第三章導彈主要參數(shù)設(shè)計

導彈總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

第三章主要參數(shù)的選擇第三章主要設(shè)計參數(shù)選擇§3.1概述

§3.2導彈質(zhì)量方程式建立§3.3導彈燃料質(zhì)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(shè)計參數(shù)§3.6有翼導彈主要參數(shù)選擇在第二章中我們已經(jīng)討論了導彈戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求的確定方法。戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求一經(jīng)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(shè)計的依據(jù)。

導彈設(shè)計的正問題描述：在導彈飛行性能及給定有效載荷質(zhì)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(shù)。

導彈設(shè)計的逆問題描述：在導彈系統(tǒng)研制經(jīng)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(shù)?！?.1

概述一、導彈的主要參數(shù)

定義：在導彈總體設(shè)計中，所謂主要參數(shù)，是指決定導彈飛行性能的那些參數(shù)。

主要參數(shù)一般歸納：導彈的質(zhì)量發(fā)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(zhàn)術(shù)飛行性能與主要參數(shù)的關(guān)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(shè)計情況的彈道，按它進行設(shè)計，則可以滿足在導彈殺傷區(qū)（或攻擊區(qū)）內(nèi)所有可能彈道的要求。因此，典型彈道意味著某種設(shè)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(zhì)量的設(shè)計情況。通常，依高遠彈道進行設(shè)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(shè)計情況?？蓮囊韵路治隹闯觯簭椧淼闹饕τ檬怯脕懋a(chǎn)生足夠的法向力，以實現(xiàn)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(jù)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(zhì)量又大于“2”點的導彈質(zhì)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(tǒng)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(shè)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(zhàn)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(tài)

§3.1

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

概述（2）考慮彈翼面積的設(shè)計情況b.當導彈具有迎面攻擊和離軸發(fā)射能力時最大作戰(zhàn)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(shè)計參數(shù)選擇原則主要參數(shù)與戰(zhàn)術(shù)飛行性能密切相關(guān)，必須保證滿足戰(zhàn)術(shù)飛行性能導彈的最低成本作為評價準則發(fā)射質(zhì)量最小最為評價準則

§3.1

概述

導彈總質(zhì)量是由其各部分質(zhì)量組成的。每一部分質(zhì)量都與導彈的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能及其某些主要參數(shù)有密切的聯(lián)系。為此，將各部分質(zhì)量用導彈性能參數(shù)和主要參數(shù)來表示，并且將各部分質(zhì)量綜合在一起，組成導彈的質(zhì)量方程，以求得它們與導彈總質(zhì)量的關(guān)系。

質(zhì)量方程是表征導彈發(fā)射質(zhì)量、有效載荷、結(jié)構(gòu)特性、主要設(shè)計參數(shù)和燃料相對質(zhì)量系數(shù)之間關(guān)系的數(shù)學表達式。

§3.2

導彈質(zhì)量方程式的建立一、裝有液體火箭發(fā)動機的二級有翼導彈質(zhì)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(fā)射質(zhì)量可表示為下列形式：（一）導彈第二級質(zhì)量方程式的建立

§3.2

導彈質(zhì)量方程式的建立質(zhì)量組成有效載荷：（包括戰(zhàn)斗部質(zhì)量和制導系統(tǒng)的質(zhì)量）

結(jié)構(gòu)質(zhì)量：動力系統(tǒng)質(zhì)量：§3.2

導彈質(zhì)量方程式的建立導彈第二級的質(zhì)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(zhì)量方程式的建立①—燃料相對質(zhì)量系數(shù)；

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

導彈質(zhì)量方程式的建立⑤—彈翼相對質(zhì)量系數(shù)。—尾翼相對質(zhì)量系數(shù)。⑥—操縱系統(tǒng)相對質(zhì)量系數(shù)。⑦§3.2

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

常采用發(fā)動機結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)表示助推級的質(zhì)量指標，可得式中系數(shù)1.2是考慮助推級上分離機構(gòu)及穩(wěn)定設(shè)備等附件的質(zhì)量，一般可取1.2~1.3。

§3.2

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

導彈質(zhì)量方程式的建立二、多級固體火箭的導彈質(zhì)量方程式的建立

設(shè)導彈的級數(shù)為n，多級導彈總質(zhì)量可表示成各部分質(zhì)量之和：式中，—導彈的總質(zhì)量（起飛質(zhì)量）；—有效載荷的質(zhì)量；—第級導彈彈體的結(jié)構(gòu)質(zhì)量（含伺服操縱機構(gòu)等）；—第級導彈推進劑質(zhì)量；—級數(shù)?！?.2

