導彈總體結構設計

第三章主要參數的選擇第三章主要設計參數選擇§3.1概述

§3.2導彈質量方程式建立§3.3導彈燃料質量的一般表達式§3.4導彈相對量運動微分方程§3.5導彈主要設計參數§3.6有翼導彈主要參數選擇在第二章中我們已經討論了導彈戰術技術要求的確定方法。戰術技術要求一經確定，不但明確了對導彈飛行性能等的要求，而且也有了進行導彈總體設計的依據。

導彈設計的正問題描述：在導彈飛行性能及給定有效載荷質量的條件下，尋求能以最低成本保證摧毀典型目標的導彈參數。

導彈設計的逆問題描述：在導彈系統研制經費及有效載荷給定的條件下，尋求保證對預定目標以最大殺傷或摧毀的導彈參數。§3.1

概述一、導彈的主要參數

定義：在導彈總體設計中，所謂主要參數，是指決定導彈飛行性能的那些參數。

主要參數一般歸納：導彈的質量發動機推力導彈的參考面積（對有翼導彈來講，一般指彈翼面積，對彈道導彈而言，一般指導彈的最大橫截面積。

）§3.1

概述戰術飛行性能與主要參數的關系

由導彈縱向運動方程：

可得：§3.1

概述二、典型彈道

所謂典型彈道，是指代表典型設計情況的彈道，按它進行設計，則可以滿足在導彈殺傷區（或攻擊區）內所有可能彈道的要求。因此，典型彈道意味著某種設計指標的最嚴重情況。

1、地空導彈典型彈道高近彈道（01）——最大高度，最小斜射程；高遠彈道（02）——最大高度，最大斜射程；低遠彈道（03）——最小高度，最大斜射程。

§3.1

概述

①從耗油量嚴重情況來講，顯然，高遠彈道與低遠彈道是燃料質量的設計情況。通常，依高遠彈道進行設計計算，按低遠彈道進行校核計算。

②從彈翼面積來講，通常，高近彈道是彈翼面積的設計情況。可從以下分析看出：彈翼的主要功用是用來產生足夠的法向力，以實現在攻擊目標過程中導彈的可用過載大于需用過載。

§3.1

概述根據彈道可以看出，從可用過載來看，

由于高空與低空的空氣密度相差很大，而是“1”點的導彈速度小于“2”點的速度，“1”點的導彈質量又大于“2”點的導彈質量，“1”點的可用過載比其余兩條典型彈道的可用過載要小。這樣，統一來看，“1”點的需用過載大，而可用過載小，故高近彈道（01）是考慮導彈機動性的主要設計情況。2、空空導彈典型彈道（1）考慮燃料消耗的嚴重情況最低作戰高度（一般可取高度為3km）最大射擊距離尾追攻擊目標以最大速度直線飛行的狀態

§3.1

概述（2）考慮彈翼面積的設計情況a.當導彈只具有在目標尾部攻擊能力時最大作戰高度最小射擊距離最大攻擊角目標以最大內機動飛行狀態§3.1

概述（2）考慮彈翼面積的設計情況b.當導彈具有迎面攻擊和離軸發射能力時最大作戰高度最小射擊距離最大離軸角導彈與目標迎擊§3.1

概述三、主要設計參數選擇原則主要參數與戰術飛行性能密切相關，必須保證滿足戰術飛行性能導彈的最低成本作為評價準則發射質量最小最為評價準則

§3.1

概述

導彈總質量是由其各部分質量組成的。每一部分質量都與導彈的戰術技術性能及其某些主要參數有密切的聯系。為此，將各部分質量用導彈性能參數和主要參數來表示，并且將各部分質量綜合在一起，組成導彈的質量方程，以求得它們與導彈總質量的關系。

質量方程是表征導彈發射質量、有效載荷、結構特性、主要設計參數和燃料相對質量系數之間關系的數學表達式。

§3.2

導彈質量方程式的建立一、裝有液體火箭發動機的二級有翼導彈質量方程式的建立

二級有翼導彈由兩級——第一級（助推級）和第二級（主級）組成，其發射質量可表示為下列形式：（一）導彈第二級質量方程式的建立

§3.2

導彈質量方程式的建立質量組成有效載荷：（包括戰斗部質量和制導系統的質量）

結構質量：動力系統質量：§3.2

導彈質量方程式的建立導彈第二級的質量可表示為：

將右邊各項展開，并將兩邊同除以，可得：

（3.2.3）

以下對上式各項進行分析：

§3.2

導彈質量方程式的建立①—燃料相對質量系數；

—考慮計算誤等因素后所必需的燃料貯備系數，一般由經驗決定。②—推力室相對質量系數，它與發動機的類型、性能、材料及工作條件等有關。—燃料輸送系統相對質量系數，它與輸送系統類型、流量和燃料比沖等有關。③—彈身相對質量系數，與導彈的過載、彈身結構型式等有關的參數。④§3.2

導彈質量方程式的建立⑤—彈翼相對質量系數。—尾翼相對質量系數。⑥—操縱系統相對質量系數。⑦§3.2

導彈質量方程式的建立將①~⑦帶入到3.2.3式中，可得或式中，（3.2.4）（3.2.5）§3.2

導彈質量方程式的建立（二）第一級質量方程式的建立第一級通常采用固體火箭發動機作為助推器，其質量可表示為：—助推級推進劑質量；—助推級結構質量。

常采用發動機結構質量系數表示助推級的質量指標，可得式中系數1.2是考慮助推級上分離機構及穩定設備等附件的質量，一般可取1.2~1.3。

§3.2

導彈質量方程式的建立（三）全彈發射質量方程式的建立由令：可得：（3.2.10）§3.2

導彈質量方程式的建立二、多級固體火箭的導彈質量方程式的建立

設導彈的級數為n，多級導彈總質量可表示成各部分質量之和：式中，—導彈的總質量（起飛質量）；—有效載荷的質量；—第級導彈彈體的結構質量（含伺服操縱機構等）；—第級導彈推進劑質量；—級數。§3.2

