导弹结构总体设计.ppt

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1、第五章,导弹结构总体设计,第五章 导弹结构总体设计,导弹结构设计必须从全弹总体设计的要求出发，先进行结构总体设计。 本章重点介绍导弹结构总体设计的目的、内容、设计原则和基本的设计原理。,5.1 概 述,5.1.1 结构总体设计的目的与内容 （1）目的: 1）主要仪器设备在弹上的合理布局与最佳组合，确定各类分离面的位置、数量和结构特性，舱段的主要外形尺寸。 2）各舱段和翼面的基本结构型式和全弹受力传力特性，确定结构方案和机构方案。 3）导弹结构内部、导弹结构与系统之间的技术协调。 4）弹体结构部件的技术要求。 5）总体设计建立在可靠而且可行的基础上。,（2） 结构总体设计的内容与任务,1）全弹结

2、构与仪器设备的布局与设计、工艺分离面的选择、设计分离面的位置、数量和结构特性、各舱段外形尺寸。 2）结构协调设计； 3）完成结构方案的选择与设计。包括:,a. 舱段或部件结构型式；舱段、部件间连接方案； b. 全弹受力传力方案、主要受力构件的布置； c. 重要或大型仪器设备的布局与固定方案选择； d. 机构方案选择或运动协调分析； e. 确定满足特殊要求的结构措施； f. 主要结构的材料选择； g. 弹体外形误差分析与确定。,4）起吊、支承、运输、发射的结构方案； 5）全弹质量特性分析； 6）全弹结构的动态分析； 7）工艺性与继承性分析； 8）经费与成本估算； 9）制定各类相关的技术文件，安排

3、工作进度。,5.1.2 结构总体设计的设计原则,（1）弹体结构必须满足总体设计提出的技术要求。 （2）导弹结构具有先进性。 （3）提高产品零件和组件的标准化程度。 （4）充分考虑导弹承制厂的现有工艺基础、技术能力和生产条件。,（5）尽量降低导弹结构的研制成本，保证导弹的研制周期。 （6）必须严格保证弹体结构与有效载荷（战斗部）、控制系统、动力系统、发射系统、运载系统等各系统的结构协调。 （7）保证导弹有良好的结构动力学特性。,5.2 结构总体方案选择与设计,5.2.1 总体结构部位安排与结构型式选择 (1) 弹身舱段部位安排与结构型式选择 1) 战斗部舱 2) 发动机舱与动力系统 3) 贮箱（

4、燃料舱） 4) 制导与控制系统 5）舵机舱 6) 级间段 7) 尾段,1) 战斗部舱,战斗部舱的位置安排受引信特性、战斗部性质的影响。 多弹头远程弹道导弹将战斗部布置在导弹头部的弹头罩内，用此整流罩作为外壳。,2) 发动机舱与动力系统,1 弹头 2 头部整流罩 3 仪器舱 4,6 固体火箭发动机 5 级间段 7 尾段 8 尾罩 图5.2.1 固体导弹结构示意图,泵压式输送系统,1 燃烧剂箱 2,4 增压口 3 取液器 5 氧化剂箱 6 取液器7 起动电器活门 8高压气瓶9 减压器 10 “N”（过氧化氢）箱 11 燃气发生器 12 涡轮泵组 13 发动机燃烧室 图5.2.2泵压式输送系统,图5

5、.2.3 外露亚声速进气道示意图,图5.2.4 嵌入式进气道,3) 贮箱（燃料舱）,a. 贮箱的布局：贮箱的布局有串联、并联。,图5.2.5 贮箱的结构布局,b. 贮箱的结构,图5.2.6 贮箱的受力型式,图5.2.7 网格形壁板,4) 制导与控制系统,制导与控制系统可以形成导引头舱、仪器（设备）舱、舵机舱: 仪器舱和导引头的布局： a.布置在导弹的头部，多采用硬壳式结构； b. 大型弹道式导弹或运载火箭，仪器舱应布置在末级发动机周围，利用整流罩作为外壳，如图5.2.8所示,大型导弹仪器舱布置示意图,1 头部整流罩 2 弹头 3 末级发动机 4 仪器舱内壳体 5 仪器舱锥形底 6 仪器舱外壳体

