【正文】 （323）02pqww其中， 為單位面積彈翼的結(jié)構(gòu)質(zhì)量， 為翼載wq 對于地空導(dǎo)彈 2kg15~9mw?或 ??根據(jù)已有同類型導(dǎo)彈的相關(guān)資料，本次設(shè)計選擇 單位面積彈翼的結(jié)構(gòu)質(zhì)量 2/3kw 翼載 ??則有 .?K第 3 章 導(dǎo)彈總體方案設(shè)計概述21已知 ，其中， 為舵面結(jié)構(gòu)的相對質(zhì)量系數(shù)， 為操縱機(jī)構(gòu)的相csrK??rs csK對質(zhì)量系數(shù)，則有 .??wrsK對于地空導(dǎo)彈 3.~本次設(shè)計選擇 ，則有025.?.??r則有 ?s綜上所述，主級各部分質(zhì)量分布如下： kgmwh0?pr692en84s17kggu53? 質(zhì)心定位根據(jù)上述進(jìn)行的初步估算結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有型號的相關(guān)數(shù)據(jù)將其加以合理化，最終得出導(dǎo)彈各部分質(zhì)量分布情況和質(zhì)心位置以及全彈質(zhì)心位置，如下表：表 導(dǎo)彈各部分的質(zhì)量以及質(zhì)心定位雷達(dá)艙 戰(zhàn)斗部 燃料艙 儀器艙 主級發(fā)動機(jī) 過渡段 助推器質(zhì)量 （kg） 70 260 320 328 150 65 1129長度（mm） 850 1400 2022 2200 900 800 2690質(zhì)心（mm） 425 1550 3250 5350 6900 7750 9495全彈質(zhì)心（mm）69234512706591058031526047 ?????????X 本章小結(jié)本章對導(dǎo)彈的外形及其各種參數(shù)進(jìn)行了確定，具體內(nèi)容有：四種空氣動力面（前哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文22翼、主翼、舵面、穩(wěn)定尾翼）、彈身幾何外形及其相關(guān)參數(shù)；導(dǎo)彈各結(jié)構(gòu)的部位安排；導(dǎo)彈質(zhì)量方程的建立與導(dǎo)彈各部分質(zhì)量的求解；導(dǎo)彈各部分質(zhì)心和全彈質(zhì)心的定位。第 4 章 最大過載的確定及導(dǎo)彈前半段受力分析23第 4 章 最大過載的確定及導(dǎo)彈前半段受力分析 最大過載的確定 地面使用時的設(shè)計情況導(dǎo)彈在運輸和裝載的過程中，不可避免的會受到一些載荷的影響，這些載荷有大有小，這些載荷對導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的破壞會隨著時間積累，當(dāng)這些破壞積累到一定程度后，就會阻礙導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的正常工作。因此，為建立導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)強度所允許的地面操作規(guī)范，檢查運輸和轉(zhuǎn)運設(shè)備設(shè)計的合理性，必須對地面使用情況時導(dǎo)彈所受的載荷進(jìn)行分析。根據(jù)同類型導(dǎo)彈的相關(guān)資料，本次設(shè)計采用發(fā)射車發(fā)射，所以公路運輸是應(yīng)該考慮的一種設(shè)計情況。軸向過載由參考文獻(xiàn)[1，39] 可知，軸向過載 可參照下表選取。xn表 各類導(dǎo)彈軸向過載導(dǎo)彈質(zhì)量 /（t） 軸向過載 xn20 以下 左右10~20 左右1~10 根據(jù)《設(shè)計任務(wù)書》，本次設(shè)計的導(dǎo)彈其重量為 2322kg。所以，取 。?xn橫向過載最大橫向過載 一般出現(xiàn)在道路不平坦時。對于大型導(dǎo)彈可取 ，不走yn 5.~2?y土路的中型導(dǎo)彈可取 ，野戰(zhàn)中小型導(dǎo)彈可取 。