箭体结构的资料

箭体结构的资料第1页/共42页2023/4/222本节课的主要问题弹（箭）体结构方案选择与设计的相关问题第2页/共42页2023/4/2233.3弹（箭）体结构方案选择与设计弹（箭）体结构的组成、功能和形式飞航导弹组成弹身（战斗部舱、仪器舱、燃料舱、发动机舱）导引头舱级间连接及分离机构弹翼舵面第3页/共42页2023/4/224弹（箭）体结构的组成、功能和形式运载火箭、弹道导弹组成有效载荷舱（弹头、卫星、整流罩）贮箱（液体）仪器舱级间段箱间段（液体）尾段（发动机舱）3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第4页/共42页第5页/共42页第6页/共42页2023/4/227弹（箭）体结构的组成、功能和形式功能连接（使弹箭成为整体）承受各种载荷良好的气动外形（空气动力学性能）内部仪器良好的工作条件3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第7页/共42页2023/4/228弹（箭）体结构的组成、功能和形式设计要求质量轻、承载能力强（动力学和静力学特性）工作可靠、环境好布局合理、工艺性好使用维护方便空气动力学性能好隐身性能好（武器）3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第8页/共42页2023/4/229弹（箭）体结构的组成、功能和形式材料及结构形式材料的选择不能单从性能上考虑，要综合工艺、货源、成本、继承的各方面因素比强度高断裂韧性好工艺性好抗腐蚀具有继承性3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第9页/共42页2023/4/2210弹（箭）体结构的组成、功能和形式材料及结构形式结构形式硬壳式：隔框（加强框）+厚蒙皮半硬壳式：桁条、隔框、蒙皮（薄）整体壁板：夹层（泡沫、蜂窝）结构3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第10页/共42页2023/4/2211LowPartsCountManufacturingProcessesforComplexAirframesVacuumAssistedRTM

FilamentWindPultrusion………………….MetalCastingMoldCavityRiserPourCupVentPartingLineResinPump

3DFiberOrientation2D

FiberOrientation(0-45-90deg)Helicalwindversusradialwind第11页/共42页2023/4/2212多级火箭连接方式的选择连接方式串联并联（集束、捆绑）混联3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第12页/共42页2023/4/2213多级火箭连接方式的选择串、并联火箭的优缺点串联连接机构简单、结构紧凑、质量小分离容易、干扰小Cx小（径向尺寸小）推力偏心造成的干扰力矩小每个子级需单独设计（周期、成本）上子级高空低压点火、可靠性降低长细比大、弹性振动大3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第13页/共42页2023/4/2214多级火箭连接方式的选择串、并联火箭的优缺点并联长度减小、长细比降低发动机可在地面同时点火、可靠性提高可使用通用件或已有火箭组合（模块化）径向尺寸大、Cx大连接分离机构复杂、干扰大推力偏心大、干扰力矩大3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第14页/共42页2023/4/2215多级火箭连接方式的选择并联火箭的点火方式（1）旁先、芯后；（2）旁、芯共同点火共同点火的供油问题（两种方案）先共用旁级推进剂（交叉供油）分用推进剂3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第15页/共42页2023/4/2216多级火箭连接方式的选择级间分离方案的选择串联火箭分离方案热分离

下面级火箭推力尚未消失，上面级点火；当上面级推力达到一定值时，连接解锁，上面级加速，下面级减速，实现级间分离特点分离过程及机构简单、可靠性好分离时间短、对下面级影响大3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第16页/共42页2023/4/2217多级火箭连接方式的选择级间分离方案的选择串联火箭分离方案冷分离

下面级火箭推力已消失，上面级还未启动时，连接解锁，依靠上面级加力火箭和下面级反推火箭实现分离，分离后上面级再点火工作特点分离系统复杂，分离时间长，级间段小上面级推进剂无浪费、对下面级无影响3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第17页/共42页2023/4/2218多级火箭连接方式的选择级间分离方案的选择并联火箭分离方案采用辅助分离冲量装置（弹簧、固体小火箭斜喷）