6、 7 过渡段 8 发动机 图5.2.8 大型导弹仪器舱布置示意图, 仪器舱结构型式,有翼战术弹通常采用整体式或硬壳式结构； 弹道式导弹多用桁、梁薄壁半硬壳式或硬壳式结构。 仪器安装形式主要有： 直接安装在舱壁结构上； 通过专用支架，支架上可安装多台仪器。,3）舵机舱,当导弹采用鸭式或旋转弹翼式布局时，舵机舱一般在导弹发动机前接近中部的位置 当导弹采用正常式或无翼式时，舵机舱就处于导弹尾段内。 此舱承受集中力，常采用硬壳式结构或整体结构，并设置较强的加强隔框以安装舵机与舵面转轴。,5) 级间段,图5.2.9 薄壁加筋窗口式结构,图5.2.10 级间段壳体与杆系,6) 尾段,尾段安排在导弹尾部；

7、有翼战术导弹的尾段主要承受翼面传递的横向集中载荷和气动载荷； 弹道式导弹，尾段多采用桁梁式半硬壳结构。 大型弹道导弹的尾段包围了喷管,5.2.3 分离系统结构方案,导弹的分离按分离部位主要分为： 级间分离 头体分离 头罩分离,(1) 级间分离方案,1) 按分离运动特点分：纵向分离和横向分离 横向分离方案； 纵向分离方案； 2) 按分离方式分： 热分离； 冷分离 。,(2) 头体分离方案,单弹头头体分离方案： 分弹射式分离； 减速式分离（制动分离）。 分离装置主要由： 解锁装置； 分离冲量装置。,2) 多弹头头体分离,1 母舱 2 末级发动机 3 弹头 4 反推火箭 图5.2.12母舱与末级发动

8、机分离过程示意图,分弹头与母舱分离方案,1 头罩 2 对接端框 3 仪器舱蒙皮 4 导爆索 5 导轨 6 支撑环 7 导槽 图5.2.13整体头罩线性切割分离面结构形式,(3) 头罩分离系统结构方案,整体轴向分离 图5.2.14整体分离头罩的冲量装置示意图,2) 两半罩对开侧向平移分离,图5.2.15头罩对开式分离方式示意图,炸药索连接解锁装置示意图,1 壳体蒙皮 2 炸药蒙 3 压环 4 柔性管或气囊 5 连接件 6 槽形件 7 活塞 8 连接锁钉,包带-夹块式连接解锁装置,1 包带 2 V型夹块 3 对接框 4 爆炸螺栓,3) 对开侧向转动分离,1 半罩 2 辅助弹簧组件 3 横向连接解锁

9、装置 4 主弹簧组件 5 活动铰链 6 纵向连接解锁装置 图2.5.18头罩侧向转动分离系统结构示意图,5.3 导弹结构总体协调与设计,主要任务： (1）进行弹载设备空间协调。 (2）进行弹体与弹头、发动机、执行机构、地面设备的结构协调、对接关系和各类接口关系协调。 (3）协调和确定弹上各类开口和突起物的位置、形状和尺寸。,5.3.1 弹体与发动机的结构协调,发动机与相邻部段的结构协调 1 仪器舱 2 安装板 3 设备 4 发动机封头 图5.3.1发动机封头外形与设备空间协调关系示意图,(2) 对于多级弹道式导弹，用尾段和尾罩保护发动机尾部； (3) 与相邻舱段的连接协调。 1,6 发动机封头

10、 2 发动机裙 3 级间分离面 4 喷管 5 级间段 图5.3.2发动机与级间段结构尺寸关系示意图,5.3.2 弹体与弹载设备的结构协调,（1）设备外形及尺寸界限与舱体结构协调 1，8 发动机 2 级间段 3 级间分离面 4、5、6 弹载设备 7 电连接器 图5.3.3 设备外形与安装空间协调示意图,（2）设备安装方式、连接结构与弹体协调,图5.3.4红外引信外形,1 橡皮碗 2 电子线路 3 微型制冷器 4 支座 5 红外探头 图5.3.5红外引信内部结构,（3）电连接器与弹体结构协调 （4）协调的方法和手段 1 舱段壳全 2 加强板 3 框式过渡支架 4 电池 5 固紧钢带和锁扣 6 板式

11、支架 7 支耳 图5.3.6 设备安装方式协调示意图,5.3.3 弹体结构与地面设备的结构协调,（1）与停放、起吊装置协调的内容 （2）与运输和装填设备协调的内容 （3）弹体与发射装置的结构协调,5.3.4 弹体开口及突起物布局安排协调,弹体上的开口主要有如下几种： 1）设备安装或更换舱口； 2）发动机喷管、反向喷管通过口； 3）舱段对接连接件安装舱口； 4）各弹载系统与地面设备间的机械、电器、气路、液路等接口结构安装口或通过口； 5）地面检测、维修和发射准备等使用操作舱口。,5.3.5 部段连接结构协调,（1）确定弹身各舱段间的连接型式和传力特点； （2）根据传力路线设计，选择翼面和与之相连

