IaE  >> Vol. 7 No. 1 (March 2019)

    增雨防雹火箭发射系统的新型设计
    A New Design of Rain and Hail Prevention Rocket Launch System

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作者:  

董文宇,马士剑:新疆维吾尔自治区人工影响天气办公室,新疆 乌鲁木齐;
戎 博:新疆博尔塔拉蒙古自治州精河县气象局,新疆 博乐市精河县

关键词:
多功能火箭发射架发射控制器Multifunctional Rocket Launcher Launch Controller

摘要:

为了提高人工影响天气作业的水平和效益,改善火箭发射装置在人工防雹增雨催化作业中的技术条件,适用不同云系有效播撒催化剂,结合新疆基层人影作业实际情况,以“结构合理、操作简便、美观实用、性能稳定”为原则,研发“多功能人工防雹增雨火箭发射架及其发射控制器”。通过实际应用表明,这套地面固定式与车载流动式共用的火箭发射架和火箭发射控制器可以点火发射几种火箭弹的功能,避免不必要的设备重复购置、降低作业成本、减轻农民负担、增加火箭作业工具的通用性和使用率,提高火箭用于人工防雹增雨作业的技术水平和整体效益。

In order to improve the level and efficiency of artificially influencing weather operations and to improve the technical conditions of rocket launchers in artificially preventing hail and rain and catalytic operations, the effective sowing of catalysts by different cloud systems should be applied, in combination with the actual situation in Xinjiang’s grassroots operations. With the principle of “reasonable structure, simple operation, beautiful and practical, and stable performance”, “Mul-ti-functional artificial hail suppression rain rocket launcher and launch controller” are researched and developed. The practical application shows that this set of ground fixed and vehicle-mounted rocket launchers and rocket launch controllers can ignite the function of launching several types of rockets. The technology level and the overall efficiency of the rocket operation for artificial hail suppression are improved by avoiding unnecessary repurchase of equipment, reducing operating costs, reducing the burden on farmers, increasing the versatility and utilization of rocket tools.

1. 引言

近年来干旱和冰雹等强对流天气频繁发生,气象灾害造成的损失逐年增加。尤其是大陆性温带干旱、半干旱气候区新疆,气象灾害已成制约经济建设和社会发展的重要因素之一。人工影响天气是科技型基础性社会公益事业,是服务于防灾减灾、水资源开发利用、改善生态环境的一项重要手段,对促进经济社会的可持续发展具有重大意义。人工影响天气最主要的方法是播云(对云播入催化剂),播云有三种手段:一是地面播撒,通过空气运动带入云中。二是将催化剂装入火箭弹或高炮弹头内,发射到云中的预定部位。三是飞机将催化剂直接播入云内 [1] 。目前,我国地面作业应用碘化银催化剂播撒和爆炸双重效应,以高炮、火箭为主要作业工具。因而迫切需要作业工具现代化,通过使用先进的作业工具来进行防雹增雨作业,以少量的代价换取较大的经济效益。

我区从1997年开始引进火箭作业工具,由于其具有播云面积大、碘化银催化剂成核率高、作业安全等特点,已逐渐成为人工影响天气地面作业的主要工具 [2] 。根据基层使用的情况,这种作业装备存在一些问题,如各厂生产的火箭发射架和发射控制器是根据自己的弹型设计的,而且地面固定式和车载流动式不能共用,选择作业弹型与火箭发射架和发射控制器具有唯一性,不利于人工影响天气作业时,根据天气条件和人影经费投入情况来选择弹型。为了避免作业设备的重复购置,降低作业成本,减轻农民负担,实施高效的人工影响天气作业,改进火箭作业工具势在必行。

2. 设计思路

目前,我区普遍用于人工影响天气作业的火箭发射控制系统来源于国内四个厂家,类型有为地面固定式、车载流动式和机动车牵引式三大类,使用四种规格的火箭弹,以适应不同天气条件、不同目标云系和不同海拔高度下的人工影响天气作业。由于各厂家制造只适合发射本厂生产的火箭弹的火箭发射架和发射控制器,地面固定式和车载流动式不能共用,选择作业弹型、火箭发射架和火箭发射控制器必须一一对应起来,如果改变弹型就需重新购置配套的火箭发射架和发射控制器,从而不利于人工影响天气作业时灵活的选择弹型。因此,研制一种地面固定式与车载流动式共用并能够发射多种火箭弹的作业装备具有十分重要的意义。

