箭體結(jié)構(gòu)的資料第1頁/共42頁2023/4/222本節(jié)課的主要問題彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)的相關(guān)問題第2頁/共42頁2023/4/2233.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)彈（箭）體結(jié)構(gòu)的組成、功能和形式飛航導(dǎo)彈組成彈身（戰(zhàn)斗部艙、儀器艙、燃料艙、發(fā)動機(jī)艙）導(dǎo)引頭艙級間連接及分離機(jī)構(gòu)彈翼舵面第3頁/共42頁2023/4/224彈（箭）體結(jié)構(gòu)的組成、功能和形式運(yùn)載火箭、彈道導(dǎo)彈組成有效載荷艙（彈頭、衛(wèi)星、整流罩）貯箱（液體）儀器艙級間段箱間段（液體）尾段（發(fā)動機(jī)艙）3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第4頁/共42頁第5頁/共42頁第6頁/共42頁2023/4/227彈（箭）體結(jié)構(gòu)的組成、功能和形式功能連接（使彈箭成為整體）承受各種載荷良好的氣動外形（空氣動力學(xué)性能）內(nèi)部儀器良好的工作條件3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第7頁/共42頁2023/4/228彈（箭）體結(jié)構(gòu)的組成、功能和形式設(shè)計(jì)要求質(zhì)量輕、承載能力強(qiáng)（動力學(xué)和靜力學(xué)特性）工作可靠、環(huán)境好布局合理、工藝性好使用維護(hù)方便空氣動力學(xué)性能好隱身性能好（武器）3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第8頁/共42頁2023/4/229彈（箭）體結(jié)構(gòu)的組成、功能和形式材料及結(jié)構(gòu)形式材料的選擇不能單從性能上考慮，要綜合工藝、貨源、成本、繼承的各方面因素比強(qiáng)度高斷裂韌性好工藝性好抗腐蝕具有繼承性3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第9頁/共42頁2023/4/2210彈（箭）體結(jié)構(gòu)的組成、功能和形式材料及結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式硬殼式：隔框（加強(qiáng)框）+厚蒙皮半硬殼式：桁條、隔框、蒙皮（薄）整體壁板：夾層（泡沫、蜂窩）結(jié)構(gòu)3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第10頁/共42頁2023/4/2211LowPartsCountManufacturingProcessesforComplexAirframesVacuumAssistedRTM

FilamentWindPultrusion………………….MetalCastingMoldCavityRiserPourCupVentPartingLineResinPump

3DFiberOrientation2D

FiberOrientation(0-45-90deg)Helicalwindversusradialwind第11頁/共42頁2023/4/2212多級火箭連接方式的選擇連接方式串聯(lián)并聯(lián)（集束、捆綁）混聯(lián)3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第12頁/共42頁2023/4/2213多級火箭連接方式的選擇串、并聯(lián)火箭的優(yōu)缺點(diǎn)串聯(lián)連接機(jī)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小分離容易、干擾小Cx小（徑向尺寸小）推力偏心造成的干擾力矩小每個子級需單獨(dú)設(shè)計(jì)（周期、成本）上子級高空低壓點(diǎn)火、可靠性降低長細(xì)比大、彈性振動大3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第13頁/共42頁2023/4/2214多級火箭連接方式的選擇串、并聯(lián)火箭的優(yōu)缺點(diǎn)并聯(lián)長度減小、長細(xì)比降低發(fā)動機(jī)可在地面同時點(diǎn)火、可靠性提高可使用通用件或已有火箭組合（模塊化）徑向尺寸大、Cx大連接分離機(jī)構(gòu)復(fù)雜、干擾大推力偏心大、干擾力矩大3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第14頁/共42頁2023/4/2215多級火箭連接方式的選擇并聯(lián)火箭的點(diǎn)火方式（1）旁先、芯后；（2）旁、芯共同點(diǎn)火共同點(diǎn)火的供油問題（兩種方案）先共用旁級推進(jìn)劑（交叉供油）分用推進(jìn)劑3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第15頁/共42頁2023/4/2216多級火箭連接方式的選擇級間分離方案的選擇串聯(lián)火箭分離方案熱分離

下面級火箭推力尚未消失，上面級點(diǎn)火；當(dāng)上面級推力達(dá)到一定值時，連接解鎖，上面級加速，下面級減速，實(shí)現(xiàn)級間分離特點(diǎn)分離過程及機(jī)構(gòu)簡單、可靠性好分離時間短、對下面級影響大3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第16頁/共42頁2023/4/2217多級火箭連接方式的選擇級間分離方案的選擇串聯(lián)火箭分離方案冷分離

下面級火箭推力已消失，上面級還未啟動時，連接解鎖，依靠上面級加力火箭和下面級反推火箭實(shí)現(xiàn)分離，分離后上面級再點(diǎn)火工作特點(diǎn)分離系統(tǒng)復(fù)雜，分離時間長，級間段小上面級推進(jìn)劑無浪費(fèi)、對下面級無影響3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第17頁/共42頁2023/4/2218多級火箭連接方式的選擇級間分離方案的選擇并聯(lián)火箭分離方案采用輔助分離沖量裝置（彈簧、固體小火箭斜噴）

