第一章新.ppt

1、一、彈體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計一、彈體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計彈體：彈體：由彈身、氣動力面、彈上機構(gòu)及一些連接件組合而由彈身、氣動力面、彈上機構(gòu)及一些連接件組合而成的具有良好氣動外形的殼體。成的具有良好氣動外形的殼體。彈體結(jié)構(gòu)：彈體結(jié)構(gòu)：彈上能承受和傳遞載荷、并能保持一定剛度、強度和尺寸彈上能承受和傳遞載荷、并能保持一定剛度、強度和尺寸穩(wěn)定性的零、部件的總稱。穩(wěn)定性的零、部件的總稱。彈體結(jié)構(gòu)設(shè)計：彈體結(jié)構(gòu)設(shè)計：結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù) 書 擬定結(jié)構(gòu)方案零部件設(shè)計分析和試 驗 圖紙和技術(shù)文 件 二、二、 設(shè)計依據(jù)設(shè)計依據(jù) 結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)書或技術(shù)要求；結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)書或技術(shù)要求； 總體設(shè)計和氣動計算資料；總體設(shè)計和氣動計算資料；

2、結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)關(guān)系；結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)關(guān)系； 工作環(huán)境、使用維護要求；工作環(huán)境、使用維護要求； 生產(chǎn)條件；生產(chǎn)條件； 各種規(guī)范。各種規(guī)范。三、三、 導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性必要性導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性必要性 良好的結(jié)構(gòu)提高可靠性良好的結(jié)構(gòu)提高可靠性結(jié)構(gòu)與機構(gòu)可靠性結(jié)構(gòu)與機構(gòu)可靠性 良好的結(jié)構(gòu)縮小研制周期、節(jié)省研制費用（材料、工藝）良好的結(jié)構(gòu)縮小研制周期、節(jié)省研制費用（材料、工藝） 在研制中貫穿始終在研制中貫穿始終預(yù)研預(yù)研總體設(shè)計總體設(shè)計生產(chǎn)生產(chǎn)地面與飛行試驗地面與飛行試驗定型定型 好的總體設(shè)計要結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)好的總體設(shè)計要結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)a、外形設(shè)計、部位安排中彈翼與發(fā)動機、儲箱的矛盾；、外形設(shè)計、部位安排中彈翼與發(fā)

3、動機、儲箱的矛盾；b、敏感元件的布置依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計控制模態(tài)；、敏感元件的布置依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計控制模態(tài)；c、高超音速彈的氣動加熱、高超音速彈的氣動加熱熱結(jié)構(gòu)設(shè)計熱結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計影響戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能結(jié)構(gòu)設(shè)計影響戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能a、折疊翼的出現(xiàn)；、折疊翼的出現(xiàn)；b、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)用、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)用1.2.1 1.2.1 彈體的組成與功用彈體的組成與功用 由彈身、氣動力面 (彈翼、操縱面、穩(wěn)定面等)、彈上機構(gòu) (分離機構(gòu)、操縱機構(gòu)、折疊機構(gòu)等) 及一些零、組、部件連接組合而成的，具有良好氣動外形的殼體。 導(dǎo)彈的彈體導(dǎo)彈的彈體 彈身彈身 組成：組成： 導(dǎo)引頭、儀器艙、戰(zhàn)斗部艙、燃料艙、發(fā)動機艙、尾段導(dǎo)引頭、

4、儀器艙、戰(zhàn)斗部艙、燃料艙、發(fā)動機艙、尾段功用：功用： 為彈上儀器設(shè)備提供裝載條件；為彈上儀器設(shè)備提供裝載條件；為氣動力面、助推器提供連接和固定的條件為氣動力面、助推器提供連接和固定的條件 翼面翼面 組成：組成： 彈翼、舵面（操縱面）、穩(wěn)定面（安定面、反安定面）彈翼、舵面（操縱面）、穩(wěn)定面（安定面、反安定面）功用：功用： 提供升力；提供升力；提供控制力；提供控制力；保證導(dǎo)彈操縱性和穩(wěn)定性保證導(dǎo)彈操縱性和穩(wěn)定性 機構(gòu)機構(gòu) 組成組成鎖緊定位機構(gòu)鎖緊定位機構(gòu)功用功用使結(jié)構(gòu)實現(xiàn)折疊與展開（翼、舵、天線）使結(jié)構(gòu)實現(xiàn)折疊與展開（翼、舵、天線）操縱機構(gòu)操縱機構(gòu)控制回路執(zhí)行元件到操縱元件（舵面）間控制回路執(zhí)行元