~5?0.?yn彈為中型導(dǎo)彈，所以取 。6?y側(cè)向過載大型導(dǎo)彈的側(cè)向載荷 一般在 以下，而中小型導(dǎo)彈最大側(cè)向過載 一般在 zn左右。所以，本次設(shè)計取 。哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文24 發(fā)射過程中的設(shè)計情況發(fā)射過程的設(shè)計情況是指，導(dǎo)彈從進(jìn)入發(fā)射裝置直到它脫離發(fā)射車為止的各種受力情況。一般包括：裝架（臺）情況、調(diào)轉(zhuǎn)情況、和發(fā)射情況 3 種，本次設(shè)計只考慮其最嚴(yán)重的受力情況，即發(fā)射情況。軸向過載根據(jù)軸向過載的定義，有 （41）mgDFnx???cos在助推段，因為導(dǎo)彈攻角 很小，阻力 與推力 相比也要小得多，所以有 （42）x在助推段，隨著推進(jìn)劑的不斷消耗，導(dǎo)彈質(zhì)量不斷減小，若假設(shè)助推器為等推力，則導(dǎo)彈所受的軸向過載也不斷增大。因此，其最嚴(yán)重的情況應(yīng)該出現(xiàn)在助推器工作結(jié)束的那一刻。此時有 （ 43）gmFnprx)(10a??根據(jù)第二章的計算結(jié)果，有 ， ，取 ，? ?橫向過載由于此時導(dǎo)彈沒有做過大的機(jī)動，所以橫向過載 較小，此處不予考慮。yn 飛行時的設(shè)計情況針對于地空導(dǎo)彈，它必須在規(guī)定的空域范圍內(nèi)滿足所設(shè)定的作戰(zhàn)性能要求。以本次設(shè)計為例，該導(dǎo)彈的作戰(zhàn)目標(biāo)多為殲擊機(jī)和轟炸機(jī)，其機(jī)動性較強，而過載是衡量導(dǎo)彈機(jī)動性的一個標(biāo)準(zhǔn)，一般要滿足如下關(guān)系： RPLn?其中， 為極限過載， 為可用過載， 為需用過載LnPn典型彈道的選擇導(dǎo)彈在不同彈道上所受的載荷是不同的，在設(shè)計中沒有必要將所有彈道的受力情況都進(jìn)行分析，應(yīng)該從導(dǎo)彈的作戰(zhàn)目標(biāo)、飛行高度和射程等方面來考慮，從眾多彈道中選擇出受載情況最嚴(yán)重的彈道。第 4 章 最大過載的確定及導(dǎo)彈前半段受力分析25 圖 地空導(dǎo)彈典型彈道示意圖本次設(shè)計以需用過載 為選擇標(biāo)準(zhǔn)，即取 最大的彈道。假設(shè)導(dǎo)彈在鉛垂平面內(nèi)RnRn作曲線飛行，根據(jù)過載的定義有 （44）?cos120??vgy其中， 為彈道的曲率半徑， 為彈道傾角， 為導(dǎo)彈的飛行速度?由上式可以看出，在高度、速度一定的條件下，導(dǎo)彈的斜距越小，彈道越彎曲，需用過載越大。即在圖 中有 21yn?34y加之 1 點消耗的燃料比 4 點多，所以總的來說，1 點的需用過載最大。所以，高近彈道是本次設(shè)計所選擇的典型彈道。軸向過載根據(jù)同類型導(dǎo)彈的相關(guān)資料，導(dǎo)彈的助推器在發(fā)射后 左右脫落，所以此時導(dǎo)彈s4的推力完全由液體火箭發(fā)動機(jī)提供。顯然，此時導(dǎo)彈的軸向過載遠(yuǎn)比發(fā)射時要小，粗略估算一下，有 。3?xn 橫向過載假設(shè)導(dǎo)彈的飛行高度為 ，查閱相關(guān)資料得知，在 的同溫層內(nèi)，km20 m20~1音速的標(biāo)準(zhǔn)值是 ，即當(dāng)?shù)芈曀贋?，空氣密度 ，飛h16smc295???行速度 。根據(jù)第二章的計算結(jié)果，假設(shè)液體火箭發(fā)動機(jī)為等推力，則sMav853?有推力 ，彈翼面積（只考慮主翼） ，則有NP0 動壓頭 222 1skgvq ???導(dǎo)彈最大攻角 的取值受導(dǎo)彈非線性力矩特性的限制，一般有翼導(dǎo)彈可取的角max?度范圍是 ，本次設(shè)計取 。?20~15ax??max??