導彈質(zhì)量方程式的建立第級（子火箭）導彈的總質(zhì)量則可由下式確定：—指第i+1級導彈的總質(zhì)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(zhì)量一般由戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標給定。可用下式表示綜上所述，第級導彈的總質(zhì)量可寫成下式，(3.2.15)1、固體火箭發(fā)動機的結(jié)構(gòu)質(zhì)量子級固體火箭發(fā)動機的結(jié)構(gòu)質(zhì)量包含燃燒室殼體質(zhì)量、燃燒室防熱層質(zhì)量和噴管質(zhì)量。引入固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)，因此，固體火箭發(fā)動機的結(jié)構(gòu)質(zhì)量通常以推進劑質(zhì)量和發(fā)動機結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)來表示2、固體火箭尾段和級間段等的質(zhì)量固體火箭尾段和級間段等的質(zhì)量，除包括殼體本身結(jié)構(gòu)質(zhì)量外，還包含該級控制設(shè)備、伺服機構(gòu)和電纜網(wǎng)的質(zhì)量在內(nèi)，初步計算時，可近似地認為與該級子火箭的總質(zhì)量成正比，即§3.2

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

導彈質(zhì)量方程式的建立第級固體火箭推進劑質(zhì)量可以用下式表示—根據(jù)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能確定的推進劑質(zhì)量；—非工作儲量，指起飛行前消耗量和工作完剩余量?？赏ㄟ^修正系數(shù)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(zhì)量方程式的建立引入火箭的推進劑相對質(zhì)量系數(shù)，則上式變成整理可得，或§3.2

導彈質(zhì)量方程式的建立根據(jù)引入火箭級間質(zhì)量比，可得

整理綜合以上，可得多級固體火箭導彈的質(zhì)量方程式為§3.2

導彈質(zhì)量方程式的建立Note：

實踐表明，在導彈的各項相對質(zhì)量系數(shù)中，燃料相對質(zhì)量系數(shù)占比重最大，而且它與很多參數(shù)及導彈飛行性能有密切關(guān)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(fā)動機導彈的質(zhì)量方程，而對于采用液體火箭發(fā)動機的導彈，其質(zhì)量方程的推導思路和形式與固體火箭發(fā)動機基本相同，只是液體火箭發(fā)動機的結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)與固體火箭發(fā)動機的結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)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(zhì)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(fā)動機，

且在全彈彈道上比沖取平均值，則

可得燃料質(zhì)量的一般表達式：導彈燃料質(zhì)量一般表達式的物理意義分析：§3.3

導彈燃料質(zhì)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(zhì)量系數(shù)求解方法：數(shù)值積分法解析法來求解

原因：在導彈設(shè)計初期難以確切知道導彈運動微分方程組各項技術(shù)參數(shù)，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(jié)合具體需要找出符合特殊設(shè)計要求的參數(shù)。一、有翼導彈相對量運動微分方程式的建立

在導彈初步設(shè)計階段通常只研究導彈在垂直平面內(nèi)的質(zhì)心運動（或水平平面內(nèi)的質(zhì)心運動）?！?.4導彈相對量運動微分方程式垂直平面內(nèi)導彈質(zhì)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(shù)：

§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(zhì)量系數(shù)。

（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(shù)空氣動力參數(shù)（參考原準彈）大氣參數(shù)主要參數(shù)選擇（翼載、推重比、助推器參數(shù)）發(fā)動機比沖（2）計算確定導彈分離點的坐標參數(shù)及彈道參數(shù)（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(shè)計參數(shù)是指對飛行特性有直接影響的參數(shù)。1、多級彈道導彈的總體設(shè)計參數(shù)初始推重比級間質(zhì)量比各級比沖推進劑相對質(zhì)量因數(shù)質(zhì)量因數(shù)2、有翼導彈的總體設(shè)計參數(shù)主級推重比比沖燃料相對質(zhì)量因數(shù)翼載助推器參數(shù)§3.5

導彈的主要設(shè)計參數(shù)二、有翼導彈主要設(shè)計參數(shù)選擇1、推重比的確定（1）確定典型的速度變化規(guī)律（2）確定速度變化規(guī)律與推重比的關(guān)系，對于地空導彈，有（3）計算推重比變化規(guī)律（4）計算平均推重比§3.5

導彈的主要設(shè)計參數(shù)2、翼載的確定盡量增大