导 弹总体结构设计-导 弹气动外形

《导 弹总体结构设计-导 弹气动外形》由会员分享，可在线阅读，更多相关《导 弹总体结构设计-导 弹气动外形（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、,导弹总体结构设计,第四章 导弹外形设计,第四章 导弹外形设计,4.1 导弹外形设计的基本要求 4.2 气动布局 4.3 导弹外形几何参数的选择,一、外形设计任务 对于有翼导弹： （1）选择导弹的气动布局，即正确选择弹体各部件（弹翼、尾翼、舵面、发动机或进气道等）的相互位置； （2）从导弹具有良好的气动力特性以及机动性、稳定性和操纵性能出发，并考虑导弹制导系统特性及弹体结构等因素，确定弹体各部件的外形参数和几何尺寸。 对于弹道导弹： 最重要的是进行头部外形设计，使导弹具有适当的静稳定度并减小气动载荷。,4.1 导弹外形设计的基本要求,二、外形设计过程 对导弹外形设计有重要影响的战术技术指标有动

2、力航程、巡航速度、飞行空域以及战斗部威力等。 （1）在选定了推进系统、战斗部等弹上主要设备，初步确定导弹总体主要参数之后； （2）外形设计是与导弹主要参数的选择、部位安排及导弹质心定位等工作紧密联系交错进行的。,4.1 导弹外形设计的基本要求,三、外形设计基本要求 （1）满足导弹战术技术指标和弹上各分系统的工作要求； （2）充分利用最佳翼身干扰、翼面间干扰以及外挂物与翼身的干扰； （3）应使总体结构布局合理，减小弹体上的脉动压力及横滚力矩； （4）满足导弹机动性、稳定性与操作性的要求； （5）保证在最大使用攻角范围内，空气动力特性特别是力矩特性尽可能 处于线性范围，减小非线性对系统带来的不利影

3、响； （6）外形设计应满足隐身要求，使雷达散射面积最小； （7）便于发射、运输、贮存与实战使用。 （8）对于高超声速导弹，外形设计要保证气动加热最低。,4.1 导弹外形设计的基本要求,气动布局：导弹的气动外形及各部件相对位置的布置。 具体来说就是研究两个问题： 翼面（包括弹翼、舵面等）数目及其在弹身周向的布置方案； 翼面之间（如弹翼与舵面之间）沿弹身纵向的布置方案。,4.2 气动布局,衡量气动布局优劣的标准： 对于不同类型的导弹是不同的。 地对空导弹和空对空导弹：首先是导弹应具有良好的机动性、操纵性和稳定性，这是由于这类导弹是攻击机动性较大的飞机；其次是使导弹具有良好的空气动力特性和部位安排的

4、方便性等。 中远程导弹：要求导弹具有良好的空气动力特性，升阻比大，横向稳定性好，发动机要有良好的进气与工作条件等。,4.2 气动布局,一、翼面在弹身周侧的布置型式 1、面对称布置方案 特点： （1）迎面阻力小、质量小 （2）倾斜稳定性好。 （3）载机上悬挂方便。 （4）侧向机动性差。 转弯方式： （1）平面转弯 （2）倾斜转弯,4.2 气动布局,4.2 气动布局,平面转弯：,导弹不作滚转动作，转弯所需的向心力，由侧滑角 产生，同时推力在Z方向也有一分量。此种翼面提供的侧向过载较小。 此时，同时存在 及 ，这两个角度可由方向舵及升降舵的偏角来保证。,4.2 气动布局,倾斜转弯：,导弹转弯前先作滚

5、转动作，即通过副翼，产生一个滚转力矩，导弹滚转一个 角之后，使升力Y偏转的同时产生侧向力Z，至于升力的大小，则可以由攻角 来调整。这种转弯是通过副翼和升降舵同时协调动作来实现的，故称之为协调转弯。,4.2 气动布局,面对称布置方案 增大导弹侧向力的方法。,4.2 气动布局,有翼导弹外形的发展,气动、推进系统一体化外形,4.2 气动布局,2、轴对称布置方案 布置型式,-型,-型,4.2 气动布局,2、轴对称布置方案 特点： （1）各个方向均能产生最大的机动过载。 （2）升力的大小和作用点与导弹绕纵轴的旋转无关。 （3）在任何方向产生升力都具有快速响应的特性，大大简化了控制与制导系统的设计。 （4

