第三章導(dǎo)彈主要參數(shù)設(shè)計(jì)

導(dǎo)彈總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

§3.2導(dǎo)彈質(zhì)量方程式建立§3.3導(dǎo)彈燃料質(zhì)量的一般表達(dá)式§3.4導(dǎo)彈相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程§3.5導(dǎo)彈主要設(shè)計(jì)參數(shù)§3.6有翼導(dǎo)彈主要參數(shù)選擇在第二章中我們已經(jīng)討論了導(dǎo)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(duì)導(dǎo)彈飛行性能等的要求，而且也有了進(jìn)行導(dǎo)彈總體設(shè)計(jì)的依據(jù)。

導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的正問題描述：在導(dǎo)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(biāo)的導(dǎo)彈參數(shù)。

導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的逆問題描述：在導(dǎo)彈系統(tǒng)研制經(jīng)費(fèi)及有效載荷給定的條件下，尋求保證對(duì)預(yù)定目標(biāo)以最大殺傷或摧毀的導(dǎo)彈參數(shù)?！?.1

概述一、導(dǎo)彈的主要參數(shù)

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

主要參數(shù)一般歸納：導(dǎo)彈的質(zhì)量發(fā)動(dòng)機(jī)推力導(dǎo)彈的參考面積（對(duì)有翼導(dǎo)彈來講，一般指彈翼面積，對(duì)彈道導(dǎo)彈而言，一般指導(dǎo)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(dǎo)彈縱向運(yùn)動(dòng)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(jì)情況的彈道，按它進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可以滿足在導(dǎo)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(jì)指標(biāo)的最嚴(yán)重情況。

1、地空導(dǎo)彈典型彈道高近彈道（01）——最大高度，最小斜射程；高遠(yuǎn)彈道（02）——最大高度，最大斜射程；低遠(yuǎn)彈道（03）——最小高度，最大斜射程。

§3.1

概述

①從耗油量嚴(yán)重情況來講，顯然，高遠(yuǎn)彈道與低遠(yuǎn)彈道是燃料質(zhì)量的設(shè)計(jì)情況。通常，依高遠(yuǎn)彈道進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，按低遠(yuǎn)彈道進(jìn)行校核計(jì)算。

②從彈翼面積來講，通常，高近彈道是彈翼面積的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)在攻擊目標(biāo)過程中導(dǎo)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(diǎn)的導(dǎo)彈速度小于“2”點(diǎn)的速度，“1”點(diǎn)的導(dǎo)彈質(zhì)量又大于“2”點(diǎn)的導(dǎo)彈質(zhì)量，“1”點(diǎn)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(diǎn)的需用過載大，而可用過載小，故高近彈道（01）是考慮導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)性的主要設(shè)計(jì)情況。2、空空導(dǎo)彈典型彈道（1）考慮燃料消耗的嚴(yán)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(biāo)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(jì)情況a.當(dāng)導(dǎo)彈只具有在目標(biāo)尾部攻擊能力時(shí)最大作戰(zhàn)高度最小射擊距離最大攻擊角目標(biāo)以最大內(nèi)機(jī)動(dòng)飛行狀態(tài)§3.1

概述（2）考慮彈翼面積的設(shè)計(jì)情況b.當(dāng)導(dǎo)彈具有迎面攻擊和離軸發(fā)射能力時(shí)最大作戰(zhàn)高度最小射擊距離最大離軸角導(dǎo)彈與目標(biāo)迎擊§3.1

概述三、主要設(shè)計(jì)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(dǎo)彈的最低成本作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則發(fā)射質(zhì)量最小最為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

§3.1

概述

導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)彈的質(zhì)量方程，以求得它們與導(dǎo)彈總質(zhì)量的關(guān)系。

質(zhì)量方程是表征導(dǎo)彈發(fā)射質(zhì)量、有效載荷、結(jié)構(gòu)特性、主要設(shè)計(jì)參數(shù)和燃料相對(duì)質(zhì)量系數(shù)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

