导 弹总体结构设计-导 弹气动外形.ppt

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）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，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：是一种滚转力矩（横滚力矩），它是当攻角α、侧滑角β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①。

2．翼根影响 其原因同上，它使导弹受到一个负的横滚力矩② 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③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§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： （１）采用非旋成体剖面的弹身； （２）采用前缘弯曲的弹翼； （３）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. 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。