【文章內(nèi)容簡介】 論文的內(nèi)容及結(jié)構(gòu)論文主要內(nèi)容為結(jié)合空氣動力學(xué)、飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)、飛行器總體設(shè)計、飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計等多門學(xué)科知識，以及 ANSYS 等應(yīng)用軟件，對某型地空導(dǎo)彈總體結(jié)構(gòu)和戰(zhàn)斗部艙段結(jié)構(gòu)進行有關(guān)設(shè)計。具體內(nèi)容有以下三點：一是依據(jù)給定設(shè)計任務(wù)書中的要求完成導(dǎo)彈的氣動外形設(shè)計與總體布局設(shè)計，從而確定導(dǎo)彈的質(zhì)心與部位安排；二是從導(dǎo)彈的使用情況中選取一些受載嚴重的情況作為設(shè)計情況，如運輸和發(fā)射情況、俯沖拉起情況，確定過載系數(shù)并進行這些典型情況下的受力分析；三是對于導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部艙段的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，包括艙段零部件設(shè)計、連接設(shè)計和密封設(shè)計，并進行強度校核，最終應(yīng)用有限元軟件對設(shè)計結(jié)果進行驗證分析。本文共分為 7 章，具體結(jié)構(gòu)如下：第 1 章是全文的緒論部分，簡要闡述課題的背景意義，說明論文的主要內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)安排；第 2 章詳細闡明地空導(dǎo)彈及其戰(zhàn)斗部的相關(guān)概念和發(fā)展現(xiàn)狀；第 3 章概述導(dǎo)彈的總體方案設(shè)計，其中包括總體概要設(shè)計、戰(zhàn)斗部方案設(shè)計、彈翼及彈身外形設(shè)計、導(dǎo)彈部位安排設(shè)計及質(zhì)心定位；第 4 章確定導(dǎo)彈最大過載系數(shù)，并對導(dǎo)彈前半段進行受力分析；第 5 章對戰(zhàn)斗部艙段結(jié)構(gòu)進行詳細設(shè)計，并確定最終結(jié)構(gòu)布局；第 6 章對已設(shè)計的戰(zhàn)斗部艙段進行強度校核，包括蒙皮隔框的校核；第 7 章用 ANSYS 軟件對戰(zhàn)斗部艙段進行有限元分析，并給出結(jié)論；最后是本文的結(jié)論部分，對本文工作進行系統(tǒng)的總結(jié)。第 2 章 地空導(dǎo)彈及其戰(zhàn)斗部3第 2 章 地空導(dǎo)彈及其戰(zhàn)斗部 地空導(dǎo)彈簡介 地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的定義與分類地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)是指由地面發(fā)射，攻擊敵方來襲飛機、導(dǎo)彈等空中目標的一種導(dǎo)彈武器。地空導(dǎo)彈是一種用來對付空中威脅的制導(dǎo)武器，它所對付的目標一般是各種作戰(zhàn)飛機，有些地空導(dǎo)彈還能夠射擊巡航導(dǎo)彈、空地導(dǎo)彈、戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈和空漂氣球等目標。各國對地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)分類的方法和標準不盡相同，但總的規(guī)律和原則相近。一般按地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)任務(wù)、地面機動性、作戰(zhàn)空域等特征進行分類。導(dǎo)彈系統(tǒng)是實現(xiàn)地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)目的的最終設(shè)備單元。導(dǎo)彈的主要構(gòu)件有彈體、彈上制導(dǎo)裝置、戰(zhàn)斗部、引信、推進裝置和電氣源設(shè)備等 [5]。彈體是承力的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由彈身和空氣動力面組成，彈身為彈上個各種儀器設(shè)備提供裝載條件，空氣動力面為導(dǎo)彈的機動飛行提供空氣動力。