[科普中國]-空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)外形

設(shè)計(jì)內(nèi)容（飛機(jī)）

依據(jù)使用方主管部門立項(xiàng)批復(fù)或合同對(duì)飛機(jī)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，進(jìn)行氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)，選擇滿足要求的氣動(dòng)外形方案。氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)的主要工作有：

氣動(dòng)布局形式選擇；

機(jī)翼平面形狀和參數(shù)選擇；

機(jī)身外形和參數(shù)選擇；

翼身組合體研究與選擇；

尾翼(含前翼)的位置、平面形狀和參數(shù)選擇；

確定外掛布局；

確定和匹配全機(jī)氣動(dòng)力焦點(diǎn)和重心后極限；

氣動(dòng)布局優(yōu)化和一體化綜合設(shè)計(jì)；

氣動(dòng)布局計(jì)算分析；

風(fēng)洞試驗(yàn)。1

外形設(shè)計(jì)（導(dǎo)彈）在方案論證階段和初樣設(shè)計(jì)階段，根據(jù)火箭總體性能要求，與飛行軌道、姿態(tài)控制系統(tǒng)、載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)的前提下，進(jìn)行氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)。

外形沒汁要求：

火箭飛行的穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性滿足姿態(tài)控制系統(tǒng)的要求；

箭體上凸起物布局合理，減小滾動(dòng)力矩；

減小氣動(dòng)阻力；

減小箭體脈動(dòng)壓力，滿足火箭跨聲速動(dòng)穩(wěn)定性要求；

級(jí)間分離可靠，在滿足級(jí)間壓力和熱環(huán)境的條件下，應(yīng)縮短級(jí)間段長度，減小排焰面積；

捆綁助推火箭時(shí)，應(yīng)在滿足總體要求前提下，盡可能提高運(yùn)載火箭的穩(wěn)定性和減小由助推火箭產(chǎn)生的阻力；

外形制造簡(jiǎn)單，工藝性好。2

有效載荷整流罩外形設(shè)汁火箭整流罩外形主要是由有效載荷尺寸決定。通常有效載荷尺寸較大，當(dāng)直徑大于箭體直徑時(shí)，整流罩必然為錘頭外形。為加工方便，通常運(yùn)載火箭整流罩外形采用組合錐、錐-柱-裙和錘頭形。為了減小阻力也可以采用曲線頭錐。

整流罩外形設(shè)計(jì)一般按下列原則：

為減小跨聲速脈動(dòng)壓力．要求相鄰半錐角的差值一般不大于15°。

在綜合考慮減小阻力和減小整流罩頭尖端氣流加熱兩者利弊的情況下確定箭頭鈍度比(端頭半徑與箭頭底部半徑之比)，一般不大于0.4。

為減小分離區(qū)跨聲速脈動(dòng)壓力，倒錐角一般不大于10°，當(dāng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度允許的話，可以放大。中國長征三號(hào)B已成功的使用了倒錐角為28.5°的整流罩。

為保證火箭飛行的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，整流罩最大直徑(D)與倒錐最小直徑(d)之比不大于1.6。2

箭體外形及級(jí)間段設(shè)計(jì)火箭一般選擇圓形截面的箭體，根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求選擇最佳長細(xì)比。對(duì)于各子級(jí)直徑不等的多級(jí)運(yùn)載火箭，為減小跨聲速脈動(dòng)壓力，一般要求級(jí)間段半錐角不大于15°，當(dāng)尾段發(fā)動(dòng)機(jī)組大于尾部直徑時(shí)，可采用擴(kuò)展尾段(半錐角一般小于5°)，也可以局部加發(fā)動(dòng)機(jī)罩，使用擴(kuò)展尾段可使壓力中心有所后移，但增加了結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

多級(jí)火箭采用熱分離方案時(shí)，在箭體上應(yīng)設(shè)計(jì)級(jí)間排焰孔，開孔形式大體有如下兩類。桿式：圓桿成“V”字形布局，排焰孔面積大，易于防熱，但質(zhì)量大、連接剛度差(特別是級(jí)間段長度大時(shí))；薄壁加筋殼窗口式：在級(jí)間殼體上開周向排列的單排或多排孔，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)傳力均勻剛度好，但對(duì)同樣長度級(jí)間段，排焰面積小。

箭體外形基本為細(xì)長旋轉(zhuǎn)體，但由于箭體上需安裝天線、推進(jìn)劑輸送管、電纜和反推火箭等，為了防止在飛行中受氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱的侵?jǐn)_，必須安裝保護(hù)罩，此保護(hù)罩形成廠箭體上的凸起物，凸起物布局及尺寸是以減小滾動(dòng)力矩為原則。2

助推火箭外形及布局設(shè)計(jì)助推火箭的選形首先取決于總體方案，在此基礎(chǔ)上再作如下氣動(dòng)選形：

為了減小火箭的滾動(dòng)力矩，要求助推火箭相對(duì)芯級(jí)的布局為軸對(duì)稱；

助推火箭殼體與芯級(jí)殼體之間的距離要求在滿足助推火箭與芯級(jí)的連接工裝要求的前提下進(jìn)行優(yōu)選，使助推火箭殼體與芯級(jí)之間的干擾力有利于火箭飛行穩(wěn)定性和減小干擾阻力為原則，一般取0.3m；

助推火箭的長度一般綜合考慮總體要求。2

尾翼配置和外形設(shè)計(jì)火箭配置尾翼的目的是改善火箭的靜穩(wěn)定度。典型尾翼安裝形式有“十”字型和“×”字型，上、下反角和安裝角為0°。如果捆綁助推火箭，尾翼安裝在助推火箭尾段外側(cè)，以提高尾翼升力效率。尾翼的平面形狀、翼型和尺寸主要是由姿態(tài)控制系統(tǒng)對(duì)火箭氣動(dòng)特性的要求確定。2

整流罩和各艙段排氣孔設(shè)計(jì)當(dāng)火箭起飛后，外界環(huán)境壓力急劇下降，隨飛行高度增加，艙內(nèi)壓力與艙外壓力之差越來越大，使蒙皮承受很大的內(nèi)壓。排氣孔設(shè)計(jì)應(yīng)盡量提高排氣效率，而影響排氣效率的因素有排氣孔的形狀、面積、方位、位置和排氣孔處的外流條件。2