CN111189365A - 一种用于超声速弹箭快速减速的阻力板及其气动设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超声速弹箭快速减速的阻力板及其气动设计方法。使用本发明能够在有效增加阻力的同时，对全弹的其他气动参数以及操纵性能影响较小。本发明将多块阻力板沿周向安装在弹体头部的末端，收拢状态时，阻力板贴合在弹体头部外表面，展开时，沿弹体法向展开，呈花瓣状。本发明提出的阻力板方案一方面可以满足大幅度提高阻力的要求，另一方面不破坏弹上控制部件，由于张开后的阻力板对全弹气动性能的影响主要在于增大阻力，对其他气动参数影响较小，可以满足精确制导的要求，有效地克服了现有技术方案的缺陷。

Description

一种用于超声速弹箭快速减速的阻力板及其气动设计方法

技术领域

本发明涉及弹体气动设计技术领域，具体涉及一种用于超声速弹箭快速减速的阻力板及其气动设计方法。

背景技术

某弹箭武器在飞行末段依据飞行控制要求，需要增大弹箭武器阻力，降低其飞行速度，提高末端姿态控制性能。

目前弹箭武器在用的增大阻力的技术方案有两种：

1)降落伞方案

传统增大阻力的方法是采用降落伞，可以设计不同面积的降落伞实现不同的阻力增量，对同一种降落伞，面积越大，阻力越大，增阻效果越显著。然而，采用降落伞增加阻力，往往需要将弹体两节分离，一方面需要设计分离机构和降落伞张开机构；另一方面分离后携带战斗部的前弹体成为主弹体，主弹体与装有操纵舵面的后弹体分离，使得主弹体携带降落伞处于无控飞行状态；而且降落伞受风的影响较大，尤其是高空中横风较大时，降落伞展开后弹箭武器横向稳定性变差，降低主弹体飞行性能进而影响命中精度。

2)弹体中心推出阻力板的方案

小型弹箭上也有通过采用阻力板增阻实现减速的设计，但是这种设计打开方式是从弹身伸出，需要占用内部空间推出，推出过程首先切开弹体表面，然后依靠火工品快速推开。这种阻力板面积偏小，带来的阻力增量有限，一般增加阻力在30％以内会采用该方案。如需要增大阻力增量，该方案的可靠性大幅度降低。主要原因是该方案推出阻力板时需要克服一定的摩擦力，更大的阻力增量会引起阻力板更大的摩擦力，使得推出机构的可靠性降低。因而该方案达不到本发明要求的增加阻力200％(零攻角)以上的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于超声速弹箭快速减速的阻力板及其气动设计方法，能够在有效增加阻力的同时，对全弹的其他气动参数以及操纵性能影响较小。适用于超声速飞行弹箭增阻实现快速减速。

本发明的用于超声速弹箭快速减速的阻力板，多块阻力板沿周向安装在弹体头部的末段，收拢状态时，阻力板贴合在弹体头部外表面，展开时，沿弹体法向展开；所述阻力板的展长小于弹身圆柱段的最大直径；阻力板的总面积S_阻力板按照如下关系式确定：

S_阻力板·cosθ·CD_阻力板＝ΔCD·S

其中：S_阻力板为所有阻力板张开后的最大展开面积；θ为阻力板张开后与弹体横截面的夹角；ΔCD为零攻角的阻力系数增量要求；S为ΔCD的参考面积，取弹身最大横截面积；CD_阻力板为阻力板的阻力系数。

较佳的，θ为0°～20°。

较佳的，所述阻力板数量为4～8，沿弹体轴线对称布置。

较佳的，所述CD_阻力板为0.9～1.1。

本发明还提供了上述阻力板的设计方法，包括如下步骤：

步骤1，确定阻力板展长：所述阻力板展长小于弹身圆柱段的最大直径；

步骤2，确定阻力板面积：阻力板的总面积按照如下关系式确定：S_阻力板·cosθ·CD_阻力板＝ΔCD·S；

步骤3，将阻力板安装在弹体锥形头部末段，进行复核，对照设计要求进行调整。

有益效果：

本发明提出的阻力板方案一方面可以满足大幅度提高阻力的要求，另一方面不破坏弹上控制部件，由于张开后的阻力板对全弹气动性能的影响主要在于增大阻力，对其他气动参数影响较小，可以满足精确制导的要求，有效地克服了现有技术方案的缺陷。