彈上制導(dǎo)裝置是地空導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的一部分或全部，它指引導(dǎo)彈向目標靠近，并完成作戰(zhàn)任務(wù)。推進裝置是發(fā)動機及其附件的統(tǒng)稱，又稱為動力裝置。彈上的電氣源為導(dǎo)彈上的設(shè)備提供啟動、控制和運轉(zhuǎn)的能源。 地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的構(gòu)成由于作戰(zhàn)任務(wù)，技術(shù)戰(zhàn)術(shù)性能、使用原則以及所采用的技術(shù)不同，地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的組成不盡相同，一般由目標搜索指示系統(tǒng)、跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)、導(dǎo)彈系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、指揮自動化系統(tǒng)和支援保障系統(tǒng)等分系統(tǒng)組成 [6]。 地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的發(fā)展歷程20 世紀 40 年代初，德國首先開始研制防空導(dǎo)彈，雖然沒有投入使用，但波束制導(dǎo)的可行性得到了驗證。50 年代，美、蘇兩家在掠取德國實物技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，研究、仿制和試驗了一批導(dǎo)彈，同時也開始自行設(shè)計和制造第一代地空導(dǎo)彈。20 世紀 50 年代末至 60 年代末，由于電子技術(shù)、計算機技術(shù)、紅外技術(shù)和激光技術(shù)等飛速發(fā)展，為新型地空導(dǎo)彈的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。因此，一批機動性能好，反應(yīng)速度快，能夠?qū)χ械涂?、中遠程和低空、近程目標進行攻擊的第二代地空導(dǎo)彈相繼問世。第三代地空哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文4導(dǎo)彈是 60 年代末至 70 年代末發(fā)展的，是以干擾、機動、實施飽和攻擊的空襲兵器為作戰(zhàn)對象的新型地空導(dǎo)彈。第四代地空導(dǎo)彈是 70 年代末以后發(fā)展的。為了防空反導(dǎo)，第四代導(dǎo)彈在重點發(fā)展低空導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上，這一代導(dǎo)彈由于采用了相控陣雷達和先進的微電子技術(shù)，使地空導(dǎo)彈系統(tǒng)能跟蹤和攻擊多目標，在命中精度和作戰(zhàn)效能方面也有很大提高。 戰(zhàn)斗部詳述 戰(zhàn)斗部的作用與地位 戰(zhàn)斗部的作用 戰(zhàn)斗部系統(tǒng)是導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)組成中直接用于摧毀、殺傷目標，完成戰(zhàn)斗使命的主要部件，而其余部件的任務(wù)僅在于將戰(zhàn)斗部準確地運送到預(yù)定目標或目標區(qū)。因此，戰(zhàn)斗部是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)摧毀目標的最終毀傷單元，是導(dǎo)彈的一個重要部件。 戰(zhàn)斗部與全彈的關(guān)系戰(zhàn)斗部作為摧毀目標的彈上設(shè)備，與導(dǎo)彈總體有這密切的關(guān)系。 戰(zhàn)斗部的質(zhì)量對全彈的質(zhì)量影響很大，它直接影響著武器系統(tǒng)的機動性。戰(zhàn)斗部的質(zhì)量應(yīng)在導(dǎo)彈的總質(zhì)量中占有合理的比例。一方面，戰(zhàn)斗部應(yīng)在滿足總體要求的殺傷概率條件下，使質(zhì)量盡可能小，以便增大導(dǎo)彈的射程或改善其機動性能力；另一方面，導(dǎo)彈總體對戰(zhàn)斗部質(zhì)量的限制不應(yīng)影響戰(zhàn)斗部的威力。 戰(zhàn)斗部在全彈結(jié)構(gòu)布局中所處位置有三種基本形式：多數(shù)位于彈頭，少數(shù)位于彈的中部，個別位于彈尾。