《【精品】弹身的结构与设计18电子教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【精品】弹身的结构与设计18电子教案（152页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章,弹身的结构与设计,7.1概述,7.1.1弹身的功用、弹身的设计要求弹身是导弹弹体的重要组成部分。它的主要功用是用来装载战斗部、推进剂和各种仪器设备，连接弹翼、舵面、发动机等其它部件，并承受它们的载荷。,7.1.1弹身的功用、弹身的设计要求,弹身常常设计成在地面上可以分离和不可分离的若干个功能舱段，如战斗部舱、仪器舱、燃料舱、发动机舱、火箭级间连接过渡段等。为了减小飞行阻力，弹身应具有良好的气动外形，弹身的剖面形状通常为圆形。,7.1.1弹身的功用、弹身的设计要求,弹身设计时，必须遵守导弹结构设计的基本要求，由于弹身占导弹结构重量的比重很大，必须特别注意减轻结构重量。解决的主要办法是设计
2、合理的结构，充分利用弹身的空间容积利用率。容积利用率高，意味着内部装载安排紧凑、结构重量轻。,舱段特殊的设计要求,（1）自动瞄准头头部壳体1）要求气动阻力小，有流线型的外形及光滑的表面；2）电磁波或红外线的透过性好，产生的畸变折射小；3）保证自动瞄准头相对导弹轴线的准确位置；4）有解决气动加热影响的措施。,（2）仪器舱的设计要求,1)保证内部装载仪器的正常工作条件，如气压、温度、湿度和耐振性等要求；2)仪器安装迅速，维护、修理、更换方便；,（3）战斗部舱的设计要求,1)舱体结构不应妨碍战斗部威力的发挥；2)安装迅速，固定可靠，有保证地面操作人员安全的措施。,7.1.2弹身的受载特点,弹身和弹翼
3、相比，主要差别在弹身不仅承受很大的横向载荷，而且要承受很大的轴向载荷。（1）研究弹翼时，主要考虑垂直于此翼平面的气动载荷，对弹身来说垂直平面和水平平面内的载荷都应该考虑;（2）对弹翼来说，它的主要载荷是分布的空气动力。而对弹身，作用于弹身内部装载物的质量力、各个空气动力面传给的空气动力和质量力、发动机和助推器传来的推力和起吊、运输、支承处的作用力等常以集中力的形式作用于弹身。对弹身来说，众多的集中力则是它的主要载荷。,7.2弹身的结构型式及承力元件,7.2.1弹身的结构型式基本结构型式常见的有：薄壁结构、整体结构和构架式结构。薄壁结构一般也都是由纵（轴）向加强件（梁、桁条）、横向加强件（隔框）
4、和蒙皮组成。薄壁结构弹身可分为硬壳式和半硬壳式结构。半硬壳式弹身结构型式又分为桁条式和梁式（桁梁式）结构。大型导弹的级间段常用构架式结构。,弹身结构型式,表7.2.1弹体结构型式分类,（1）梁式结构,1-蒙皮2-梁3-隔框,（1）梁式结构,梁是承受轴向力和弯矩的主要受力元件。当将整个弹身看作是支持在弹翼上的一根梁时，可以看出，梁式结构中的所谓梁实际上只相当于翼梁的凸缘。梁式结构的蒙皮一般只用于承受作用在弹身上的局部气动载荷、剪力和扭矩，所以蒙皮一般较薄这种结构还包括一些横向元件:前后端的隔框。,（1）梁式结构,优点:可以在梁间开大舱口缺点:蒙皮的材料不易充分利用。当弹身的某个舱段作用有较大的纵
5、向集中力时，或为了开大型舱口，常用这种结构形式。,（2）桁条式结构,1桁条2蒙皮3普通框4加强框,（2）桁条式结构,桁条布置较密，并能提高蒙皮的临界应力，从而使蒙皮除了能承受弹身的剪力和扭矩外还能参与桁条一起承受弹身的轴向力和弯矩。与梁式结构相比，这种结构的材料大部分分布在弹身剖面的最大高度上，当结构重量相同时，这种结构的弯曲和扭转刚度大。缺点是舱体上不宜开大型舱口，这是因为大型舱口会切断较多的主要受力元件桁条，为了弥补由于开口引起强度的削弱，开口处需要加强，这要增加结构重量；由于桁条剖面比梁剖面弱得多，不宜传递较大的纵向集中力。,（3）桁梁式结构,图7.2.3桁梁式结构,桁梁式结构,桁梁式结
