火箭弹基本参量预定

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1、第三章火箭弹基本参量预定 本章主要任务 确定总体结构方案及主要总体参数 3 1火箭弹总体结构方案选择 1 三个主要部件的相互位置 一般采用战斗部发动机稳定装置 总体结构方案影响主要战技指标 生产成本及勤务处理的方便性 无控火箭弹的主要部件包括 战斗部 发动机和稳定装置 2 稳定方式旋转稳定 利用陀螺效应 适用于小射程 小长细比结构 尾翼稳定 利用气动稳定力矩 适用于大射程 大长细比结构 3 1 1总体布局 3 1 2战技指标 1 射程指标 远射程 采用大长细比发动机 高能推进剂 高装填密度药柱 2 威力指标 反坦克 采用破甲战斗部 破甲深度大 采用大口径面目标 杀伤战斗部 子母战斗部增大杀伤威

2、力 采用战斗部与发动机分离技术 3 密集度指标高密集度 同时离轨 尾翼延迟张开 提高炮口速度采用低速旋转 尾翼斜置 螺旋导转 导转发动机 消融舵片 4 增加管数 采用折叠式尾翼 刀状 弧形 3 1 3主要设计参量分类 1 任务指标 一般由需要方提出 如射程 威力 密集度 2 初选参量 在设计初始阶段初步选定的参数 如推进剂参数 壳体材料参数 燃烧室压力等 3 基本参量 通过总体参数设计获得的量 如弹径 弹长 全弹质量 推进剂质量等 3 2影响射程的因素分析 火箭弹道划分 主动段 被动段由外弹道理论有 3 1 3 2 1弹道倾角的影响 在真空中飞行时 有抛物弹道知对应最大射程的为45 在空气中飞

3、行时 不一定等于45 且一般 当马赫数M1时 45 图3 1 随 的变化规律如图3 2 图3 2 说明 在附近 随的变化较小 由外弹道知 阻力加速度 环境条件 标准阻力定律环境一定 飞行速度一定时 只与有关 而取决于 3 2 2弹道系数的影响 3 2 3 3 3 4 1 减小 弹形好 对于M 1的弹 头部长细比大 在稳定飞行情况下 减小尾翼面积 在强度足够时 减小尾翼厚度 2 增加弹长 等效密度 一定时 弹形系数常取 1 4 3 5 3 6 3 7 3 2 3主动段末端速度 提高比冲量 采用高能推进剂 合理设计发动机提高 3 8 初选参量 1 推进剂类型 给出 药柱形状 根数 2 壳体材料类型

4、 给出 3 发动机参数 3 3初选参量的选择 3 3 1燃烧室工作压力选择 影响 燃烧室壳体 连接螺纹等结构参数 以及内弹道性能参数压力低时的效应 1 壳体薄 质量轻 有利于提高 2 过小 使变小 3 装药燃烧时间增长 热损失大 对密集度不利 4 受限时 小 小 小 小 5 小 小 装填密度低 6 时 出现不稳定燃烧 必要条件 根据设计要求 确定 要求最大 影响由单孔管装药设计 使最大的 要求最大 除影响外 还影响 从而影响因此影响射程 给定不同的 求得对应的 以及 可得到建立起的关系 曲线见图3 3 由图可知 确实存在一个使最大的 图3 3 3 9 小 使得小 大 但也大 因此不一定大 给出

5、两个不同压力 并给出多个弹径 求得对应的 见图3 4 图3 4 由图及表可见 弹径较小时 减小 射程无显著提高 但对大 小 射程增量大 对有影响 但当大到一定值时 对影响不大 双基推进剂 大时 取小的 要求燃烧时间较短反坦克火箭要求在膛内工作结束 大 大 装填密度大 大 对密度 射程有利 一般反坦克火箭弹径较小 高压使增加量有限 一般 3 3 2燃烧室材料选择 原则 强度高 工艺性好 耐热性好 来源广 3 9 3 10 因此 大 大 对增大有利 但也影响 小 小 大 小 固定其他参数 取两种 结合不同的求得对应的 见图3 5 由图可见 随有最大值 小时 小 增加有限 在小于某个值时 反而减小