戰(zhàn)斗部在導(dǎo)彈上的部位安排，應(yīng)保證能最大限度地發(fā)揮戰(zhàn)斗部對目標的破壞作用。采取什么樣的布局，取決于戰(zhàn)斗部對目標的破壞作用方式。 戰(zhàn)斗部的作用目標與分類 戰(zhàn)斗部的作用目標不同的作戰(zhàn)使命對戰(zhàn)斗部的需求也不同。合理選擇導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部類型的依據(jù)是目標的易損特性和其在戰(zhàn)爭中所起的作用。目標按所處的位置可分為空中目標、地面目標和水上目標，它們具有不同的特征。 戰(zhàn)斗部的分類按照導(dǎo)彈所攻擊目標的特性和目標所處的位置為基本特征，可以將導(dǎo)彈分為三類：地地導(dǎo)彈和空地導(dǎo)彈，地空導(dǎo)彈和空空導(dǎo)彈，地艦導(dǎo)彈、空艦導(dǎo)彈和艦艦導(dǎo)彈。近年第 2 章 地空導(dǎo)彈及其戰(zhàn)斗部5來還出現(xiàn)了以衛(wèi)星為發(fā)射平臺的天基武器和反衛(wèi)武器系統(tǒng)。現(xiàn)代戰(zhàn)爭中所對付的目標多種多樣。為了對付不同的目標，導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的類型一般根據(jù)它對目標的作用原理或內(nèi)部裝填物來確定，具體分類如下圖所示。圖 戰(zhàn)斗部的分類 戰(zhàn)斗部的結(jié)構(gòu)組成戰(zhàn)斗部系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成大體上是基本相同的。從廣義定義上來說，戰(zhàn)斗部系統(tǒng)由戰(zhàn)斗部、保險裝置和引信組成；從狹義定義上來說，戰(zhàn)斗部系統(tǒng)由殼體、裝填物和引信裝置組成。 戰(zhàn)斗部戰(zhàn)斗部由殼體、裝填物和傳爆序列等組成。殼體是裝填裝載物的容器，同時也是連接戰(zhàn)斗部其他零部件的基體；裝填物是破壞目標的能源和工質(zhì)；傳爆序列是起爆和傳爆系統(tǒng)。 保險裝置戰(zhàn)斗部系統(tǒng)中有大量火工品，為了保證戰(zhàn)斗部在運輸、儲存和使用等勤務(wù)處理中的安全，以及在與目標相遇時要保證其可靠工作，必須設(shè)有安全保險機構(gòu)。保險裝置在接到適當信號時首先必須保證傳爆序列處于待發(fā)狀態(tài)，然后必須對起爆信號（引信哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文6輸出）做出相應(yīng)，最后能適時有效地起爆戰(zhàn)斗部。此外，如果導(dǎo)彈在與目標遭遇后沒有發(fā)生爆炸，還應(yīng)有自毀作用。 引信引信是適時引爆戰(zhàn)斗部的引爆裝置。這里所指的適時引爆包含以下幾種情況：一是戰(zhàn)斗部碰擊目標瞬時引爆。二是戰(zhàn)斗部碰擊目標后經(jīng)過延期引爆。三是戰(zhàn)斗部在離目標適當高度或距離時刻引爆。第一種、第二種戰(zhàn)斗部引信是觸發(fā)式引信，第三種戰(zhàn)斗部引信是非觸發(fā)式引信。此外，現(xiàn)在還出現(xiàn)了先進的引信，如靈巧引信、彈道修正引信、多方位定向引信等 [7]。 戰(zhàn)斗部的發(fā)展趨勢導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部以摧毀目標為最終目的，現(xiàn)代戰(zhàn)爭對戰(zhàn)斗部的殺傷威力或毀傷效率提出了更高的要求。戰(zhàn)斗部改進和發(fā)展的中心內(nèi)容是在一定條件下，采取各種有效的技術(shù)途徑，盡可能提高殺傷威力。應(yīng)用新原理、新理論、新結(jié)構(gòu)和新材料等高新技術(shù)，改進戰(zhàn)斗部的類型、構(gòu)造、裝藥和提高引戰(zhàn)配合效率，以提高戰(zhàn)斗部的殺傷效能，是今后一個時期防空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的主要發(fā)展途徑 [8]。 地空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的特點 地空導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗部多采用常規(guī)裝藥，通常以殼體在爆炸瞬間形成的破片和沖擊波殺傷目標。