§3.2

導(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立一、裝有液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的二級(jí)有翼導(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立

二級(jí)有翼導(dǎo)彈由兩級(jí)——第一級(jí)（助推級(jí)）和第二級(jí)（主級(jí)）組成，其發(fā)射質(zhì)量可表示為下列形式：（一）導(dǎo)彈第二級(jí)質(zhì)量方程式的建立

§3.2

導(dǎo)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(dǎo)系統(tǒng)的質(zhì)量）

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

導(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立導(dǎo)彈第二級(jí)的質(zhì)量可表示為：

將右邊各項(xiàng)展開，并將兩邊同除以，可得：

（3.2.3）

以下對(duì)上式各項(xiàng)進(jìn)行分析：

§3.2

導(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立①—燃料相對(duì)質(zhì)量系數(shù)；

—考慮計(jì)算誤等因素后所必需的燃料貯備系數(shù)，一般由經(jīng)驗(yàn)決定。②—推力室相對(duì)質(zhì)量系數(shù)，它與發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)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(duì)質(zhì)量系數(shù)，與導(dǎo)彈的過載、彈身結(jié)構(gòu)型式等有關(guān)的參數(shù)。④§3.2

導(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立⑤—彈翼相對(duì)質(zhì)量系數(shù)?！惨硐鄬?duì)質(zhì)量系數(shù)。⑥—操縱系統(tǒng)相對(duì)質(zhì)量系數(shù)。⑦§3.2

導(dǎo)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(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立（二）第一級(jí)質(zhì)量方程式的建立第一級(jí)通常采用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為助推器，其質(zhì)量可表示為：—助推級(jí)推進(jìn)劑質(zhì)量；—助推級(jí)結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

常采用發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)表示助推級(jí)的質(zhì)量指標(biāo)，可得式中系數(shù)1.2是考慮助推級(jí)上分離機(jī)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(dǎo)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(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立二、多級(jí)固體火箭的導(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立

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

導(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立第級(jí)（子火箭）導(dǎo)彈的總質(zhì)量則可由下式確定：—指第i+1級(jí)導(dǎo)彈的總質(zhì)量，對(duì)于最后一級(jí)即為有效載荷和有翼導(dǎo)彈相同，有效載荷的質(zhì)量一般由戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)給定?？捎孟率奖硎揪C上所述，第級(jí)導(dǎo)彈的總質(zhì)量可寫成下式，(3.2.15)1、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量子級(jí)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)，因此，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量通常以推進(jìn)劑質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)來表示2、固體火箭尾段和級(jí)間段等的質(zhì)量固體火箭尾段和級(jí)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(jí)控制設(shè)備、伺服機(jī)構(gòu)和電纜網(wǎng)的質(zhì)量在內(nèi)，初步計(jì)算時(shí)，可近似地認(rèn)為與該級(jí)子火箭的總質(zhì)量成正比，即§3.2

導(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立(3.2.16)(3.2.17)3、第級(jí)固體火箭推進(jìn)劑質(zhì)量§3.2

導(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立第級(jí)固體火箭推進(jìn)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(jìn)劑質(zhì)量；—非工作儲(chǔ)量，指起飛行前消耗量和工作完剩余量。可通過修正系數(shù)來考慮非工作儲(chǔ)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(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立引入火箭的推進(jìn)劑相對(duì)質(zhì)量系數(shù)，則上式變成整理可得，或§3.2

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

整理綜合以上，可得多級(jí)固體火箭導(dǎo)彈的質(zhì)量方程式為§3.2

導(dǎo)彈質(zhì)量方程式的建立Note：

實(shí)踐表明，在導(dǎo)彈的各項(xiàng)相對(duì)質(zhì)量系數(shù)中，燃料相對(duì)質(zhì)量系數(shù)占比重最大，而且它與很多參數(shù)及導(dǎo)彈飛行性能有密切關(guān)系，因此，下面討論它的計(jì)算方法。以上建立了多級(jí)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)彈的質(zhì)量方程，而對(duì)于采用液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)彈，其質(zhì)量方程的推導(dǎo)思路和形式與固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)基本相同，只是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)與固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)不同。