6、构：梁式结构、桁条式结构的折衷结构，由较弱的梁（也称桁梁）和桁条、蒙皮、隔框组合而成，见图7.2.3。轴向力和弯矩主要由梁和桁条共同承受，蒙皮只承受剪力和扭矩。结构特点是便于桁梁之间开舱口，能充分发挥各构件的承载能力，结构重量较轻。适用于大型导弹。,(4)硬壳式结构,1蒙皮2隔框图7.2.4硬壳式结构,(4)硬壳式结构,特点：没有纵向加强元件，仅由蒙皮和隔框组成。构造简单，装配工作量少，气动外形好，容易保证舱段的密封，有效容积大；缺点是承受纵向集中力的能力较弱，不宜开舱口，若必须开口，一般均应采用受力式口盖以补偿挖去的蒙皮。适用于直径较小的弹身，这是因为圆柱形蒙皮的临界应力（，式中为蒙皮材料的
7、弹性模量；为蒙皮厚度；为弹身直径。）随直径的加大而降低，弹径越大，材料的利用率越低，结构重量越大。,（5）整体结构,将蒙皮和骨架（梁、框、桁条）元件加工成一体除了具有半硬壳式结构的优点外，还具有强度、刚度好，结构整体性好，装配工作量少，外形质量高等优点。常要受加工条件限制，主要用于直径不大的战术导弹舱体。,（5）整体结构,整体结构舱段具体型式主要有：机械加工圆筒结构铸造结构机械加工或化铣钣材焊接结构旋压壳体结构等。,（5）整体结构,1）机械加工圆筒结构一般是由厚壁管材作为毛坯，经过机械加工而成，如图7.2.5所示。在空空导弹，反坦克导弹、小型地空导弹上主要采用这种结构。,图7.2.5机械加工圆
8、筒结构,（5）整体结构,2）机械加工或化铣钣材焊接结构由几块通过机械加工铣切或化学铣切成形的壁板弯曲后焊接而成的，如图7.2.6所示。舱体内表面有纵向和横向加强筋，分别起桁条和框的作用。在受集中力较大处或开口周围布置了较强的加强筋。图7.2.6所示是由四块壁板焊接而成的整体结构，工艺过程如图中箭头所示。,板弯焊接整体结构,图7.2.6板弯焊接整体结构,返回,整体结构的设备舱,图7.2.7所示的结构是由四块机械加工铣切的镁合金壁板弯曲后焊接而成的整体结构设备舱内装高压气瓶、自动驾驶仪、无线电控制仪等设备为装折维护设备方便，舱体开有约占舱段半周的大开口，口盖和舱体有强而方便的连接，以保证口盖参加舱
9、体总体受力。这种结构适合于中等直径战术导弹的设备舱、舵机舱等。,整体结构设备舱,图7.2.7整体结构设备舱,返回,3）铸造结构,图7.2.8是铸造整体结构。为保持外表面的质量和尺寸精度，常对外表面和两端连接处进行机械加工，这种结构适合于各种中等弹径的舱段。,图7.2.8铸造整体结构,返回,铸造整体结构舵机舱,图7.2.9是铸造整体结构的舵机舱。内装自动驾驶仪、蓄压器、舵机系统等，舱外安装全动弹翼和脱落插头，舱段有较多的开口，不仅结构复杂，且处于全弹受力最大部位，舱段内设多个中间框以安装各种设备。设备自身密封，舱段实施水密，为保持舱内干燥，装有防潮砂罐和指示器。,图7.2.9铸造整体结构舵机舱,
10、返回,4）旋压结构,通过金属旋压加工方法形成的舱体结构。金属旋压是通过毛坯旋转与施加的外力两者联合作用促使金属毛坯或预成型毛坯产生塑性变形的成型技术，它是制造各种筒体、锥体、半球体等空心回转体零件的有效方法。导弹舱体一般为空心筒形件或锥形件，宜于采用这类成型工艺。国内外导弹舱体已开始采用旋压舱段，国外主要用于固体发动机外壳旋压结构舱体可分为内旋压舱体和外旋压舱体，本节重点叙述内旋压舱体。,内旋压舱,（a）舱段整体性好其整体性仅比铸铝舱略低。内旋压壳体为舱段主体，只须铆上部分口框、支架即成舱体。（b）强度刚度大结构强度比铸铝舱、铆接舱都高。（c）气动性能好内旋压舱的外形准确度、对称性、表面质量都
11、很高。（d）工装通用性好主要工装为一套旋压模具，可适用于外径相同的各舱段，且产品尺寸可以自由调整，设计更改和改型设计方便。,（6）构架式结构,多级火箭级间过渡段常用构架式结构。构架式结构又称杆系结构，是由端框和数根杆形材料焊接而成的开敞式刚性构架。如图7.2.12（a）所示，这种结构主要用作火箭级间载荷的传递，发动机工作初期产生的高热气体顺畅，排出弹体。图7.2.12（b）为类似结构。,图7.2.12构架式结构,返回,7.2.2弹身主要承力元件及其功用,隔框可分为普通框、加强框、连接框三类。普通框只起支持蒙皮、桁条，维持弹身外形的作用，作用载荷较小，一般可用铝板材压制而成。板材厚度按工艺要求确