引信和戰(zhàn)斗部的配合稱為引戰(zhàn)配合，引戰(zhàn)配合對于射擊小目標、高速目標、高機動目標十分重要，而地空導(dǎo)彈一般采用非觸發(fā)（近炸）引信。 地空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的發(fā)展方向綜觀世界各國地空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的現(xiàn)狀和發(fā)展分析。地空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的發(fā)展有以下幾個方向：（1）積極研制定向戰(zhàn)斗部；（2）重視發(fā)展全能型戰(zhàn)斗部；（3）減小戰(zhàn)斗部的質(zhì)量；（4）戰(zhàn)斗部功能智能化；（5）重視一彈多戰(zhàn)斗部的設(shè)計思想；（6）積極發(fā)展低易損性戰(zhàn)斗部 [7]。要使防空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部有新的發(fā)展，除了重視基礎(chǔ)研究工作，重視高新技術(shù)的應(yīng)用，具備現(xiàn)代化的實驗手段和實驗條件外，還必須有新的概念和新的構(gòu)思，必須由傳統(tǒng)思維向超前思維轉(zhuǎn)變，由習(xí)慣性思維向跨越式思維轉(zhuǎn)變，由單一思維向多維思維轉(zhuǎn)變，敢于開拓創(chuàng)新 [9]。第 2 章 地空導(dǎo)彈及其戰(zhàn)斗部7 本章小結(jié)本章對地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)及其戰(zhàn)斗部的相關(guān)知識進行了簡明扼要的介紹，又說明了地空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的特點及發(fā)展趨勢，為后續(xù)研究及計算奠定了一定的理論基礎(chǔ)。哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文8第 3 章 導(dǎo)彈總體方案設(shè)計概述 總體設(shè)計參數(shù)根據(jù)《設(shè)計任務(wù)書》 ，本文所設(shè)計的地空導(dǎo)彈總體參數(shù)如下：彈長：彈徑：主級 ，助推器 翼展：主翼面 ，穩(wěn)定尾翼 高度：1~27km平均速度：3Ma射程：7~35km發(fā)射重量：2322kg動力：液體火箭發(fā)動機和固體火箭助推器飛行彈道：圖 飛行彈道示意圖 總體概要設(shè)計 導(dǎo)彈的速度方案速度方案的確定是導(dǎo)彈總體方案設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般來說，根據(jù)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求中對目標特性的描述（如速度特性、過載能力等） 、射程要求以及擬選擇的制導(dǎo)體制、導(dǎo)引方法和控制系統(tǒng)方案等確定導(dǎo)彈的速度方案。同時，有些導(dǎo)彈的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求中第 3 章 導(dǎo)彈總體方案設(shè)計概述9還可能含有對飛行時間的約束，并兼顧起飛質(zhì)量最小等原則。綜合考慮各種因素，本文所設(shè)計的某型地空導(dǎo)彈速度方案采用“加速助推+加速續(xù)航+無動力飛行” 。圖 導(dǎo)彈的飛行速度方案 制導(dǎo)體制及導(dǎo)引規(guī)律彈上制導(dǎo)裝置是地空導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的一部分或者全部，用來不斷地測定導(dǎo)彈與目標的相對位置和導(dǎo)彈的瞬時姿態(tài)，產(chǎn)生、處理并執(zhí)行將導(dǎo)彈導(dǎo)向目標的指令 [10]。制導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)引導(dǎo)彈飛向目標所依據(jù)的技術(shù)原理成為制導(dǎo)體制，也稱為制導(dǎo)方式。制導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)引導(dǎo)彈飛向目標所依據(jù)的運動學(xué)關(guān)系稱為制導(dǎo)規(guī)律，也稱為導(dǎo)引規(guī)律或?qū)б椒?。