系统简单、分离可靠、干扰小、冲击大惯性力作用分离干扰大、易碰撞、分离冲击小分离动力学分析及碰撞边界计算分离系统试验3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第18页/共42页2023/4/2219有效载荷舱结构方案选择有效载荷舱的组成有效载荷安装机构（适配器）轨道分配器星箭（头体）分离机构整流罩（蜂窝夹层结构）3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第19页/共42页第20页/共42页第21页/共42页第22页/共42页2023/4/2223有效载荷舱结构方案选择整流罩分离方案（抛罩）整体轴向分离分离时间长安装困难整流罩姿态扰动侧向分离分离时间短易安装、碰撞概率低3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第23页/共42页2023/4/2224有效载荷舱结构方案选择整流罩分离方案（抛罩）整体轴向分离分离时间长安装困难整流罩姿态扰动侧向分离分离时间短易安装、碰撞概率低3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第24页/共42页2023/4/2225有效载荷舱结构方案选择整流罩分离方案（抛罩）整体轴向分离分离时间长安装困难整流罩姿态扰动侧向分离分离时间短易安装、碰撞概率低3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第25页/共42页2023/4/2226有效载荷舱结构方案选择整流罩分离方案（抛罩）整体轴向分离分离时间长安装困难整流罩姿态扰动侧向分离分离时间短易安装、碰撞概率低3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第26页/共42页2023/4/2227有效载荷舱结构方案选择星箭（头体）分离机构方案弹射分离分离冲量装置产生的分离力作用于有效载荷，使之沿纵轴向前加速附加速度增量、降低入轨精度多点弹射，力不均衡，姿态翻滚不产生污染物3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第27页/共42页2023/4/2228有效载荷舱结构方案选择星箭（头体）分离机构方案火箭上面级减速分离末级火箭上安装反向喷气装置，使火箭减速污染物末级火箭离轨，减少太空垃圾3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第28页/共42页2023/4/2229液体推进剂贮箱结构方案选择受力形式非承力贮箱（悬挂式）：仅受内压、质量大承力式贮箱：可承载、质量小、空间利用率提高布局方式串（前、后）：共底、非共底并（并排）：非承力结构形式圆筒+上下底、环形、球形3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第29页/共42页2023/4/2230仪器舱结构方案选择功能用于安装飞行测量、控制系统、计算机、安控等主要仪器、设备，提供良好工作环境位置多级火箭：有效载荷下方，上面级贮箱底上方单级：顶、中、下要求足够安装空间、面，足够安装刚度、强度舱口（检查、更换）工作环境：温、湿、减隔振、气密3.3弹（箭）体结构方案选择与设计第30页/共42页2023/4/2231ExamplesofAerodynamicHotSpotsNoseTipLeadingEdgeFlare第31页/共42页2023/4/2232ExamplesofElectromechanicalActuatorPackagingCanard(Stinger)……………Tail(AMRAAM)…………………JetVane/Tail(Javelin)……MovableNozzle(THAAD)……………第32页/共42页2023/4/2233StoreSeparationWindTunnelTestsAreRequiredforMissile/AircraftCompatibilityF-18StoreCompatibilityTestinAEDC16T AV-8StoreCompatibilityTestinAEDC4TTypesofWindTunnelTestingforStoreCompatibility-Flowfieldmappingwithprobe-Flowfieldmappingwithstore-Captivetrajectorysimulation-Droptesting ExampleStoreswithFlowFieldInteraction:Kh-41+AA-10第33页/共42页2023/4/2234ExamplesofRailLaunchedandEjectionLaunchedMissiles

ExampleRailLauncher:Hellfire/BrimstoneExampleEjectionLauncher:AGM-86ALCM

VideoofHellfire/BrimstoneCarriage/LaunchVideoofAGM-86Carriage/Launch第34页/共42页2023/4/2235ExamplesofSafeStoreSeparationAMRAAMRailLaunchfromF-16VideoofRapidDrop(16Bombs)fromB-2LaserGuidedBombsDropfromF-117第35页/共42页2023/4/2236ExamplesofStoreCompatibilityProblems

UnsafeSeparationHang-FireStoreAeroelasticInstability第36页/共42页2023/4/2237RailLauncher ForwardHanger AftHangerLAU-7SidewinderLauncher

2.260

2.260LAU117MaverickLauncher

1.14

7.23MIL-STD-8591AircraftStoreRailLauncherExamplesNote:Dimensionsininches.LAU7raillaunchedstoreweightanddiameterlimitsare300lb,7inLAU117raillaunchedstoreweightanddiameterlimitsare600lb,10in第37页/共42页2023/4/2238BaselineAIM-120BAMRAAMCompressedCarriageAIM-120CAMRAAM(ReducedSpanWing/Tail)CompressedCarriageMissilesProvideHigherFirepower

17.5in17.5in12.5in12.5in12.5in

BaselineAMRAAM:Loadoutof2AMRAAMperF-22Semi-BayCompressedCarriageAMRAAM:Loadoutof3AMRAAMperF-22Semi-BayNote:Alternativeapproachestocompressedcarriageincludesurfaceswithsmallspan,foldedsurfaces,wraparoundsurfaces,andplanarsurfacesthatextend(e.g.,switchblade,DiamondBack,Longshot).VideoofLongshotKitonCBU-97第38页/共42页2023/4/2239ExampleofAircraftCarriageandFireControlInterfacesWingWingDeploySafetyPinFoldingSuspensionLugFireControl/AvionicsUmbilicalConnectorFlightControlAccessCoverElectricalSafetyPinFoldingSuspensionLugExample:ADM-141TALD(TacticalAir-LaunchedDecoy)CarriageandFireControlInterfaces第39页/共42页2023/4/2240ExampleofShipWeaponCarriageandLauncher,Mk41VLS8Modules/MagazineModuleGasManagementTomahawkLaunch8CanisterCells/ModuleStandardMissileLaunchCanisterCellHatchCellBeforeFiringCellAfterFiringShipDeckExhaustHatchMissileCoverPlenum第40页/共42页2023/4/2241RobustnessIsRequiredforCarriage,Shipping,andStorageEnvironmentEnvironmentalParameter

TypicalRequirement

Video:Ground/SeaEnvironmentSurfaceTemperature -60°F*to160°FSurfaceHumidity 5%to100%RainRate 120mm/h**SurfaceWind 100km/hsteady*** 150km/hgusts****Saltfog 3g/mm2depositedpe