5、件到操縱元件（舵面）間的傳動機構(gòu)。使操縱元件作相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)，的傳動機構(gòu)。使操縱元件作相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生控制力或控制力矩。產(chǎn)生控制力或控制力矩。 連接與分離機構(gòu)連接與分離機構(gòu)實現(xiàn)兩級間的可靠連接與準(zhǔn)時分離實現(xiàn)兩級間的可靠連接與準(zhǔn)時分離 折疊結(jié)構(gòu)折疊結(jié)構(gòu)將可動構(gòu)件可靠地鎖緊、及時解鎖將可動構(gòu)件可靠地鎖緊、及時解鎖1.2.2 1.2.2 彈體的分解彈體的分解 分分離離面面設(shè)計分離面工藝分離面1.3.1 1.3.1 分類分類 按導(dǎo)彈使用歷程: 儲存、運輸、操作、發(fā)射、飛行環(huán)境等。 按對導(dǎo)彈影響的機理： 自然環(huán)境和力學(xué)環(huán)境。1.3.3 1.3.3 力學(xué)環(huán)境力學(xué)環(huán)境 地理條件：發(fā)射海拔高度、地理狀況等；地理條

6、件：發(fā)射海拔高度、地理狀況等； 氣候條件：溫度、濕度、天氣狀況等；氣候條件：溫度、濕度、天氣狀況等； 污染環(huán)境：腐蝕性、放射性、生物和化學(xué)污染。污染環(huán)境：腐蝕性、放射性、生物和化學(xué)污染。過載、靜力、動力、熱載、疲勞過載、靜力、動力、熱載、疲勞 1.3.2 1.3.2 自然環(huán)境自然環(huán)境導(dǎo)彈一般研制過程1.4.1 1.4.1 彈體分系統(tǒng)設(shè)計彈體分系統(tǒng)設(shè)計 （1）明確設(shè)計任務(wù) （2） 結(jié)構(gòu)設(shè)計的原始依據(jù) 導(dǎo)彈的用途； 主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)：目標(biāo)特性、作戰(zhàn)空域、發(fā)射方式、 使用環(huán)境條件、經(jīng)費預(yù)算等。 導(dǎo)彈的氣動外形及尺寸、總體布局、承力結(jié)構(gòu)方案、外載荷、氣動加熱等數(shù)據(jù)、重量重心的限制 1.4.2 1.4.

7、2 彈體結(jié)構(gòu)的研制程序與設(shè)計內(nèi)容彈體結(jié)構(gòu)的研制程序與設(shè)計內(nèi)容 （1 1）結(jié)構(gòu)方案論證階段進(jìn)行導(dǎo)彈彈體結(jié)構(gòu)總體設(shè)計： 完成彈體各部段結(jié)構(gòu)方案設(shè)計；部段之間的受力協(xié)調(diào)；儀器設(shè)備、電纜、管路的安裝鋪設(shè)方案； （2 2）初樣設(shè)計階段主要任務(wù)彈體結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)分析和強度校核制定彈體結(jié)構(gòu)試驗規(guī)范（3 3）正樣定型階段修改和完善結(jié)構(gòu)設(shè)計，給出全套正樣設(shè)計文件和圖紙。 1.5.1 1.5.1 設(shè)計類型與設(shè)計方法概述設(shè)計類型與設(shè)計方法概述 （1） 設(shè)計的類型 創(chuàng)新設(shè)計進(jìn)行全新的創(chuàng)造 適應(yīng)性設(shè)計 變參數(shù)設(shè)計1.5.1 1.5.1 設(shè)計類型與設(shè)計方法概述設(shè)計類型與設(shè)計方法概述 （2） 設(shè)計方法 設(shè)計方法的發(fā)展 直覺設(shè)