12、定时，强度往往有剩余，因此框缘上允许挖制穿越桁条的缺口，如图7.2.13（a）所示。框缘剖面形状常见的有形、形、形等（图7.2.13（b）。,图7.2.13普通框,返回,装配式加强框,加强框除了维持弹身外形，其主要的功用是承受弹身的横向集中载荷。它的构造也可分为装配式和整体式两类。装配式的加强框如图7.2.14所示。该框由框缘、腹板、加强件三部分装配而成，加强件用以直接承受横向集中力，以改善框的受力形式，腹板可以提高框的强度与刚度。,图7.2.14装配式加强框,返回,整体式加强框,整体式加强框多用铸件或锻件机械加工而成。如图7.2.15所示。连接框实际上也是加强框，由于它用在弹身舱段间的连接部
13、位，所以又称为连接框。为了提高连接框在垂直框平面方向的刚度，常用增加框缘剖面的尺寸，特别是加长沿弹身轴线方向的尺寸来实现。,图7.2.15整体式加强框,返回,7.3弹身结构设计中的几个问题,弹身设计是以舱段为设计单元的。舱段的设计不仅要解决好舱段内部的构造设计问题，作为弹身的一个组成部分，在结构布局上还要解决好诸如载荷的传递、舱段间的连接以及外形等方面与相邻舱段协调一致的问题。,7.3.1纵、横结构元件的布置,纵向元件的布置与相邻舱段传来的轴向载荷的大小与分布、内部装载的安装位置以及舱口的位置有关。一般有轴向集中力作用的部位和舱口的两侧都应布置纵向加强元件，如某海防导弹纵向连有助推器（图7.3
14、.1），其轴向推力通过球头传给弹身。在弹身相应的部位应布置一根纵梁，承受和传递轴向推力。一般为使生产制造方便，纵向元件应沿周向均匀布置，然后可根据内部装载安装位置的要求和开口的要求，适当调整一些纵向元件的位置，或者增加特殊的加强元件。总之，纵梁主要承受弹身纵轴方向的集中力，如发动机和助推器的推力、战斗部的轴向惯性力等。纵梁长度一般以集中力扩散到弹身蒙皮受力均匀时为宜。,1弹身2助推器3球头4纵梁5巢座6支架7螺母图7.3.1承受轴向集中力的纵梁,返回,横结构元件的布置,普通隔框也应均匀布置，但弹身两框之间的框距对弹身的刚度和总体失稳临界应力有较大的影响，一般隔框间距以能将相应舱体简化为短筒状态
15、为宜。在有横向集中力作用的部位，如各种翼面的接头处、大中型舱口的两端处、舱段对接处、设计分离面处以及弹内设备的支座处等均应布置加强框。为了简化结构和减少质量，在总体安排时要考虑“一框多用”的原则。对整体结构来说，纵、横加强筋特别是安装设备的支座，可以根据需要进行布置，并在整体结构上直接加工出来。与装配式结构相比，其装配工作量少，元件的布置可以更为合理。,7.3.2相邻舱段的受力协调问题,为了使弹身相邻舱段之间传力路线最短，通常可采取如下措施：（1）如果相邻舱段都具有纵向元件时，应使纵向元件对应安排，使之具有连续性。图7.3.2所示为两相邻舱段的纵向加强元件（梁）对应安排的例子，它们布置在同一直
16、线上，并通过梁上的连接接头与加强框用螺栓相互连接起来。这样传力路线短，结构重量轻。（2）相邻舱段尽可能采用相同或相近的结构形式。例如与受力式贮箱相邻的舱段。由于贮箱只宜承受分布的轴向载荷，因此与之相邻的舱段宜采用硬壳式结构、桁条式结构或整体结构，而不宜用梁式结构。,1、4蒙皮2、5梁3螺栓6、9连接接头7、8相邻舱段的端框图7.3.2两舱段的梁对应安排,返回,（3）若由于条件限制，不能采用相近结构型式时，构造上则应采取措施保证相邻舱段间受力协调。若相邻舱段之间发生了分布力和集中力相互传递的矛盾时，应采取构造措施，使集中力转化为分布力后再传递给相邻舱段。方法之一是增加对接框的刚度，这种方法的缺点是若要把集中力分散得很均匀，必须把对接框设计得很强，结构重量要增加。另一种方法是利用力的“参与”原理，在集中力作用处布置变剖面的纵向元件。如图7.3.3所示的某地-空导弹助推器与连接舱的连接简图。为了使连接舱承受和扩散助推器的推力，舱上布置了一个加强框和四根变剖面梁。由于该元件的剖面由大变小，使蒙皮逐渐参与承力，一段距离后就可以将集中力均匀分散给蒙皮。因舱体有