6、大时 小 增大明显 图3 5 3 11 为了不使增大 采用小时 发动机减小的质量可增大到战斗部上 从而增大威力 质量比 冲质比 我国大型火箭左右 美国战略导弹 比强度高的材料 纤维增强复合材料优点 1 比强度和比模量高 2 减震好 3 抗破损性好缺点 1 制造工艺要求高 2 生产率低 3 成本高 3 3 3药柱根数的确定 1 星孔 车轮式装药都采用单根 尾翼式火箭多采用单根 2 反坦克火箭 涡轮弹采用多根 3 助推发动机 燃气发生器采用多根单根 装填系数大 燃面小 炮口速度小 不利于密集度多根 燃面大 装填系数小 炮口速度大 有利于密集度 4尾翼式火箭弹基本参量预定 初选参量确定后 可进行基本

7、参量的设计 基本参量 装药尺寸参数 发动机参数等 不同类型的火箭弹基本参量预定方法不同 1 尾翼弹 全弹长不受限 可使或最大 2 涡轮弹 全弹长受限 3 反坦克火箭 工作时间受限 对同一类型的火箭也可由不同设计方法尾翼式 战斗部质量与弹径协调法 固定射程法 4 1战斗部质量与弹径协调法 战斗部质量和弹径是火箭弹的两个重要参数 它们对威力和射程都有影响 因此可建立起的关系 从而获得满足设计指标要求的总体方案 基本方法 选定一系列及 求出 绘制曲线 从曲线簇中选取合理方案 1 设计步骤 选择推进剂型号 药柱形状 根数 壳体材料 等 求得 3 12 3 13 给定 一般 求得药柱为单孔管装药时 由不

8、限长装药方法 有求得再由求得使最大的由利用求得 3 14 3 15 3 16 3 17 求 计算取 由 查弹道表 求出重复 步 获得多组数据 3 20 3 19 3 18 3 21 绘制曲线 根据给定指标 协调获得其它参量 求其它装药及弹道参数 对于星孔装药 或车轮孔装药 第2 3步改为 选定基本参数 求得其它参数 3 22 3 23 3 24 3 25 3 26 3 27 3 28 采用质点弹道计算射程时 5 6步改为 微分方程 3 29 编写程序 用四阶龙格库塔法求解得到 2 算例选用单孔管装药用上述方法 给定不同的 求得 将计算结果给成曲线 见图3 6和3 7 由曲线可见 对于每一个 变

9、化时 有一点使取极大值解释 变化小时 对的影响占主导地位 所以大时 对的影响占主导地位 所以不同的弹径有不同的极值点 且随着的增大 使取值 图3 6 图3 7 的减小小 在极值点附近变化较慢 选在极值点右侧大 在极值点附近变化较快 选在极值点在小时 变变化大 对敏感在大时 变变化小 对不太敏感 3 优缺点优点 选取后计算装药及发动机尺寸 能保证正常燃烧 用的极值求 使接近最佳 曲线能显示出 的变化趋势 可在一定初步参量下 使某一对应的达到最上限 缺点 用一组初选参量绘制一组曲线 改变初始参量 需重新绘图 工作量大 最大射程的计算 用 查弹道表求出 误差较大用质点弹道程序求解时 无上述缺点 4

10、2固定射程法 原理 给定射程不变 进行其它参量设计 由一般取最大射程角 所有由上式可得求得函数关系的方法有两种 1 查弹道表法弹道表已建立了的关系 给定 由表中查出一系列 再将 数值拟合出 2 数值计算法用弹丸质点弹道方程组 给定 选一组多维 解微分方程求出 从中选中满足条件的 然后拟合出方程 在已知的关系之后 为求得其它参数 应建立其它参数与 的关系 因此 3 30 3 31 由大多数的曲线可知 在的小区间内 与成线性关系 令 解上式得另由上式可见 当时 无实根 3 32 3 33 3 34 3 35 3 36 说明 在等式中 为理想速度 为实际速度 应修正 令其中 由查得的为 它与有一定误