8、計階段 經(jīng)驗設(shè)計階段 現(xiàn)代設(shè)計階段 憑直覺解決問題設(shè)計方法無法公開 經(jīng)驗性 科學(xué)性 系統(tǒng)性 動態(tài)化 最優(yōu)化 1.5.1 1.5.1 設(shè)計類型與設(shè)計方法概述設(shè)計類型與設(shè)計方法概述 現(xiàn)代設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計的關(guān)系 繼承 共存與突破 1.5.2 1.5.2 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 設(shè)計步驟三步法（1）設(shè)計思想：靜力設(shè)計，動力校核 （經(jīng)驗定方案、粗略作計算、校核加試驗、不行重頭干）（2）設(shè)計方法：設(shè)計載荷法 deslimPfP設(shè)計載荷 使用載荷 安全系數(shù) 強度要求：強度要求： 剛度要求：剛度要求： d iid 元件的極限應(yīng)力；元件中的應(yīng)力； i結(jié)構(gòu)在i位置的允許位移i結(jié)構(gòu)在i位置的實際位移（3

9、）校核內(nèi)容 結(jié)構(gòu)的動力學(xué)固有特性； 結(jié)構(gòu)的動態(tài)載荷分析及動響應(yīng)分析； 顫振分析。（4）優(yōu)、缺點 優(yōu)點：方法簡便易行 缺點：經(jīng)驗設(shè)計的成份大，動態(tài)載荷分析精度低 1.5.3 1.5.3 現(xiàn)代設(shè)計方法簡介現(xiàn)代設(shè)計方法簡介 三大轉(zhuǎn)變?nèi)筠D(zhuǎn)變 靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)動態(tài) 校核校核- -優(yōu)化優(yōu)化 安全系數(shù)安全系數(shù)可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計（1）結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計 導(dǎo)彈、火箭主要在動環(huán)境中工作； Vmax與機動性提高導(dǎo)致動載荷嚴(yán)重、動響應(yīng)和固有特性影響嚴(yán)重； 必要性 結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的發(fā)展使靜力分析精度提高，靜力設(shè)計裕度降低； 動力學(xué)要求不滿足，返工浪費大。 設(shè)計中，以結(jié)構(gòu)動力學(xué)要求為主要技術(shù)要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 定義在總體設(shè)計及其技

10、術(shù)要求條件下，設(shè)計出經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，以滿足預(yù)定動態(tài)環(huán)境下結(jié)構(gòu)固有特性、結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)特性及耦合振動性能的要求。 包括三大內(nèi)容：動載荷確定、動力學(xué)分析、動力學(xué)設(shè)計 動態(tài)設(shè)計任務(wù) 結(jié)構(gòu)動力模型的擬定； 結(jié)構(gòu)動力固有特性的分析、設(shè)計與試驗； 動環(huán)境和動載荷的確定； 結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)的分析和試驗； 彈上測量與控制設(shè)備安裝的確定與減振設(shè)計； 結(jié)構(gòu)耦合振動分析； 氣動彈性分析與試驗； 隨機振動響應(yīng)分析。 內(nèi)容 結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計過程包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計、動力分析和修改三部分（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 傳統(tǒng)設(shè)計：設(shè)計分析再設(shè)計在分析 缺點：得不到最佳設(shè)計 必要性 在規(guī)定的載荷或環(huán)境下，擬定初始設(shè)計方案，把設(shè)計參數(shù)作為設(shè)計變量，

11、把主要設(shè)計要求作為目標(biāo)函數(shù)，把對設(shè)計變量和目標(biāo)函數(shù)的技術(shù)要求（如強度、剛度、動特性等）描述成約束條件，在此基礎(chǔ)上把設(shè)計問題用數(shù)學(xué)模型表達(dá)，通過數(shù)學(xué)尋優(yōu)，使目標(biāo)函數(shù)取得滿足約束條件下的最佳值的設(shè)計過程。 定義 選擇目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計變量，確定約束條件； 建立數(shù)學(xué)模型； 內(nèi)容 選擇優(yōu)化方法； 編程計算； 結(jié)果分析。 過程設(shè)計條件與要求初始設(shè)計方案確定設(shè)計變量確定目標(biāo)函數(shù)形成約束條件建立數(shù)學(xué)模型選擇優(yōu)化方法輸入原始參數(shù)優(yōu)化計算目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)？輸出最優(yōu)解繪 圖Yes形成新結(jié)構(gòu)No尋優(yōu)過程數(shù)學(xué)規(guī)劃法、準(zhǔn)則法、遺傳算法等形態(tài)約束：強度、剛度、 動力學(xué)特性；輔助約束：剖面積、最小 壁厚等總質(zhì)量、成本等零部件尺寸、