6、）在大攻角情况下，将引起大的滚动干扰，这就要求滚动通道控制系统快速性好。 （5）由于翼面数目多，必然质量大，阻力大，升阻比小，雷达反射面积大。,4.2 气动布局,3尾翼或舵面的布置方案,（a）和（b）是轴对称形式，与字形及字形弹翼具有完全相同的特性，多用于地对空和空对空导弹上。 （c）是人字形尾翼，三个尾翼互成120布置，这种布局可以提供足够的航向稳定性。另外，当有侧滑角时，尾翼所产生的滚转力矩导数近似等于零。这样可以减轻弹翼上副翼的负担。 （d）和（e），将水平尾翼固定在弹身两侧或垂直尾翼上，这是为了保证水平尾翼在任何飞行状态下具有足够的效率。由于它们的布置是非对称的，当攻角和测滑角存在时，

7、会造成较显著的滚转力矩。,4.2 气动布局,二、翼面沿弹身纵轴的布置型式,舵面在后,正常式：苏联的萨姆2（地对空）， 法国的玛特拉530（空对空）； 无尾式：美国的奈克II（地对空）。,4.2 气动布局,二、翼面沿弹身纵轴的布置型式,舵面在前,鸭式：如美国的奈克1（地对空）、响尾蛇（空对空）旋转弹翼式：如苏联的萨姆6（地对空），美国的麻雀III（空对空）。,4.2 气动布局,二、翼面沿弹身纵轴的布置型式 衡量气动布局标准： 导弹的稳定性、机动性和操纵性； 气动特性； 导弹部位安排的方便性； 对制导系统和发动机等工作条件适合程度等方面加以衡量。,4.2 气动布局,三、横滚稳定性分析 斜吹力矩：是

8、一种滚转力矩（横滚力矩），它是当攻角、侧滑角不等于零时而产生的。,4.2 气动布局,三、横滚稳定性分析 斜吹产生原因： 1翼尖影响 当侧滑角不等于零时，翼尖的马赫锥也将随之倾斜，使得导弹受到一个正的横滚力矩。 2翼根影响 其原因同上，它使导弹受到一个负的横滚力矩。 3左右两翼后掠效应不对称 当M数由小变大时（如M3），横滚力矩的符号由负值变为正值。 4弹翼被弹身挡住的阴影区内 升力要相应地减少，则产生负的横滚力矩。,4.2 气动布局,5因前翼存在而引起的洗流影响的不对称性 正常式： 当侧滑角不大时的下洗分布 当侧滑角较大时的下洗分布,4.2 气动布局,5因前翼存在而引起的洗流影响的不对称性 正

9、常式： 随侧滑角的滚转力矩变化曲线,4.2 气动布局,5因前翼存在而引起的洗流影响的不对称性 鸭式： 当侧滑角不等于零时的下洗分布 随侧滑角的滚转力矩变化曲线,4.2 气动布局,5因前翼存在而引起的洗流影响的不对称性 鸭式： 当有迎角、侧滑角，升降舵和方向舵都偏转时，产生的斜吹力矩系数可表示为下式： 对于鸭式“”型弹翼，因为导弹是轴对称的，在平衡状态下则有： 所以斜吹力矩系数 正因为“-”型或“X-X”型鸭式布局在定态飞行中的横滚力矩等于零，故这种气动布局还经常被采用。,4.2 气动布局,5因前翼存在而引起的洗流影响的不对称性 鸭式： 当 ， 不在平衡状态时，则仍会产生横滚力矩，故这种型式的导

10、弹通常有绕纵轴的振荡运动，从而增大了 控制误差。从横滚稳定性来说，在所有气动 布局中，鸭式是最不利的。由于横滚稳定性 不佳，滚动力矩较大，而鸭式的舵面面积较 小，因此，鸭式导弹不能用舵面差动来起 副翼作用。,4.2 气动布局,三、横滚稳定性分析 鸭式布局：横滚稳定性差 正常式：横滚稳定性优于鸭式 无尾式：滚动力矩与正常式相近似，但由于其舵面紧靠近弹翼后缘，故下洗影响更为微弱。 旋转弹翼式与鸭式横滚特性类似，但由于旋转弹翼面积大，而尾翼面积小，且其攻角较小，故其洗流不对称的影响远远没有鸭式严重，所以通常旋转弹翼也可作为差动舵来起副翼作用。,4.2 气动布局,四、机动性分析 提高机动性的措施： 提