導(dǎo)彈沿飛行方向的縱向運(yùn)動(dòng)方程式為：§3.3

導(dǎo)彈燃料質(zhì)量的一般表達(dá)式積分求解上述微分方程式，并令可得：

對(duì)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，

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(dá)式：導(dǎo)彈燃料質(zhì)量一般表達(dá)式的物理意義分析：§3.3

導(dǎo)彈燃料質(zhì)量的一般表達(dá)式第一項(xiàng)表示用于增加導(dǎo)彈速度所消耗的燃料量；第二項(xiàng)表示導(dǎo)彈在飛行過程中克服阻力所消耗的燃料量；第三項(xiàng)表示導(dǎo)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(duì)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(dǎo)彈設(shè)計(jì)初期難以確切知道導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)微分方程組各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，無法求解。通過尋求能表征導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)特征的相對(duì)參量來取代方程中的絕對(duì)參量，形成相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程，從而可結(jié)合具體需要找出符合特殊設(shè)計(jì)要求的參數(shù)。一、有翼導(dǎo)彈相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程式的建立

在導(dǎo)彈初步設(shè)計(jì)階段通常只研究導(dǎo)彈在垂直平面內(nèi)的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)（或水平平面內(nèi)的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)）?！?.4導(dǎo)彈相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程式垂直平面內(nèi)導(dǎo)彈質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程：§3.4導(dǎo)彈相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程式引入相對(duì)量參數(shù)：

§3.4

導(dǎo)彈相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程式表示導(dǎo)彈在某一瞬時(shí)t所消耗的燃料相對(duì)質(zhì)量系數(shù)。

（2）（3）由比沖定義，再引入相對(duì)量（推重比），可得：（1）§3.4

導(dǎo)彈相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程式

另外，引入相對(duì)量（翼載），將（1）、（2）、（3）式與三個(gè)相對(duì)量代入到方程式中，可得相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程式：

導(dǎo)引方程的相對(duì)量形式：1、直線飛行2、三點(diǎn)法3、比例導(dǎo)引法

§3.4

導(dǎo)彈相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程式二、彈道導(dǎo)彈相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程式的建立§3.4

導(dǎo)彈相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程式三、求解相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程的步驟（1）選擇參數(shù)空氣動(dòng)力參數(shù)（參考原準(zhǔn)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(dòng)機(jī)比沖（2）計(jì)算確定導(dǎo)彈分離點(diǎn)的坐標(biāo)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(duì)量運(yùn)動(dòng)方程，求得（5）檢查約束條件（導(dǎo)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(jìn)行校核?！?.4

導(dǎo)彈相對(duì)量運(yùn)動(dòng)微分方程式一、概述

導(dǎo)彈總體設(shè)計(jì)參數(shù)是指對(duì)飛行特性有直接影響的參數(shù)。1、多級(jí)彈道導(dǎo)彈的總體設(shè)計(jì)參數(shù)初始推重比級(jí)間質(zhì)量比各級(jí)比沖推進(jìn)劑相對(duì)質(zhì)量因數(shù)質(zhì)量因數(shù)2、有翼導(dǎo)彈的總體設(shè)計(jì)參數(shù)主級(jí)推重比比沖燃料相對(duì)質(zhì)量因數(shù)翼載助推器參數(shù)§3.5

導(dǎo)彈的主要設(shè)計(jì)參數(shù)二、有翼導(dǎo)彈主要設(shè)計(jì)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(duì)于地空導(dǎo)彈，有（3）計(jì)算推重比變化規(guī)律（4）計(jì)算平均推重比§3.5

導(dǎo)彈的主要設(shè)計(jì)參數(shù)2、翼載的確定盡量增大