12、質(zhì)量特性；材料及其特性參數(shù)；其他待定參數(shù)（3）結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計 影響結(jié)構(gòu)強度的因素實際上是具有一定分布規(guī)律的隨機變量； 傳統(tǒng)設(shè)計用它們的均值或極限值，用安全系數(shù)考慮隨機性，偏保守。 必要性 將影響結(jié)構(gòu)強度和功能的各個因素視為服從一定分布規(guī)律的統(tǒng)計量，計算出結(jié)構(gòu)的非破壞概率（可靠度），與設(shè)計要求的可靠度進(jìn)行比較，從而定量地表達(dá)結(jié)構(gòu)地可靠性指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求。 定義結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。 可靠性設(shè)計結(jié)構(gòu)可靠性 過程確定結(jié)構(gòu)方案失效模式分析失效模式相關(guān)性檢查確定失效判據(jù)確定結(jié)構(gòu)系統(tǒng)目標(biāo)可靠度要求確定或調(diào)整設(shè)計變量建立數(shù)學(xué)模型計算結(jié)構(gòu)可靠度滿足可靠度要求？YesNo分配

13、方法：等分配法；比例 分配法；加權(quán)評分分 配法原則：關(guān)鍵性；重要性；復(fù)雜性； 歷史經(jīng)驗；當(dāng)前技術(shù)水平確定部件目標(biāo)可靠度要求結(jié) 束計算結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度（4）并行工程 按既定順序進(jìn)行，依次完成各階段的工作，設(shè)計完成后才進(jìn)行生產(chǎn)、試驗。 缺點: 必要性傳統(tǒng)設(shè)計模式：特點：分段、串行；優(yōu)點：各階段任務(wù)明確，要求嚴(yán)格，責(zé)任清楚，便于管理；形成設(shè)計制造修改設(shè)計重新制造的循環(huán)，有些問題要到生產(chǎn)試驗時才發(fā)現(xiàn)；反復(fù)修改，各階段互相影響，導(dǎo)致研制周期長、成本高 并行工程的核心是并行設(shè)計。目標(biāo)是為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)研制周期和產(chǎn)品提供使用的周期。 定義 并行工程是一種以產(chǎn)品生命周期為目標(biāo)的設(shè)計管理

14、方法，把時間作為關(guān)鍵因素，采用集成的、并行的產(chǎn)品開發(fā)流程。要求設(shè)計人員從設(shè)計一開始就考慮產(chǎn)品生命周期內(nèi)的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計劃、用戶要求等。 運行模式并行設(shè)計模式并行工程運行模式1.7.1 1.7.1 結(jié)構(gòu)方面結(jié)構(gòu)方面 彈體結(jié)構(gòu)模塊化、通用化； 結(jié)構(gòu)整體化程度不斷提高；精密鑄造結(jié)構(gòu)精密鑄造結(jié)構(gòu)化銑結(jié)構(gòu)化銑結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)管材機械結(jié)構(gòu)管材機械結(jié)構(gòu)旋壓結(jié)構(gòu)旋壓結(jié)構(gòu) 復(fù)合材料應(yīng)用越來越廣泛； 箱式和筒式儲存發(fā)射， 廣泛采用折疊翼； 遠(yuǎn)射程、超音速，發(fā)展了耐熱、防熱結(jié)構(gòu)； 發(fā)展新型形式：柵格翼結(jié)構(gòu)、非軸對稱升力體彈體結(jié)構(gòu)、 智能結(jié)構(gòu)、隱身結(jié)構(gòu)1.6.2 1.6.2 材料方面材料方面 繼續(xù)采用傳統(tǒng)的鋁合金、鎂合金作為基本材料； 新的比強度更高的材料得到應(yīng)用：鈦