11、高导弹的飞行速度 增大弹翼面积 采用良好的弹翼形状 增大导弹可用攻角 增加导弹可用攻角是提高机动性的比较简便方法。,，,，,，,4.2 气动布局,四、机动性分析 增大攻角受到下列因素的限制：俯仰力矩性能的非线性。,，,，,在攻角 后，曲线的斜率逐渐增大，线性关系遭到破坏。所以导弹不能在 的条件下飞行。攻角 称为导弹的极限攻角。,4.2 气动布局,四、机动性分析,，,，,，,4.2 气动布局,四、机动性分析,，,，,，,无尾式： 及 均最小，故最有利于提高 ； 鸭式布局： 最大，故最不利； 正常式：介于两者之间。,4.2 气动布局,五、升阻比特性分析 升阻比,，,，,4.2 气动布局,五、升阻比

12、特性分析 鸭式和正常式： 从这两种气动布局来看，在导弹平衡状态，由于鸭式舵面偏转角与弹翼攻角同向，而正常式则相反，所以鸭式的总升力较正常式的大。而总的阻力则与舵面偏转角的方向关系不大，所以鸭式的升阻比比正常式的大。,，,，,4.2 气动布局,五、升阻比特性分析,，,，,进行导弹气动外形设计时除考虑稳定性和操纵性外，还应把提高升阻比作为一个重要因素予以考虑。在导弹总体设计时，除合理选取气动布局和弹翼参数之外，还可以采取如下增升措施： （）采用非旋成体剖面的弹身； （）采用前缘弯曲的弹翼； （）采用翼身融合体，改善横向流的绕流特性，提高翼身组合体的非线性升力。,六、部位安排方便性分析,，,，,1.

13、 发动机为液体火箭发动机 当发动机采用液体火箭发动机时，鸭式的部位安排无甚困难，如右图所示。当采用正常式时，舵机舱常受发动机喷管的制约，对舵机的尺寸要求较严。随着舵机尺寸的小型化，若弹身直径较大，舵机安排比较容易；若弹身直径较小时，舵机的安排就比较困难。,采用液体火箭发动机时舵机的布置方案,4.2 气动布局,六、部位安排方便性分析,，,，,2. 发动机为固体火箭发动机 固体火箭发动机鸭式导弹的（a）形式较简单，但质心位置移动较大；而（b）形式将固体火箭发动机移至质心附近，但使推力的轴向分量降低了。 正常式，（a）形式的操纵性及稳定性将受到影响，故很少用；（b）形式采用延长尾喷管，舵面的操纵机构

14、将做得较复杂，特别是当舵面需差动时；另一方面是弹身容积利用很不好。,鸭式导弹舵机的布置方案,(a) 正常式导弹舵机的布置方案,4.2 气动布局,(b)采用长喷管时，舵机的布置方案,，,，,3. 发动机为吸气式发动机 随着导弹技术的发展，对射程和速度不断提出更远更快的要求。为此有翼导弹越来越多地采用各种吸气式发动机作为推进装置，因此在导弹外形布局中就出现了发动机或进气道的布置问题。 采用吸气式发动机的导弹，在外形布局上有两种情况，一是一个或二个发动机外挂在弹体上，发动机（带进气道）成为弹体外形的一部分；二是发动机在弹体内，作为发动机重要部件的进气道外露在弹体表面，成为弹体外形的一部分。随着“整体

15、式”技术的发展，导弹与吸气式发动机更多的是采用一体化布局，有关发动机进气道布置方案将在后面讲述。,4.2 气动布局,六、部位安排方便性分析,，,，,4. 起飞段的操纵问题,4.2 气动布局,六、部位安排方便性分析,鸭式：纵向操纵由前舵来担任，滚动操纵由弹翼上的副翼来担任。 正常式：因联合质心位置很靠近舵面，故舵面已不能用以纵向操纵。一般在起飞段上导弹不操纵其俯仰运动，只操纵其滚动运动。,正常式导弹 鸭式导弹,，,，,5. 横滚运动的操纵 鸭式气动布局：前舵的下洗作用影响很大，故此种型式中不能采用差动舵面来操纵横滚运动，而只能在弹翼上安装副翼，如导弹弹身尾部装有固体火箭发动机，则副翼操纵机构的安装就较困难。,鸭式导弹的横滚操纵,4.2 气动布局,，,，,5. 横滚运动的操纵 正常式气动布局：无论利用差动舵面或副翼，问题的解决并无困难。,正常式导弹的横滚操纵,4.2 气动布局,，,，,七、四种气动布局的综合分析 1