2.1. 总体方案制定

在总体方案制定时,首先掌握了WR-98型、HJD-82A型、RYI-6300型、BL-1型人工防雹增雨火箭弹的技术性能,借鉴和学习了国内外有关厂家火箭发射装置的原理。确定了以“集成”和“兼容”为总体的设计思想。其中,定向器的材料选用抗氧化的铝合金材料制作;发射架主支撑采用筒式结构;俯仰装置采用双丝杠结构;发射控制器采用DC-DC升压模块,点火采用固态继电器。

2.2. 同类产品状况

目前,国内大多使用陕西中天火箭技术有技术限责任公司生产的WR-98型火箭发射控制系统。火箭架均用铁质材料制作而成,架体重,移动困难,使用寿命短。其火箭发射控制器也只能发射WR-98型的火箭弹。地面固定式发射架与车载流动式发射架不能共用。其它国产同类产品状况基本类似。

3. 结构设计

多功能人工防雹增雨火箭发射架主要是由多种弹型装载的定向器、可调式轨道口径、兼容式火箭发射控制器和共用式架体结构组成。整体结构见图1

Figure 1. The overall structure of the multi-function artificial flood control and rain-increasing rocket launching control frame

图1. 多功能人工防雹增雨火箭发射控制架整体结构

3.1. 发射架定向器的设计

火箭发射架是用来装载和定向发射火箭弹的机械装置。它主要由轨道托架、导轨、导轨垫块、轨道撑架、点火装置、挡弹器等六部分组成 [3] 。定向器的轨道口径是由装载火箭弹直径的大小确定,由上导轨和下导轨组成一组轨道,其轨道数有三、四、六、和八轨道之分,现采用最多的是三轨道和四轨道定向器。

Figure 2. Orienter structure diagram

图2. 定向器结构图

为了克服国内普遍使用的发射架定向器存在的缺点,多功能人工防雹增雨火箭发射架定向器,见图2,采用六轨道方案设计,定向器分上下两层,上层为三轨道,可装载Φ56 mm直径(此弹射程近)的火箭弹三枚,下层为三轨道,第一轨道装载Φ82 mm直径(此弹射程远)火箭弹一枚,第二轨道装载Φ66 mm直径(此弹射程适中)火箭弹一枚,第三轨道装载Φ82 mm直径火箭弹一枚(这种装载容量也可根据用户需要改变),满足了用户可根据实际需求装载不同型号的火箭弹,从而节约了作业经费。整个定向器(除轨道托架外)均首次采用铝合金材料制做,不锈钢螺丝连接,不但从根本上解决了生锈影响使用寿命的问题,而且使发射架的稳定性(铝合金材料轻、强度好)变得更加可靠,由于各厂家火箭弹点火片与尾翼的距离不同,特设计了距离可调式挡弹器,保证火箭弹点火片与轨道点火装置距离的一致性 [4] 。

几种弹型装载的定向器,实现了一部火箭架同时装载六枚直径不同火箭弹的目的,在进行人工防雹作业时,对目标云采取远距离用Φ82 mm直径火箭弹,适中距离用Φ66 mm直径火箭弹,近距离用Φ56 mm直径火箭弹的作业方式,构成了立体防御体系。

3.2. 可调式轨道口径的设计

轨道是为待发射火箭弹提供装载的地方,火箭弹点火升空正是由此处开始的,它是定向器的核心。一个火箭发射轨道由四个轨道撑架、两根导轨(上导轨和下导轨)、8块导轨垫块、导轨上下两点火装置和挡弹器组成,见图3。轨道的长度取决于火箭弹的长度,轨道的口径取决于要装载火箭弹的直径,要改变轨道口径的大小就必须通过改变导轨垫块的高低来实现。导轨垫块分固定式和活动式两种,它的高低尺寸决定了轨道口径的大小。为了能满足装载Φ82 mm、Φ66 mm和Φ56 mm直径的人工防雹增雨火箭弹,专门设计了三种不同规格的活动式导轨垫块,如图4所示。通过更换导轨垫块的方式,完成了轨道口径大小的改变,达到了调整定向器火箭弹装载容量的目的。轨道撑架采用铝合金条加工成型,不锈钢螺丝连接组合的结构,从根本上解决了火箭发射架定向器发射轨道的不可扩充性和轨道撑架生锈的问题。

Figure 3. Composition of the track

图3. 轨道的组成

Figure 4. Track pad

图4. 轨道垫块

为了提高火箭出轨对定向器稳定的要求,采用了俯仰双丝杠的结构,保证了定向器垂直方向的稳定性。左旋丝杠和右旋丝杠分置上筒体两侧,两杠上部直接与轨道托架相连,下部共连于上筒体的一根横轴上,利用扇齿和锥型齿完成方向的转换,在水平方向摇动摇把,两丝杠便同步升降。另外两丝杠加装不锈钢套管对其保护,不仅美观,更能防尘防水。同时,可调式轨道口径的设计,为用户更换弹种、换一种火箭弹作业创造了条件,也为今后新弹种的引进、轨道口径扩展奠定了基础。