12、的弹身舱段的结构型式； （3）在连接结构协调完成后，应绘制出弹体连接结构协调图。,5.3.6 弹体结构偏差的分析与控制,（1）弹体结构偏差类别与影响 1）弹体轴线偏斜 2）长度尺寸偏差 3）各舱（部）段方位相对扭转 4）舱（部）段轴线相互错移,弹体某些结构偏差示意图（材料强度）,（2）舱（部）段结构偏差及其控制,1）端面垂直度偏差 图5.3.8 部段端面与轴线垂直度偏差,2）舱（部）段对接端面定位孔位置度,1 理论孔 2 实际孔 3 孔中心公差域（圆） 4 实际孔中心 5 理论孔中心 图5.3.9 端框上定位孔位置度示意图,舱（部）段结构偏差及其控制,3）必须对同一舱（部）段前、后端框上对应的

13、象限线偏移度予以控制 4）舱体端面直径偏差和圆度偏差 ； 5）端框端面平面度； 6）舱（部）段长度偏差； 7)径向螺钉与钉孔之间的间隙和套接的配合间隙也会造成弯析偏差； 8）舱（部）段前、后端面的同轴度，对错移偏差有明显的影响。,（3）弹体结构偏差的计算,1）弯折偏差 图5.3.10两舱段的连接偏差,端面跳动引起弯折偏差图,径向螺钉与钉孔间隙,弯折偏差对头部顶点偏离量的示意图,2) 错移偏差,图5.3.14 舱段外形尺寸及连接偏差,3）扭转偏差,图5.3.15 对接框,测量基准的误差,（4）确定弹体结构连接偏差的方法,确定弹体结构连接偏差的方法主要是靠经验。具体方法有以下两种： 1）建立在经验

14、基础上的类比方法 2）分析法,5.4 导弹结构材料及其选用原则,5.4.1 导弹结构材料的分类与现状 按材料的功能： 结构材料 功能材料 按材料的性质： 金属材料 非金属材料 复合材料,5.4.2 导弹材料的选用原则,导弹材料的选用原则,（1）在满足强度、刚度条件下，使结构质量最小； （2）满足结构的技术要求； （3）足够的环境稳定性； （4）良好的工艺性能； （5）选用的材料成本要低； （6）优先选用已有型号导弹上已应用成熟的材料。,5.4.3 导弹结构设计中常用的材料,（1）黑色金属材料 1）优质碳素结构钢 2）合金结构钢 3）不锈钢 4）高温合金,(2) 有色金属材料,1）铝合金 变形铝

15、合金 铸造铝合金 c. 铝锂合金,2）镁合金 变形镁合金 铸造镁合金 3）钛及钛合金,(3) 结构复合材料,1）复合材料的分类和特点 密度低，比强度、比模量高 b. 耐疲劳 c. 减振性好 d. 破损安全性好 e. 工艺性好 f. 良好的尺寸稳定性 g. 具有各向异性和可设计性 h. 某些复合材料有较高的使用温度,2）复合材料的主要用途,聚合物基复合材料 b. 金属基复合材料 c. 陶瓷基复合材料 d. 碳/碳复合材料,3）夹层复合材料, 面板材料 夹芯材料 泡沫芯材 b. 蜂窝芯材 胶粘剂,(4) 热防护材料,1）树脂基增强塑料 2）升华型碳基材料 3) 陶瓷基防热材料 4）烧蚀防热涂层 5

16、) 硅橡胶柔性防热材料,(5) 密封材料,1）橡胶和塑料密封材料 2）液体密封胶 3）陶瓷密封材料 4）石墨密封材料 5）金属密封材料 (6) 精密合金及功能材料 (7) 阻尼材料,5.5 导弹的电磁兼容设计和雷击防护,（1）导弹的电磁干扰 1）外部干扰 2）内部干扰 （2）火花放电对导弹的危害 （3）电搭接 （4）雷击防护,习题与思考题,1、 试述结构总体设计的内容与原则。 2、 如何进行仪器舱的布局和结构型式选择？ 3、 导弹翼面部位安排与结构型式选择时要考虑哪些问题？ 4、 简述弹载设备布置得原则和应考虑的问题。 5、 导弹级间分离方案有哪些种类？各种方案分别有何优缺点？ 6、 导弹结构总体协调与设计有哪些主要原则与要求？请说明各项原则和要求提出的必要性。,