根據(jù)參考文獻(xiàn)[8，317] ，對于超聲速彈翼的升力線斜率有哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文26 （45）142??MaCL? （46）?帶入數(shù)據(jù)，得 ???aL?.08.????C則，升力 NSqYL ?此時，取導(dǎo)彈質(zhì)量為 ，則kg1橫向過載 ??????mPy? 最大過載下前半段的受力分析綜上所述，導(dǎo)彈受載最嚴(yán)重的兩種情況分別為：最大軸向過載出現(xiàn)在助推器工作結(jié)束的一刻；最大橫向過載出現(xiàn)在導(dǎo)彈以高近彈道飛行時。軸向與橫向過載系數(shù)分別為： ； 。??yn載荷計算除了要確定作用力的大小外，還要把這些力分解到彈體各個部分上，確定出它們在彈體上的分布形式和作用點。在計算導(dǎo)彈前半段內(nèi)力時，可以認(rèn)為導(dǎo)彈每一部分的質(zhì)量都集中在質(zhì)心上，導(dǎo)彈所受到的軸向力和橫向力就是導(dǎo)彈各部分質(zhì)量的慣性力，而某一方向慣性力的分布，應(yīng)該由該方向上的過載系數(shù)與分布或集中的重量值相乘得到，即軸向慣性力 （4ixiGnN??7）橫向慣性力 （4iyiQ8）要注意的是，在實際計算中，除考慮質(zhì)心平動過載外，還應(yīng)該考慮彈體繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動引起的附加過載，但是為了減少計算量，本論文不考慮該過載。 軸向慣性力的計算此處計算 始終表示質(zhì)心位置， 始終表示相應(yīng)艙段的重量。X1G 雷達(dá)艙 （ ）m425? NGnNx ??第 4 章 最大過載的確定及導(dǎo)彈前半段受力分析27 戰(zhàn)斗部 （ ）mX150? NGnNx ?? 燃料艙 （ ）3x .?? 儀器艙 （ ）mXNGnNx ?? 液體火箭發(fā)動機(jī) （ ）0?x ?圖 彈體前半段軸向慣性力分布圖 橫向慣性力的計算 雷達(dá)艙（ ）mX425?NGnQy .??戰(zhàn)斗部（ ）y 燃料艙（ ）X350?NGnQy .?? 儀器艙（ ）my ..4?? 液體火箭發(fā)動機(jī)（ ）X690NGnQy ??哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文28圖 彈身前半段橫向慣性力分布圖 彎矩計算 雷達(dá)艙（ ）mX425?NM?0 戰(zhàn)斗部（ ）10 mNdQx ?????? )5.( 燃料艙（ ）mX3? NM? ???????? )()0(.儀器艙（ ）X? )()()5(.? ???????????dxQdxQ液體火箭發(fā)動機(jī)（ ）mX0? NdxdxM????????????)(.2).396( 第 4 章 最大過載的確定及導(dǎo)彈前半段受力分析29 圖 彈體前半段彎矩分布圖 本章小結(jié)分情況對導(dǎo)彈進(jìn)行了使用過載的計算，得出了最大軸向和橫向過載，計算了最大過載情況下導(dǎo)彈前半段的橫向慣性力、軸向慣性力、彎矩，為接下來進(jìn)行戰(zhàn)斗部艙段的結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算和強度校核奠定了基礎(chǔ)。哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文30第 5 章 戰(zhàn)斗部艙段結(jié)構(gòu)設(shè)計彈體是導(dǎo)彈的重要組成部分。它主要用來裝載固定戰(zhàn)斗部、推進(jìn)劑和各種儀器設(shè)備，通過彈體將各個分系統(tǒng)組合成一個有機(jī)整體。由于設(shè)計、使用、工藝等方面的原因，彈體通常由在地面上可以分離或不可分離的若干艙段組成。如雷達(dá)艙、戰(zhàn)斗部艙、儀器艙、燃料艙、發(fā)動機(jī)艙等。因而彈體結(jié)構(gòu)設(shè)計是以艙段設(shè)計為單元的，對于不同艙段有不同的設(shè)計要求，如在設(shè)計儀器艙時首先必須要保證儀器的正常工作條件，另外還必須充分考慮儀器安裝迅速，維護(hù)、修理、更換方便；戰(zhàn)斗部艙段在設(shè)計時就必須考慮不能妨礙戰(zhàn)斗部威力的發(fā)揮，另外還必須安裝迅速、固定可靠，有保障地面操作人員安全的措施等。 