附图说明

图1为用于超声速弹箭的六瓣阻力板张开示意图。图1(a)为主视图；图1(b)为侧视图。

图2为六瓣阻力板张开时弹身示意图。

图3为六瓣阻力板合拢时弹身示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种用于超声速弹箭快速减速的阻力板及其气动设计方法，适用于旋成体弹身。如图1～图3所示，本发明阻力板(根部)安装在弹体头部的末段；阻力板未张开时贴合在弹体头部上，外观上与弹体头部融为一体；张开后的阻力板呈花瓣状，阻力板张开后的最大长度不能超出弹身圆柱段最大直径，如图1(b)所示，要求阻力板展长小于弹身圆柱段最大直径。其中，阻力板数量为4～8，沿弹体周向均匀布置。较佳的，阻力板尽可能沿弹体轴线对称，减小横向影响。

本发明提出的阻力板在飞行起始阶段贴在弹体表面，在飞行末段依据飞行控制要求适时打开，增大弹箭武器阻力，快速降低其飞行速度，提高末端姿态控制性能。由于阻力板一般用金属材料(如铝材7075、30CrMnSi等)制作，具有一定的刚度，完全张开后可以克服风偏的影响。阻力面产生的阻力大小直接影响飞行中弹箭武器的减速效果，大小和形状、安装位置是比较重要的影响因素。

本发明首先确定了阻力板的安装位置以及基本形状、尺寸，由于本发明阻力板需要贴合在弹体锥形头部，因此，阻力板为带有一定曲度的板(如图1所示)，出于贴合弹体锥形表面的需要，阻力板的根部长度要大于端部(图1(b))，该设计能有限增大阻力板的有效面积，提高减速效果。

影响阻力性能的另一个主要因素是阻力板张开后垂直于弹身轴线的截面积大小，该截面积决定了其产生阻力的效果。其大小的确定在设计初期可以按照等效平板的阻力估计，随后安装到弹身上进行复核，对照设计要求进行调整。

本发明按照以下关系式计算需要的阻力板面积：

S_阻力板·cosθ·CD_阻力板＝ΔCD·S

其中：S_阻力板指的是阻力板张开后的最大展开面积；

θ是阻力板张开后与横截面的夹角，一般控制到0°～20°；

ΔCD是设计要求，指的是阻力板要增加的阻力系数，一般是零攻角的阻力系数增量要求；

S是ΔCD的参考面积，按照习惯，一般取导弹弹身最大横截面积。

CD_阻力板是阻力板的阻力系数，参考面积为阻力板垂直于弹体轴线的横截面积(相当于上述关系式的S_阻力板cosθ)。在超声速条件下，经过计算与试验，取值范围一般为0.9～1.1。

与平板的阻力特性类似，在超声速条件下，阻力板阻力系数比较稳定，此时利用上述关系式可以初步设计阻力板的面积。并且在超声速条件下，设计点往往处于飞行末段，飞行攻角较小，采用这种设计很容易达到要求。

本发明设计得到的阻力板，在满足阻力要求的同时，对全弹其他参数影响较小，对全弹的飞行控制不产生大的影响。

在某项目中，采用该方法后，较短时间内确定了阻力板的大小，结合结构设计需要，实现了展开形状为六瓣的阻力板的外形设计，有效实现了飞行末端增阻降速的目的，经过四次飞行试验考核，证明设计的阻力板对全弹其他气动特性影响较小、几乎不对飞行性能产生不利影响，达到了设计要求。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于超声速弹箭快速减速的阻力板，其特征在于，多块阻力板沿周向安装在弹体头部的末段，收拢状态时，阻力板贴合在弹体头部外表面，展开时，沿弹体法向展开；所述阻力板的展长小于弹身圆柱段的最大直径；阻力板的总面积S_阻力板按照如下关系式确定：

S_阻力板·cosθ·CD_阻力板＝ΔCD·S

其中：S_阻力板为所有阻力板张开后的最大展开面积；θ为阻力板张开后与弹体横截面的夹角；ΔCD为零攻角的阻力系数增量要求；S为ΔCD的参考面积，取弹身最大横截面积；CD_阻力板为阻力板的阻力系数。

2.如权利要求1所述的用于超声速弹箭快速减速的阻力板，其特征在于，θ为0°～20°。

3.如权利要求1所述的用于超声速弹箭快速减速的阻力板，其特征在于，所述阻力板数量为4～8，沿弹体轴线对称布置。

4.如权利要求1所述的用于超声速弹箭快速减速的阻力板，其特征在于，所述CD_阻力板为0.9～1.1。

5.一种如权利要求1～4所述的用于超声速弹箭快速减速的阻力板的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，确定阻力板展长：所述阻力板展长小于弹身圆柱段的最大直径；

步骤2，确定阻力板面积：阻力板的总面积按照如下关系式确定：S_阻力板·cosθ·CD_阻力板＝ΔCD·S；

步骤3，将阻力板安装在弹体锥形头部末段，进行复核，对照设计要求进行调整。

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