導彈質量方程式的建立第級（子火箭）導彈的總質量則可由下式確定：—指第i+1級導彈的總質量，對于最后一級即為有效載荷和有翼導彈相同，有效載荷的質量一般由戰術技術指標給定。可用下式表示綜上所述，第級導彈的總質量可寫成下式，(3.2.15)1、固體火箭發動機的結構質量子級固體火箭發動機的結構質量包含燃燒室殼體質量、燃燒室防熱層質量和噴管質量。引入固體火箭發動機結構質量系數，因此，固體火箭發動機的結構質量通常以推進劑質量和發動機結構質量系數來表示2、固體火箭尾段和級間段等的質量固體火箭尾段和級間段等的質量，除包括殼體本身結構質量外，還包含該級控制設備、伺服機構和電纜網的質量在內，初步計算時，可近似地認為與該級子火箭的總質量成正比，即§3.2

導彈質量方程式的建立(3.2.16)(3.2.17)3、第級固體火箭推進劑質量§3.2

導彈質量方程式的建立第級固體火箭推進劑質量可以用下式表示—根據戰術技術性能確定的推進劑質量；—非工作儲量，指起飛行前消耗量和工作完剩余量。可通過修正系數來考慮非工作儲量可得(3.2.19)(3.2.18)將式3.2.17、18、19帶入到3.2.15中，可得§3.2

導彈質量方程式的建立引入火箭的推進劑相對質量系數，則上式變成整理可得，或§3.2

導彈質量方程式的建立根據引入火箭級間質量比，可得

整理綜合以上，可得多級固體火箭導彈的質量方程式為§3.2

導彈質量方程式的建立Note：

實踐表明，在導彈的各項相對質量系數中，燃料相對質量系數占比重最大，而且它與很多參數及導彈飛行性能有密切關系，因此，下面討論它的計算方法。以上建立了多級固體火箭發動機導彈的質量方程，而對于采用液體火箭發動機的導彈，其質量方程的推導思路和形式與固體火箭發動機基本相同，只是液體火箭發動機的結構質量系數與固體火箭發動機的結構質量系數不同。

導彈沿飛行方向的縱向運動方程式為：§3.3

導彈燃料質量的一般表達式積分求解上述微分方程式，并令可得：

對于火箭發動機，

且在全彈彈道上比沖取平均值，則

可得燃料質量的一般表達式：導彈燃料質量一般表達式的物理意義分析：§3.3

導彈燃料質量的一般表達式第一項表示用于增加導彈速度所消耗的燃料量；第二項表示導彈在飛行過程中克服阻力所消耗的燃料量；第三項表示導彈用于克服重力在速度方向的分量所消耗的燃料量。燃料相對質量系數求解方法：數值積分法解析法來求解

原因：在導彈設計初期難以確切知道導彈運動微分方程組各項技術參數，無法求解。通過尋求能表征導彈運動特征的相對參量來取代方程中的絕對參量，形成相對量運動微分方程，從而可結合具體需要找出符合特殊設計要求的參數。一、有翼導彈相對量運動微分方程式的建立

在導彈初步設計階段通常只研究導彈在垂直平面內的質心運動（或水平平面內的質心運動）。§3.4導彈相對量運動微分方程式垂直平面內導彈質心運動方程：§3.4導彈相對量運動微分方程式引入相對量參數：

§3.4

導彈相對量運動微分方程式表示導彈在某一瞬時t所消耗的燃料相對質量系數。

（2）（3）由比沖定義，再引入相對量（推重比），可得：（1）§3.4

導彈相對量運動微分方程式

另外，引入相對量（翼載），將（1）、（2）、（3）式與三個相對量代入到方程式中，可得相對量運動微分方程式：

導引方程的相對量形式：1、直線飛行2、三點法3、比例導引法

§3.4

導彈相對量運動微分方程式二、彈道導彈相對量運動微分方程式的建立§3.4

導彈相對量運動微分方程式三、求解相對量運動微分方程的步驟（1）選擇參數空氣動力參數（參考原準彈）大氣參數主要參數選擇（翼載、推重比、助推器參數）發動機比沖（2）計算確定導彈分離點的坐標參數及彈道參數（3）選擇飛行程序（4）確定典型彈道的終止條件，積分相對量運動方程，求得（5）檢查約束條件（導彈最大斜射程、最大飛行高度、平均速度和過載要求），并用其他典型彈道進行校核。§3.4

導彈相對量運動微分方程式一、概述

導彈總體設計參數是指對飛行特性有直接影響的參數。1、多級彈道導彈的總體設計參數初始推重比級間質量比各級比沖推進劑相對質量因數質量因數2、有翼導彈的總體設計參數主級推重比比沖燃料相對質量因數翼載助推器參數§3.5

導彈的主要設計參數二、有翼導彈主要設計參數選擇1、推重比的確定（1）確定典型的速度變化規律（2）確定速度變化規律與推重比的關系，對于地空導彈，有（3）計算推重比變化規律（4）計算平均推重比§3.5

導彈的主要設計參數2、翼載的確定盡量增大