11、差 应修正 3 37 3 38 3 39 引入等效弹道概念 由导出虚拟炮口速度 为虚拟炮口参数由于上式中 需要用求得 因此上式还无法求出用迭代公式第一次迭代时取 3 40 3 41 3 固定射程法的设计步骤选定燃烧室材料 得 推进剂型号 若用单孔管装药选m n 给定射程 查弹道表得一组 用等效射程法 求得对应于的 根据 数组拟合出 确定a b值 并求出 给出一组及 并参考制式弹选之 由 等参数进行装药初步设计对单孔管装药按限长装药设计方法求得 等 b 对星孔或车轮孔 初选 等 求得 等 求得 由式 3 35 求得 由式 3 36 求得 并用式判别参数选取的合理性 如不合理 调整参数 绘制 曲线

12、在曲线中合理选取既满足射程要求 又满足其它指标要求的设计方案 4 优缺点 优点 计算时考虑了空气阻力及重力影响 数据较准确 用等效弹道法建立了与的关系 以用弹道表能求出 用判别式可判别所选参量能否满足的要求 在 曲线各点都能满足要求 便于选择方案 缺点 用与的线性方程有一定近似性 a b随 及的范围而变 必须验算是否在所选范围内 用途 反坦克发射 用无后坐力炮或身管炮发射 炮口速度为 出炮口后增速目的 提高射程和密集度 1 发动机工作时间量确定 仍为直瞄使用 弹道分为 初始段OH 主动段HK 被动段KC为了不减小直射距离 发动机工作结束点不超过顶点S 弹道近似为抛物线 5反坦克火箭弹基本参量预

13、定 5 1设计中的几个问题 点火时间 发动机工作最大时间 一般要求 2 炮口速度炮口速度 大 密集度好 但火炮质量增加 对定型炮 炮口动能一定 如一定 一定 3 42 3 43 对新炮 可以协调设计火箭炮及炮 但不能太大 否则金属利用系数 一般无后炮一定时 由上式 3 炮箭速度比由 一定一定 火箭增速合理分配和从提高密集度考虑 确定 风产生的散布 令 推力加速度 3 44 3 45 3 46 引入 在速度为的动坐标系中 增程弹主动段弧长又弧长 炮箭速度比 取中间误差 3 47 3 48 3 49 3 50 作出的曲线见图3 8 由图知 小 小 小 稳定力矩小 大推力加速度 箭速小 图3 8 3

14、 51 推力偏心产生的散布 弹体转角 3 52 由前述 转速大 稳定力矩小 给定 绘制曲线见图3 9 3 10 图3 9 图3 10 3 53 3 54 起始扰动的影响 其变化规律见图3 11 总之 有利于提高密集度 但太大 炮太重一般 4 装药质量计算由火箭外弹道学 图3 11 3 55 将 进行级数分解 3 56 3 57 3 58 其它式代入 简化推导可得 5 燃烧室壁厚估计在发射阶段 燃烧室受惯性力作用 壳体轴向应力 炮管直径 火炮最大膛压 燃烧室后部截面所受质量 3 59 3 60 代入可得 发动机工作时 其强度计算同前 两者比较后确定尺寸 5 2基本参量预定 1 确定直射距离及速度

15、任务指标 设计值 3 61 3 62 2 确定炮箭速度选炮箭速度比一般 炮速 如已知 求炮口动能 3 估算点火位置根据经验选取 求波长选点火位置 3 63 4 估算发动机工作时间取 5 选推进剂及壳体材料 等及弹径计算 选取m及不同的n 按极限充满系数求D d等 3 64 3 67 3 66 3 65 由n 求 列出 的表格 选择满足及较大的方案 3 67 3 68 3 69 6 估算由得 7 初选估算燃烧室尺寸按惯性力 3 70 3 71 比较和若强度满足要求 可行否则 调整为再进行装药设计 8 按速度要求迭代计算 初选 3 72 3 73 3 74 3 75 9 核算若 调整装药根数 10 核算 计算若则认为合适 3 76 3 77 3 78 3 79