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1、第七章 弹身的结构与设计,7.1 空气动力要求7.2 强度刚度和可靠性要求7.3 质量特性要求7.4 工艺性要求7.5 使用维护要求,7.6 经济性要求7.7 环境适应性等特殊要求7.8 弹身的密封7.9 设备的安装,7.1 概述,7.1.1 弹身的功用及对弹身的设计要求,弹身的主要功用: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。,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合理的结构，充分利用弹身的空间。弹身内部装载的充满程度可用容积利用率表示：,式中 舱段容积利用率； 内部装载的体积； 舱段的容积。,(1)导引
2、头头部壳体,对不同舱段根据具体情况，各有不同的特殊的设计要求。,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） 保证自导引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,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；,7.1.2 弹身的受载特点,(3) 战斗部舱,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。,弹身和弹翼相比，主要差别在于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。
3、此外，还有一些重要的、但不是原则性的差别。,7.2 弹身的结构形式和承力元件,7.2.1 弹身的结构形式,基本结构型式：薄壁结构、整体结构和构架式结构。,弹身结构形式,薄壁结构 （蒙皮骨架结构）,硬壳式,半硬壳式,桁条式,梁式、 桁梁式,整体结构,机械加工结构,铸造结构,焊接结构,施压结构,构架式结构,（1）梁式结构（图7.2.1）,1 .蒙皮 2 .梁 3 .隔框图7.2.1 梁式结构,在这种结构中梁是承受轴向力和弯矩的主要受力元件。这种结构的优点是可以在梁间开大舱口，缺点是蒙皮的材料不易充分利用。,（2）桁条式结构（图7.2.2）,1 桁条 2 蒙皮 3 普通框 4 加强框图7.2.2 桁
4、条式结构,这种结构的桁条布置较密，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。缺点是舱体上不宜开大型舱口。,（3）桁梁式结构（图7.2.3）,1 桁条 2 蒙皮 3 桁梁 4 隔框图7.2.3 桁梁式结构,桁梁式结构是上述两种结构的折衷结构，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(图7.2.4),1 蒙皮 2 隔框图7.2.4 硬壳式结构,这种结构
5、的特点是没有纵向加强元件，整个舱段仅由蒙皮和隔框组成。这种结构的构造简单，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。,（5）整体式结构,整体结构是将蒙皮和骨架（梁、框、桁条）元件加工成一体的结构型式。这种结构型式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。这种结构常要受到加工条件限制，主要用于直径不大的战术导弹舱体。 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。,1）机械加工圆
6、筒结构,这种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 机械加工圆筒结构,2）机械加工或化铣钣材焊接结构,这种结构是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。,图7.2.6 板弯焊接整体结构,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
7、驾驶仪、无线电控制仪等设备，为装拆维护设备方便，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。,图7.2.7 整体结构设备舱,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,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
8、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,4）施压结构,旋压结构是通过金属旋压加工方法形成的舱体结构。,旋压结构舱体：内旋压舱体 、外旋压舱体 。, 内旋压舱,a内旋舱体的优点,舱段整体性好,b. 内旋舱体结构特点,1. 舱内可布置（旋出）若干环形框（包括端框）2. 采用薄蒙皮3. 成件可组合安装,强度刚度大,气动性能好,工装通用性好,一般中等直径舱体，直径偏差可控制在 以内，蒙皮偏差可控制在 以内。,c. 内旋压舱的尺寸精度,图7.2.10 内旋压舱体典型构造示意图, 外旋压舱,外旋压舱由一个等厚薄壁旋压筒体再铆上端框、隔框、口框、支架和其它内、外部构件
9、构成。典型结构如图7.2.11所示，该舱为某型导弹的战斗部舱，舱体主要由外壳、内环框及端框组成。,图7.2.11 外旋压舱典型结构示意图,1.外旋压壳体2.内部环框3.端框,（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所示,1.管子 2.底板 3.垫座 4.定位销 5.端框图7.2.12 构架式结构,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。,弹身的主要承力元件,(1)蒙皮、桁条和梁的功用及构造与弹翼的相同,(2)隔框的功用及其构造特点:,蒙皮,桁条,梁,隔框,1）
10、 普通框,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）。,（a）普通框 （b）框缘的剖面结构图7.2.13 普通框,2） 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。,1.框缘2.腹板3.加强件图7.2.14 装配式加强框,各种加强框结构方案,整体式加强框多用铸件或锻件机械加工而成。如图7.2.16所
11、示。,铸造整体式加强框,（c）铸造整体式加强框,图7.2.16 整体式加强框,7.3 弹身结构设计中的几个问题,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。,1） 纵向元件的布置,如某海防导弹纵向连有助推器（图7.3.1），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
12、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,2） 横向元件的布置,横向元件的布置原则与纵向元件的布置原则相似，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
13、虑“一框多用”的原则。,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。,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,(2)相邻舱段尽可能采用相同或相近的结构形式。,(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。
14、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。,1 .连接舱 2 .加强框3 .变剖面梁 4 .助推器 5 .腹板,图7.3.3 助推器与连接舱的连接简图,7.3.3 弹身的开口问题,为满足对弹内设备的安装使用、维护等要求，特别是大、中型弹身上，往往要开大小不等和形状不同的各种舱口。根据舱口的口盖是否参加舱体总体受力，可分为受力式和非受力式两种口盖。,1） 受力式口盖,完全受力式口盖：为了能完全替补舱体上被挖去的部分，结构上大致都采取与舱体相同或相近的结构、或稍有加强（如增加边框，加厚蒙皮等），纵、横骨架的布置则应与舱体骨架一一对应，口盖与舱口的口框用连接件相连（图7.3.4（a）
15、。,部分受力式口盖：口盖设计成只参加受剪而不参加受轴向力的口盖，这种口盖称为部分受力式口盖（图7.3.4（b）。,1 舱体 2 口盖 3 螺钉 4 托板螺母 5 螺栓图7.3.4 口盖与舱口的连接,“萨姆-2”导弹仪器舱上的大型受力式口盖（如下图），口盖结构与舱体一致，都是整体结构。,1 .舱体2 .口盖3 .螺栓 4 .锥形销5 .折返螺栓,关于完全受力的口盖强度计算的几点意见：,1）由于口盖完全参加舱体受力，所以口盖和舱体可看成一个整体，即口盖的各种承载能力都可以按参加总体受力要求来计算。,2）此外，还要进行下列计算： 当口盖处于弯曲受拉状态时，要对接头（如螺栓等）进行强度计算； 当口盖处于受压状态时，要对端面进行挤压强度计算； 当口盖处于受剪状态时，要进行销钉（或螺钉）的剪切、挤压的强度计算；,3) 实际上由于工艺制造等原因,口盖不可能达到理想的受力状态,因而口框的边缘和口盖的边缘仍应给以加强,因而尚需进行局部加强的强度计算。从构造上讲,口框和口盖边缘的局部加强也是为安装连接接头所需要的。而在舱体总体强度计算中则不必计及局部的加强所带来的影响。 这种口盖对缝处接头的受力可简述如下（图7.3.6）：,1 舱体 2 口盖 3 螺钉 4 托板螺母图7.3.6 受力式口盖,
