04第四章-火箭导弹的气动布局

1第四讲导弹的气动布局

2导弹的气动外形

展弦比根梢比3有翼导弹气动外形的特点有翼导弹的弹身大多数为细长旋成体，长细比为12～23，甚至更大。头部母线有圆弧、抛物线、指数曲线或按波阻最小而确定的曲线，也有用圆锥头部的。弹身中段大多为圆柱体。有的导弹尾部收缩。弹翼大多数为大后掠小展弦比三角翼或梯形翼，展弦比约为1.0左右，有的达到2.0，其原因除从气动特性考虑外，主要是照顾使用要求(如弹舱、发射筒的限制)。翼型有对称菱形、六角形、双弧形等，前缘尖，相对厚度小。4弹翼沿弹身径向布置型式弹翼沿弹身径向布置的几种形式5优点：翼面少、质量轻、阻力小缺点：由于航向机动靠倾斜才能产生，为此，航向机动能力低，响应时间慢，应用：通常用于远距离飞航式导弹。解决方法：倾斜转弯(BTT)技术。它利用控制快速旋转弹体的技术，使平面翼产生过载的方向始终对着要求机动的方向。平面型6优点：各个方向都能产生最大的机动过载，且在任何方向产生升力都具有快速的响应特性，大大简化了控制与制导系统的设计。缺点：由于翼面多，必然质量大，阻力大，升阻比低，为了达到相同的速度特性，需要多损耗一部分能量。同时在大攻角情况下，涡流将引起大的滚动干扰。改进：随着BTT技术的发展，采用“—”形和非圆截面弹体以提高升力；采用四个舵面进行俯仰和滚动控制，并消除侧滑。十字型与×字型7H形翼用于飞机、飞航式导弹等面对称型布局的飞行器与一字型相比，在翼梢处增加了两个垂直端板提高法向力，提供横向力8优点：便于安装外挂式发动机；可提高发动机的进气效率和简化导弹部位安排；也可利用发动机头锥对翼面的有利气动干扰，来改善空气动力性能。背驮型缺点：若这种气动干扰应用不当，将会带来灾难性的后果。而且，这种布置也给结构设计带来额外负担。应用：英国的警犬防空导弹9英国警犬防空导弹10优点：环型翼布置具有克服反滚动力矩的效果缺点：这种布局纵向性能差，阻力大。试验数据表明，在超音速情况下，阻力要比通常弹翼增加16％～22％；并还存在着滚动发散现象，同时结构也较复杂。环型翼优点：既具备了克服鸭式舵带来的反滚力矩；又具备了较环型翼为好的升阻比，结构简单，并可使鸭式舵、副翼合—的气动布局成为可能改进环型11

弧形张开式尾翼2345671BM-21火箭弹的弧形张开式尾翼1连接轴；2整流罩；3压缩扭簧；4轴孔座；5翼片；6同步环；7螺钉轴12弧形张开式尾翼平时合拢在弹体上，最大外径不超过弹径，火箭弹可以采用同口径筒式定向器发射，使得发射装置结构紧凑，发射筒数量增多。在勤务处理中安全、方便。由于翼片弧长最大不超过弹体圆周长的1/4，从而使展向尺寸受到限制。为了提供足够的升力必须加大弦向尺寸。即使在零攻角下也存在滚转力矩翼片是通过根部的两个铰链座与连接轴联接，因此，根部承力面积较小，使用时容易出现强度不足的问题，设计时应给予足够的重视。13格栅翼将一组薄板安装在一个框体内能产生较大的升力，马赫数越大效果越好翼弦小，压心变化小14翼面沿弹身轴向的布局有翼导弹气动布局

15(3)翼面沿弹身纵向配置型式与控制特点a正常式布局(a)正常式气动布局(b)条型翼气动布局正常式和改进气动布局配置型式16条型翼能充分利用翼体干扰提高升力减小结构质量和阻力压心变化小翼展小，使用于舰上使用和箱式发射美国标准舰空导弹17正常式气动布局特点

(a)正常式气动布局受力情况(b)对阶跃舵面偏角的响应18由于舵面负偏转角产生一个使头部上抬的俯仰力矩，所以舵面偏转角和弹体攻角相反，舵面产生的控制力的方向也始终与弹体攻角产生的升力方向相反，因此，导弹响应特性就比较差。它的升力特性与响应特性总是较鸭式布局和全动弹翼要差。但是由于舵面离质心较远，舵面面积可小些。由于舵面合成攻角减少，舵面的载荷与铰链力矩也相应减少。由于弹翼是固定不偏转的，它对其后舵面带来的洗流影响要小些，空气动力的线性程度要比其他两种布局要好些。19b无翼式布局配置型式无翼式气动布局