系統(tǒng)簡單、分離可靠、干擾小、沖擊大慣性力作用分離干擾大、易碰撞、分離沖擊小分離動力學(xué)分析及碰撞邊界計(jì)算分離系統(tǒng)試驗(yàn)3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第18頁/共42頁2023/4/2219有效載荷艙結(jié)構(gòu)方案選擇有效載荷艙的組成有效載荷安裝機(jī)構(gòu)（適配器）軌道分配器星箭（頭體）分離機(jī)構(gòu)整流罩（蜂窩夾層結(jié)構(gòu)）3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第19頁/共42頁第20頁/共42頁第21頁/共42頁第22頁/共42頁2023/4/2223有效載荷艙結(jié)構(gòu)方案選擇整流罩分離方案（拋罩）整體軸向分離分離時間長安裝困難整流罩姿態(tài)擾動側(cè)向分離分離時間短易安裝、碰撞概率低3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第23頁/共42頁2023/4/2224有效載荷艙結(jié)構(gòu)方案選擇整流罩分離方案（拋罩）整體軸向分離分離時間長安裝困難整流罩姿態(tài)擾動側(cè)向分離分離時間短易安裝、碰撞概率低3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第24頁/共42頁2023/4/2225有效載荷艙結(jié)構(gòu)方案選擇整流罩分離方案（拋罩）整體軸向分離分離時間長安裝困難整流罩姿態(tài)擾動側(cè)向分離分離時間短易安裝、碰撞概率低3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第25頁/共42頁2023/4/2226有效載荷艙結(jié)構(gòu)方案選擇整流罩分離方案（拋罩）整體軸向分離分離時間長安裝困難整流罩姿態(tài)擾動側(cè)向分離分離時間短易安裝、碰撞概率低3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第26頁/共42頁2023/4/2227有效載荷艙結(jié)構(gòu)方案選擇星箭（頭體）分離機(jī)構(gòu)方案彈射分離分離沖量裝置產(chǎn)生的分離力作用于有效載荷，使之沿縱軸向前加速附加速度增量、降低入軌精度多點(diǎn)彈射，力不均衡，姿態(tài)翻滾不產(chǎn)生污染物3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第27頁/共42頁2023/4/2228有效載荷艙結(jié)構(gòu)方案選擇星箭（頭體）分離機(jī)構(gòu)方案火箭上面級減速分離末級火箭上安裝反向噴氣裝置，使火箭減速污染物末級火箭離軌，減少太空垃圾3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第28頁/共42頁2023/4/2229液體推進(jìn)劑貯箱結(jié)構(gòu)方案選擇受力形式非承力貯箱（懸掛式）：僅受內(nèi)壓、質(zhì)量大承力式貯箱：可承載、質(zhì)量小、空間利用率提高布局方式串（前、后）：共底、非共底并（并排）：非承力結(jié)構(gòu)形式圓筒+上下底、環(huán)形、球形3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第29頁/共42頁2023/4/2230儀器艙結(jié)構(gòu)方案選擇功能用于安裝飛行測量、控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、安控等主要儀器、設(shè)備，提供良好工作環(huán)境位置多級火箭：有效載荷下方，上面級貯箱底上方單級：頂、中、下要求足夠安裝空間、面，足夠安裝剛度、強(qiáng)度艙口（檢查、更換）工作環(huán)境：溫、濕、減隔振、氣密3.3彈（箭）體結(jié)構(gòu)方案選擇與設(shè)計(jì)第30頁/共42頁2023/4/2231ExamplesofAerodynamicHotSpotsNoseTipLeadingEdgeFlare第31頁/共42頁2023/4/2232ExamplesofElectromechanicalActuatorPackagingCanard(Stinger)……………Tail(AMRAAM)…………………JetVane/Tail(Javelin)……MovableNozzle(THAAD)……………第32頁/共42頁2023/4/2233StoreSeparationWindTunnelTestsAreRequiredforMissile/AircraftCompatibilityF-18StoreCompatibilityTestinAEDC16T AV-8StoreCompatibilityTestinAEDC4TTypesofWindTunnelTestingforStoreCompatibility-Flowfieldmappingwithprobe-Flowfieldmappingwithstore-Captivetrajectorysimulation-Droptesting ExampleStoreswithFlowFieldInteraction:Kh-41+AA-10第33頁/共42頁2023/4/2234ExamplesofRailLaunchedandEjectionLaunchedMissiles

ExampleRailLauncher:Hellfire/BrimstoneExampleEjectionLauncher:AGM-86ALCM

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

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

2.260

2.260LAU117MaverickLauncher

1.14

7.23MIL-STD-8591AircraftStoreRailLauncherExamplesNote:Dimensionsininches.LAU7raillaunchedstoreweightanddiameterlimitsare300lb,7inLAU117raillaunchedstoreweightanddiameterlimitsare600lb,10in第37頁/共42頁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頁/共42頁2023/4/2239ExampleofAircraftCarriageandFireControlInterfacesWingWingDeploySafetyPinFoldingSuspensionLugFireControl/AvionicsUmbilicalConnectorFlightControlAccessCoverElectricalSafetyPinFoldingSuspensionLugExample:ADM-141TALD(TacticalAir-LaunchedDecoy)CarriageandFireControlInterfaces第39頁/共42頁2023/4/2240ExampleofShipWeaponCarriageandLauncher,Mk41VLS8Modules/MagazineModuleGasManagementTomahawkLaunch8CanisterCells/ModuleStandardMissileLaunchCanisterCellHatchCellBeforeFiringCellAfterFiringShipDeckExhaustHatchMissileCoverPlenum第40頁/共42頁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