3.3. 兼容式火箭发射控制器

火箭发射控制器是用于检测火箭弹装载于发射轨道的回路阻值和提供火箭弹点火能量的小型电子设备 [5] 。兼容式火箭发射控制器在升压电路中采用DC/DC模块、点火电路中用无触点固态继电器的设计方案,优于国内同类产品,它不但保证了使用国内几种民用人工防雹增雨火箭弹都可点火发射,而且克服了弹性开关积碳的弊病,解决了火箭点火的稳定性和可靠性。火箭发射控制器机箱见图5

Figure 5. Rocket launch controller chassis

图5. 火箭发射控制器机箱

为了便于操作,发射控制器的各种按钮(开关)置于上面板上。将上主板设计成插板式,将各种开关和大部份元器件设计在上主板电路板上,垂直插于下底板电路板的插槽内,使内部接线整体牢固;采用无触点固态继电器点火电路设计,消除了发射开关积碳,保证了点火电路的畅通。在此电路中,利用发射开关(两组联动)与无触点固态继电器连接电路上,采用一组开关加RC延时电路,推迟了无触点固态继电器的导通时间,等点火电流经过无触点继电器时到点火开关的另一组时,这一组点火开关已完全接实,顺利通过了点火电流 [6] ;火箭发射控制器整体电路主要由电源电路、通道选择电路、指示电路、检测电路、升压电路和点火电路组成,通过电缆线与火箭发射架相连,完成选择装载火箭弹的发射轨道、检测装载火箭弹发射轨道的回路阻值和提供火箭弹点火发射所需的电源能量功能 [7] 。

3.4. 共用式架体结构的设计

火箭发射架按其主支撑结构和安装位置的不同分为地面固定式(安装在地面)、车载流动式(安装在货车厢内)、机动车牵引式(由动力车拖着流动)和船载流动式(安装在船上)四大类,国内主要是以地面固定式和车载流动式为主。

一般的火箭发射架对车载与地面使用有严格的界定,地面固定式由于其安装尺寸、架体高度高而不能车载使用,流动式由于其架体高度太低,满足不了发射的要求而不能在地面固定使用。车载流动式发射架要求高度要低(防止车载颠簸),配有滑轨,作业时打开后车厢门利用滑轨将火箭架拉出车厢发射火箭弹,而地面固定式发射架则要求定向器尾部在最高仰角时离地距离要有一定的高度 [8] 。由于其结构和发射要求的不同,两者不能共用,给用户使用带来了不便。

多功能人工防雹增雨火箭发射架的结构采用了地面固定式和车载流动式两者兼容的设计方案(出厂时确定为车载流动式)见图6图7。克服了目前国内普遍使用的火箭发射架流动式不能用于地面发射、地面固定式不能用于车载流动发射的缺点。车载流动式利用滑轨最下面的四个圆形垫块焊接在车厢板上即可。若要改变车载流动式为地面固定式,可将下筒体与滑轨连接的四个固定螺丝卸下,将下筒体与配置的地面机架用螺丝连接固定,这样稳定可靠 [9] 。

Figure 6. Ground-mounted rocket launcher

图6. 地面固定式火箭发射架

Figure 7. Vehicle-mounted mobile rocket launcher

图7. 车载流动式火箭发射架

4. 结论

多功能人工防雹增雨火箭发射架的设计,立足简便、实用,解决了现有火箭作业工具通用性差的问题。使这一火箭作业工具满足了不同用户、不同作业目的的需求。利用铝合金材料抗氧化特性和一次成型工艺,解决定向器制作材料易生锈的问题,保证了定向器技术精度的要求;利用不同大小的活动式导轨垫块,实现定向器发射轨道装载不同型号的人工防雹增雨火箭弹;使用双丝杠结构,保证了定向器升降和火箭弹发射出轨时的稳定性;车载流动式与地面固定式二合一的架体结构,满足了两者共用的特点;组合式导轨撑架为定向器发射轨道的可扩充性创造了条件;采用大容量的储能元件和电子开关,高额提供的发射能量,达到各有关厂家火箭弹点火的技术要求。

文章引用:
董文宇, 马士剑, 戎博. 增雨防雹火箭发射系统的新型设计[J]. 仪器与设备, 2019, 7(1): 1-7. https://doi.org/10.12677/IaE.2019.71001

参考文献

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