无翼式布局实际就是全动弹翼式，即将整个弹翼做成可转动的，它既可起翼的作用，又可以起舵面的作用，可提供很大的法向力，亦即提供大机动过载。近些年来越来越被广泛采用。20气动布局特点

具有需要的过载特性大大改善了非对称气动力特性具有较高的舵面效率和需要的纵向静稳定性具有较轻的质量和较小的气动阻力结构简单，操作方便，使用性能好21c鸭式布局配置型式鸭式气动布局

这种布局的翼面配置与正常式相反，其小的舵面位于弹身前部，其大的弹翼位于弹身中后部。对阶跃舵面偏角的响应22气动布局特点由于舵直接提供升力，故其反应快；由于舵距质心远，并受弹头的有利干扰，其舵面效率高；且舵面与安定翼远离质心，便于静稳定度的调整；由于舵面展小、面积小，对其后翼面下洗流影响小；由于鸭式舵在翼前面，舵面产生的升力近乎被安定翼由于舵面下洗而减小的升力相抵消，全弹升力几乎与舵面升力无关，总的来说全弹升阻比较正常式稍大；综上所述种种特点，许多防空导弹采用这种布局，特别是中近程防空导弹尤多。23

鸭式舵面很难做滚转控制舵面尾迹对弹翼的不对称作用解决方法安定翼后加转子副翼安定翼后加后缘副翼旋转弹翼安定翼采用T形翼（改进环形）近距耦合式布局

下洗流使舵面攻角减小“断牙”形前缘鸭式舵布局鸭式布局缺点24改进环形与断牙形前缘断牙使前缘涡提早破碎25法国魔术空空导弹（近距耦合+旋转弹翼）响尾蛇导弹26d旋转弹翼布局配置型式

弹翼旋转，起控制舵的作用，而尾翼固定起稳定翼的作用。二者对产生法向力(提供机动过载)都有贡献，但主要是靠旋转翼提供，因为它产生的法向力远大于尾翼产生的法向力。旋转弹翼布局主要依靠弹翼偏转直接产生需要的升力。旋转弹翼布局受力情况27

质心位于升力作用点后的位置3时，质心位置最有利，是旋转弹翼布局常用的配置情况。

气动布局特点美国黄铜骑士舰空导弹28e无尾式布局配置型式无尾式气动布局

在结构上弹翼与尾翼连在一起，取消了单独的尾翼，把尾翼直接装在弹翼的后缘，就成了这种无尾式气动布局。无尾式布局是正常式布局的变形。29翼面积大，法向力大弹翼很难安排，如果弹翼位置放得偏后，使稳定性过大，需要付出过大的舵偏角或采用大舵面才能达到预期的机动过载；如果弹翼位置放得偏前，又会降低舵面效率与气动阻尼。适用于高空高速的防空导弹上，美国霍克地空导弹就采用了无尾式气动布局。其后缘尾翼既起舵面作用，又起副翼作用。气动布局特点30美国霍克地空导弹313.2导弹折叠弹翼的主要类型及特点

随着导弹技术的发展，特别是发射技术的进步，广泛采用贮运发射筒，为了缩小发射筒的横向尺寸，出现了折叠弹翼(舵面)，为筒弹一体化设计创造了条件。导弹在发射筒内或发射架上，将弹翼(舵面)的一部分或全部进行折叠，并加以约束，当导弹飞离发射筒(架)后，弹翼的折叠部分按着规定时刻要求，解除约束，自动展开，在设计位置上锁定，并具有承受足够的静动载荷的能力，保证导弹的正常飞行。(1)概述32

常见的折叠弹翼(舵面)有两种折叠方式：弹翼(舵面)绕着平行于导弹纵轴的一个轴进行折叠，简称绕纵轴折叠式，多用于小展弦比的弹翼上，如弧形翼；弹翼(舵面)绕着垂直于弹翼弦平面的一个轴进行折叠，多用于大展弦比的弹翼上。按弹翼面折叠的多少可分为全部折叠和部分折叠两大类。(2)分类33

折叠弹翼的关键部件是两个机构：折叠展开机构。折叠展开机构大多为弹簧和弹性扭杆，也有液(气)压作动筒或火药作动筒，滑轮绳索系统，对于地空导弹大多采用弹簧和扭杆。锁定机构。锁定机构主要是用压簧和定位销及销孔，也有用火药或液压锁定机构的。(3)关键部件34折叠展开机构的构造要限定在一个较小的体积内，通常它要放在有着小的结构高度弹翼(舵)的剖面内，同时要承受着较大的外载荷。导弹与发射筒(架)分离后，弹翼能迅速自动展开到确