結(jié)合地空導(dǎo)彈的特點，綜合考慮各種因素，本文所設(shè)計的某型地空導(dǎo)彈，制導(dǎo)體制采用遙控制導(dǎo)體制中的指令制導(dǎo)體制，導(dǎo)引規(guī)律采用三點法導(dǎo)引。 動力系統(tǒng)基本形式動力裝置（推進系統(tǒng) ）是導(dǎo)彈飛行的動力源，動力裝置是導(dǎo)彈上的發(fā)動機及其附件的統(tǒng)稱，動力裝置用于產(chǎn)生足夠的推力，保障導(dǎo)彈達到必要的飛行速度、高度和射程?，F(xiàn)代的地空導(dǎo)彈普遍采用固體火箭發(fā)動機和固體沖壓組合發(fā)動機，早期的地空導(dǎo)彈型號采用液體火箭發(fā)動機和固體助推器。除主航發(fā)動機外，部分地空導(dǎo)彈還裝有起飛發(fā)動機（又稱助推器），兩者的結(jié)合形式分并聯(lián)和串聯(lián)兩種。本為所設(shè)計的某型地空導(dǎo)彈動力裝置采用液體火箭發(fā)動機和固體火箭助推器串聯(lián)形式。 基本氣動布局形式按彈翼與舵面沿彈身縱向相對位置的不同，導(dǎo)彈的縱向布局有以下五種：正常式、哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文10鴨式、旋轉(zhuǎn)彈翼、無翼式、無尾式。正常式布局的彈翼配置在彈身的中段，舵面位于彈翼之后，在對導(dǎo)彈實施控制時，舵面偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的操縱力增量與彈翼產(chǎn)生的升力增量方向相反。因此，導(dǎo)彈的響應(yīng)特性較差。但由于正常式布局的舵面離導(dǎo)彈質(zhì)心較遠，舵面的面積可以較小，舵面的載荷和力矩也相應(yīng)較小。同時由于彈翼固定不偏轉(zhuǎn)，對位于后面的舵面帶來的洗流影響也較小，空氣動力的線性程度要比鴨式和旋轉(zhuǎn)式好。圖 正常式氣動布局受力情況結(jié)合相關(guān)資料，本文所設(shè)計的某型地空導(dǎo)彈采用正常式氣動布局。 戰(zhàn)斗部方案設(shè)計戰(zhàn)斗部是導(dǎo)彈有效載荷的最主要組成部分，其質(zhì)量在很大程度上決定了全彈質(zhì)量。由此可見，戰(zhàn)斗部設(shè)計應(yīng)該在導(dǎo)彈總體方案設(shè)計過程中具有較高的優(yōu)先級。 目標特性分析研制武器的目的，就是為了摧毀目標。目標不同，武器的類別也不同。目標特性是導(dǎo)彈設(shè)計，尤其是戰(zhàn)斗部設(shè)計的重要依據(jù)。所以對目標的分析在擬定戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求時，是必須首先考慮的。所謂典型目標是指：在同類目標之中，根據(jù)目標的輻射特性、動力特性、幾何形狀、結(jié)構(gòu)強度、動力裝置、制導(dǎo)系統(tǒng)、抗爆能力、火力配備、可靠性、可維修性、有效性和生存能力等特性，并考慮到技術(shù)發(fā)展，綜合而成的具有代表性的目標 [11]。地空導(dǎo)彈的攻擊對象是空中目標，典型空襲體系中的主要空襲兵器分為兩大類，即飛機類目標和導(dǎo)彈類目標。針對本次設(shè)計的地空導(dǎo)彈（以 HQ2 為原型） ，其攻擊目標（以 U2 偵察機為例）的主要特征有：尺寸小，速度快，機動性好。 導(dǎo)彈對目標毀傷能力要求戰(zhàn)斗部威力是表征導(dǎo)彈對目標破壞、毀傷能力的一個重要指標。導(dǎo)彈的威力表現(xiàn)第 3 章 導(dǎo)彈總體方案設(shè)計概述11為導(dǎo)彈命中目標，并在戰(zhàn)斗部可靠起爆之后毀傷目標的程度和概率。對于地空導(dǎo)彈，主要依靠戰(zhàn)斗部爆炸后形成的破片殺傷目標，因此常用破片的有效殺傷半徑作為衡量其威力大小的指標。 戰(zhàn)斗部方案確定地空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部多采用常規(guī)裝藥，少數(shù)也有采用核裝藥的。常規(guī)裝藥的戰(zhàn)斗部以其殼體在爆炸瞬間形成的破片和沖擊波殺傷目標。破片殺傷式戰(zhàn)斗部在地空導(dǎo)彈上應(yīng)用最多，是地空導(dǎo)彈的首選戰(zhàn)斗部。破片殺傷式戰(zhàn)斗部高空威力大，殺傷范圍大。本文所設(shè)計的某型地空導(dǎo)彈采用破片殺傷式戰(zhàn)斗部，安排在緊靠導(dǎo)引頭的后方。 彈翼外