彭偉斌火箭總體設(shè)計

彭偉斌火箭總體設(shè)計總體設(shè)計在火箭研制中，總體設(shè)計將各部分的設(shè)計綜合成一個整體，保證綜合性能最佳、花費少和周期短。火箭設(shè)計一般分為指標(biāo)論證、方案設(shè)計、初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計4個階段。指標(biāo)論證在方案設(shè)計前進行，把需要與可能結(jié)合起來，制定出切合實際的指標(biāo)。運載火箭的技術(shù)指標(biāo)一般包括：典型軌道的運載能力，入軌精度，對重量不同的有效載荷的適應(yīng)性和可靠性。導(dǎo)彈不僅有技術(shù)指標(biāo)，還有戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)（統(tǒng)稱戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)）。它包含射程、戰(zhàn)斗部重量和威力、命中精度、突防能力、可靠性、發(fā)射方式和發(fā)射準(zhǔn)備時間、運輸條件和使用環(huán)境條件等。方案設(shè)計方案設(shè)計包括選擇總體參數(shù)、確定總體方案和對分系統(tǒng)提出初樣研制任務(wù)書。在選擇總體參數(shù)前須確定推進劑和發(fā)動機類型、級數(shù)、連接方式、操縱機構(gòu)型式、分離方式、箭體各段結(jié)構(gòu)型式、火箭外形和部位安排。（1）推進劑選擇：推進劑占火箭起飛重量的80～95％，直接影響火箭的運載能力、發(fā)動機型式、彈道特性和使用性能。液體推進劑性能高、推力控制方便。固體推進劑可使火箭尺寸小、系統(tǒng)簡單、發(fā)射準(zhǔn)備時間短、起飛加速快。選擇推進劑是為了獲得盡可能大的熱值和密度，要求液體推進劑的腐蝕性和毒性小、固體推進劑的機械強度高。用于導(dǎo)彈的推進劑，要求在使用溫度范圍內(nèi)和長期貯存中物理和化學(xué)性能穩(wěn)定。（2）級數(shù)選擇：采用多級火箭可以把飛行期間無用的火箭結(jié)構(gòu)依次拋掉，從而減少能量損失，提高運載能力。每級的發(fā)動機推力、工作時間和分離高度可以靈活調(diào)整。過多的級數(shù)會使火箭結(jié)構(gòu)和控制變得復(fù)雜，降低可靠性和使用性能。火箭的最佳級數(shù)通常應(yīng)少于按最小起飛重量所選擇的級數(shù)，一般選二級、三級或四級。多級火箭的連接有串聯(lián)式、并聯(lián)式或混合式三種型式。（3）火箭的總體布局：又稱部位安排（見圖）。合理安排火箭各部段和組件的位置，要使火箭結(jié)構(gòu)緊湊，傳力合理，具有良好的氣動外形和飛行穩(wěn)定性，有利于安裝敏感元件、實現(xiàn)控制、減小偏差和級間的分離，而且使用方便。（4）設(shè)計參數(shù)選擇：根據(jù)給定的入軌點參數(shù)(或射程)、有效載荷和推進劑選擇一組最佳的總體設(shè)計的參數(shù)，用這組參數(shù)來確定火箭的重量、推力和幾何尺寸等。總體設(shè)計參數(shù)主要有：發(fā)動機真空比推力（火箭理想速度與它成正比）、火箭質(zhì)量比（反映火箭結(jié)構(gòu)重量減輕的水平和推進劑的裝填程度）、推重比（起始推力與起飛重量之比，表示火箭加速性）、比沖比（即真空比沖與地面比沖之比，與發(fā)動機噴管的面積比有關(guān)，按照飛行高度變化選取）、火箭最大單位橫截面上的起飛載荷（反映火箭粗細程度）、多級火箭級間起飛質(zhì)量比（它影響火箭尺寸及運載能力）。為選擇總體設(shè)計參數(shù)需要進行重量分析和軌道（彈道）分析。重量分析是利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)和分析計算方法找出組成火箭各部分重量與設(shè)計參數(shù)的內(nèi)部聯(lián)系，從而建立火箭起飛重量與設(shè)計參數(shù)之間的關(guān)系。軌道（彈道）分析是研究火箭主動段終點速度（或射程）與主要設(shè)計參數(shù)的關(guān)系。作為初步估算，主動段終點速度用齊奧爾科夫斯基公式求出，用各種因素引起的速度損失加以修正并考慮地球旋轉(zhuǎn)的影響。不同運載任務(wù)對終點速度和軌道形狀要求不同。將航天器送入軌道的方法一般有三種（見發(fā)射彈道與入軌）。發(fā)射低軌道衛(wèi)星時，通常終點選在軌道的近地點，速度取水平方向。彈道導(dǎo)彈設(shè)計往往按射程和所要求的彈頭再入條件來確定停火點速度的大小和方向。精確計算時通過分析建立火箭運動方程和控制方程組，利用計算機對不同設(shè)計參數(shù)的組合進行計算，一般選擇使火箭起飛重量最小的一組設(shè)計參數(shù)。（5）參數(shù)分配：根據(jù)已選定的火箭技術(shù)指標(biāo)、總體方案和設(shè)計參數(shù)，通過設(shè)計和分析提出分系統(tǒng)設(shè)計的參數(shù)。這項工作包括：計算初始參數(shù)，確定火箭的尺寸、容積、重量、重心、轉(zhuǎn)動慣量和各種偏差，對火箭的空氣動力特性、氣動加熱、飛行軌道程序、標(biāo)準(zhǔn)軌道和偏差、箭體的動力特性和液體晃動特性、載荷、輸送系統(tǒng)的增壓、飛行穩(wěn)定性、制導(dǎo)精度和可靠性等進行計算和綜合分析。初步設(shè)計初步設(shè)計是基于初樣產(chǎn)品試驗的又一輪總體設(shè)計，為分系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計提供依據(jù)。初步設(shè)計與方案設(shè)計類似，只不過計算公式和計算方法更加細致和精確，并在試驗和反復(fù)協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上擬制供分系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計的任務(wù)書。技術(shù)設(shè)計在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上編制用于指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)、試驗、驗收的工程圖紙和技術(shù)文件。總體設(shè)計協(xié)調(diào)各個分系統(tǒng)的設(shè)計，使其符合總體的要求。同時編制整個火箭的地面大型試驗和飛行試驗的技術(shù)文件。分系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)總體設(shè)計所提出的要求和設(shè)計參數(shù)，以類似總