結(jié)構(gòu)形式選擇戰(zhàn)斗部艙段作為彈身的一部分，結(jié)構(gòu)形式有：薄壁結(jié)構(gòu)、整體結(jié)構(gòu)、構(gòu)架式結(jié)構(gòu)。薄壁結(jié)構(gòu)一般由縱向加強件（梁、桁條）、橫向加強件（隔框）和蒙皮組成。薄壁結(jié)構(gòu)又可分為硬殼式和半硬殼式。半硬殼式結(jié)構(gòu)又分為桁條式和梁式（桁梁式）結(jié)構(gòu)。 彈身結(jié)構(gòu)形式分類如下： 圖 彈身結(jié)構(gòu)形式分類戰(zhàn)斗部艙段由于是在導(dǎo)彈發(fā)射時才進(jìn)行裝藥，所以需要在戰(zhàn)斗部艙段上開口。此外，通過此開口不僅可以達(dá)到安裝維護(hù)方便，同時還有利于模塊化設(shè)計，可針對不同第 5 章 戰(zhàn)斗部艙段結(jié)構(gòu)設(shè)計31的目標(biāo)，選用不同的戰(zhàn)斗部以達(dá)到最大毀傷效果。戰(zhàn)斗部艙段處于彈體前端，相對后邊其它艙段其受力較小，為了便于開設(shè)開口，本文所設(shè)計的某型地空導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗部艙段選擇梁式結(jié)構(gòu)，可以直接把艙口開在兩個梁之間。 主要承力元件及功用如圖所示為梁式結(jié)構(gòu)艙段，它有四根縱梁，縱梁與兩端連接框及蒙皮被鉚接成一體。橫向集中載荷通過連接框轉(zhuǎn)化為分布載荷傳遞給蒙皮（見圖 ）。蒙皮可看做是支持在另一端連接框和四根縱梁上的。由于縱梁的拉壓剛度比蒙皮大的多，故假設(shè)蒙皮不受拉壓，只承受剪切，因此另一端的連接框只沿鉚縫提供軸向支反剪流。這些支反剪流與蒙皮的剪流載荷使蒙皮處于平衡。把這些支反剪流反一個方向，就是蒙皮傳遞給另一端連接框和縱梁的力?？v梁的受力平衡如圖所示。 （a）梁式艙段的受力 （b）蒙皮的受力平衡 （c）縱梁的受力平衡圖 梁式結(jié)構(gòu)艙段的受載與傳力隔框可分為普通框、加強框、連接框 3 類。普通框只起支撐蒙皮、桁條，維持彈身外形的作用，作用載荷較小，可用鋁板材壓制而成。加強框除了維持彈身外形外，其主要的功用是承受彈身的橫向幾種載荷。它的構(gòu)造也可分為裝配式和整體式兩類。裝配式的加強框由框緣、腹板、加強件 3 部分裝配而成。加強件可直接承受橫向集中力，以改善框的受力形式，腹板可以提高框的強度與剛度。整體式加強框多用鑄件或鍛件機(jī)械加工而成。連接框?qū)嶋H上也是加強框，由于它用在彈身艙段間的連接部位，所以又稱為連接框。為了提高連接框在垂直框平面方向的剛度，常用增加框緣剖面的尺寸，特別是加長沿彈身軸線方向的尺寸來實現(xiàn)。 艙段的開口問題為滿足對彈內(nèi)設(shè)備的安裝使用、維護(hù)等要求，特別是大、中型彈身上，往往要開哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文32大小不等和形狀不同的各種艙口。在大、中型艙口的開口部位，蒙皮、桁條甚至隔框均有可能被切斷，構(gòu)造上應(yīng)采取補償措施，如構(gòu)造形式上可以采用梁式結(jié)構(gòu)，也可以在開口處布置加強口框，可分為受力式和非受力式兩種口蓋 [12]。 受力式口蓋口蓋參加艙體總體受力和傳力的稱為受力式口蓋。非受力式口蓋不參加艙體總體受力、傳力的口蓋稱為非受力式口蓋。 艙段間的連接問題 連接的原則與要求選擇彈體各部段連接結(jié)構(gòu)形式時，應(yīng)遵循以下設(shè)計原則與主要技術(shù)要求：（1）必須保證連接結(jié)構(gòu)在導(dǎo)彈使用時有足夠的強度和剛度，并且有足夠的可靠性；（2）盡量達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小；（3）連接結(jié)構(gòu)應(yīng)有良好的制造工藝性，并盡可能選擇易于對接操作的方案；（4