提高，全球海上防御能力也在不斷進步，有效地帶動了水下航行器技術的發展。分離技術作為水下航行器研究中的關鍵技術之一，也在被不斷完善。從20世紀90年代開始，美國就開始研究多載荷分離技術，比如，被命名為“曼塔（Manta）”的概念性潛艇載UUV系統。該系統是一種自主式、可重復使用的新型無人潛水器，可展開、可遠距離布放。與此同時，我國也在積極發展這方面的技術，研制了先進的遠程攻勢布雷武器，但是，它還存在戰斗部與運載體分離噪聲大、不利于隱蔽布雷的缺陷。

針對分離噪聲過大的問題，本文主要介紹了一種低噪聲分離裝置。該裝置采用機械式設計非傳統火工的理念，利用杠桿原理將大的軸向承載力轉化為小的執行力，而軸向連接件則采用高強度材料，通過合理的設計使其滿足承載16 t軸向拉力的使用條件。執行件采用小型電機產品，并且整個裝置都進行過合理的降噪處理。與同類產品相比，分離裝置的動作過程能滿足低噪聲要求。經過測試，該設備的噪聲水平處于國內領先地位，因此，針對這個問題，筆者簡要敘述了設計方面的相關內容，以期為同類產品設計提供參考。

1 分離裝置工作原理和組成

該裝置的工作原理為杠桿原理，各級傳遞桿通過銷子與基座固定，分離桿與桿Ⅰ的連接如圖2 所示。各級桿逐級限位壓緊，當分離桿受到拉力后，這種力會逐步傳遞到各級桿上，利用杠桿將該力逐級放小，執行機構將最后的桿限位，同時，電機將執行機構限位。當接到分離命令時，小型電機上的限位桿克服了與執行機構相互作用的摩擦力向里運動的問題，進而解除限位。在分離桿拉力的作用下，各級桿逐級釋放，使其從整個裝置上脫離，完成分離。

該裝置由數級傳遞桿和分離桿組成，如圖1、圖2所示。分離桿用于水雷戰斗部與運載體的連接，承受較大的軸向力。在設計分離桿時，選用優質的合金結構鋼35CrMnSiA，設計相對圓滑，有效避免了應力過度集中的問題。同時，進行了有限元分析、計算，在加工上方面采用了合理的進給加工方法和熱處理，單個分離桿能滿足承載8 t軸向拉力的使用要求。在數級桿上運用聚氨酯塑料和橡膠制造緩沖墊，進而實現降噪處理，而各級傳遞桿在動作時，有效運用降噪材料，能滿足動作過程無直接的金屬碰撞聲，并且能將承載的能量舒緩釋放和吸收，以達到良好的降噪效果。

2 分離桿設計計算

2.1 分離桿理論計算

為了保證該裝置安全、可靠地工作，利用有限元分析方法校驗其中受力較大的分離桿的強度。要想保證構件在承受了8 t拉力時還可以安全、可靠地工作，構件的工作應力就要超過材料的許用應力。對于軸向拉伸的分離桿件，應滿足的條件是：

式（1）中：σ為桿件橫截面上的工作應力；Fs為橫截面上的軸力；A為橫截面面積；[σ]為材料的許用應力。

當軸力相同而橫截面有變化時，應計算截面面積最小處的強度。在分離桿中，其最小截面如圖3所示。因此，在分析過程中，主要考核這2處強度是否能滿足工作要求。

2.2 分離桿有限元分析

為了校驗分離桿的強度，用有限元方法對其進行強度分析。分離桿所用材料參數如表1所示。其分析、計算結果如圖4所示。

分離桿承受的最大應力為1 015.2 MPa，這主要是因為應力集中和彎矩造成的，而它在危險截面處的應力均在864 MPa左右。在計算時，取安全系數為1.2，則分離桿所承受的應力要小于其材料的許用應力。由此可見，分離桿能滿足其強度的要求。

3 設計驗證

為了驗證分離裝置是否能夠滿足使用要求，完成動作過程，特對其進行了相關驗證試驗——動作可靠性試驗、拉力試驗和分離噪聲測試試驗。試驗結果表明，分離裝置滿足設計要求。

3.1 動作可靠性試驗

在水池和湖上驗證分離裝置的可靠性。將分離裝置安裝在段上并固定，利用專用工具將分離桿與模擬負載連接并預緊，將配重段與安裝分離裝置段連接，如圖5所示。試驗時，要將模擬配重固定。當接收到分離信號時，分離桿在外力和預緊力的作用下，從分離裝置中解制拔出，模擬負載被釋放。經過多次試驗驗證后，分離動作可靠且無失條性。由此說明，該分離裝置可以有效、可靠地完成分離動作，滿足設計要求。

3.2 拉力試驗

通過分離桿將分離裝置與工裝Ⅰ連接，用螺釘將安裝分離裝置的段與工裝Ⅱ連接，工裝Ⅱ與拉力機臺面固定，工裝Ⅰ與拉力機拉力端連接，如圖6所示。從試驗過程中可以看出，該裝置發生了塑性變形，并且分離桿斷裂。由此可知，分離桿滿足設計強度的要求。

3.3 分離噪聲測試試驗

分離裝置在消聲水池進行了噪聲測試試驗，圖7為分離裝置噪聲測試示意圖。將裝有分離裝置的樣機和水聽器放置于水下，確定測試距離R和測試深度H，將水聽器與測試放大裝置和計算機等設備連接，待接到點火信號后，分離裝置動作，水聽器開始采集聲信號，并通過計算機分析采集到的信號。經過多次測試后，采集到的分離噪聲均小于設計指標，所以，該裝置滿足低噪聲的設計要求。

4 結論

該裝置運用機械式設計思路克服了火工品難以克服的噪聲大的問題。采用杠桿設計方法，將較大的連接預緊力轉化為比較小的執行力，采用低噪聲的小型機電結合產品限位執行件，而小型機電產品本身具備了低噪聲的特點；再加上對整個裝置進行了合理的降噪處理，使得該裝置滿足低噪聲、高可靠性的要求。此設計提供了一種機械設計理念，為后續低噪聲分離設計提供了參考。

參考文獻

[1]許三祥.自導水雷及其自導裝置發展初探[J].艦船科學技術，2008（02）.

[2]黃學輝，唐輝，陶志南.高性能聚氨酯基多孔復合吸聲材料的研究[J].材料導報，2007（06）.

〔編輯：白潔〕