CN115355769A - 一种变静稳定性战术导弹气动布局及其应用 - Google Patents

一种变静稳定性战术导弹气动布局及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于飞行器气动布局技术领域，公开了一种变静稳定性战术导弹气动布局及其应用。本发明的一种变静稳定性战术导弹气动布局过改变弹翼即主升力面的轴向位置来调整战术导弹静稳定性，发展了可变静稳定性鸭式战术导弹气动布局和可变静稳定性正常式战术导弹气动布局两种应用方式。本发明的一种变静稳定性战术导弹气动布局的优点是费重小、无升力损失、控制率设计相对简单，在高机敏性战术导弹领域有着广泛的用途。

Description

一种变静稳定性战术导弹气动布局及其应用
技术领域
本发明属于飞行器气动布局技术领域，具体涉及一种变静稳定性战术导弹气动布局。
背景技术
战术导弹的气动布局直接影响导弹的射程、制导精度和响应时间，提高气动性能、减轻导弹重量、降低能量消耗是战术导弹气动布局设计的关键。
战术导弹的机动性和敏捷性是其关键技战指标，机动性和敏捷性可以用单位舵偏角度产生的过载来衡量，对于线性气动导数，简化推导有：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 771690DEST_PATH_IMAGE002
法向过载；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
舵偏角；
Figure 187628DEST_PATH_IMAGE004
飞行速压；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
参考面积；
Figure 923503DEST_PATH_IMAGE006
重量；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
法向力系数；
Figure 122403DEST_PATH_IMAGE008
俯仰力矩系数。
上式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
表征了拦截器的静稳定裕度。可见，减小拦截器静稳定裕度可以提高机动过载能力，但为保证拦截器可控飞行和安全分离，静稳定裕度又不能太小。放宽静稳定裕度，甚至采用静不稳定设计已在现代战斗机设计中广泛应用。对于战术导弹，减小静稳定裕度的途径是改变战术导弹的质心或压力中心的位置：变质心控制技术近年来发展较快，但附加质量块会产生费重；另一种技术途径是通过改变导弹的构型从而改变压力中心的位置来调整静稳定性。已公开报道的变压力中心技术主要是通过改变升力面的浸面积或后掠角来实现，该技术的缺点是作动机构笨重、费重高、减小浸面积会造成升力减小。
当前，亟需发展一种变静稳定性战术导弹气动布局及其应用。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是提供一种变静稳定性战术导弹气动布局；本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种变静稳定性战术导弹气动布局在鸭式战术导弹上的应用，获得了可变静稳定性鸭式战术导弹气动布局；本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种变静稳定性战术导弹气动布局在正常式战术导弹上的应用，获得了可变静稳定性正常式战术导弹气动布局。
本发明的一种变静稳定性战术导弹气动布局，其特点是，所述的变静稳定性战术导弹气动布局在战术导弹的内腔设置有蜗杆加驱动电机伺服机构，通过蜗杆加驱动电机伺服机构驱动战术导弹的弹翼即战术导弹的主升力面沿弹体轴向单自由度移动；
弹翼沿弹体轴向单自由度移动产生全弹质心的变化和全弹压力中心的变化，实现全弹静稳定性的改变，变静稳定性战术导弹气动布局以全弹俯仰力矩变化量量化全弹静稳定性的改变量；
根据质心定义，可知：
Figure 384757DEST_PATH_IMAGE010
式中：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
为全弹质心的轴向变化量；
Figure 846962DEST_PATH_IMAGE012
为弹翼沿弹体轴向移动量；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
为除弹翼以外的质量；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
为弹翼的质量；
令全弹初始质心位置为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
，则全弹俯仰力矩为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
弹翼沿弹体轴向移动后的全弹质心位置为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
，则弹翼移动后的全弹俯仰力矩为：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为绕质心
Figure 286777DEST_PATH_IMAGE015
的俯仰力矩；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为绕质心
Figure 617265DEST_PATH_IMAGE017
的俯仰力矩；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为除弹翼以外的导弹的压力中心位置；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为弹翼的压力中心位置；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为除弹翼以外的导弹产生的法向力；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为弹翼产生的法向力；
由式（2）、（3）、（4）可得到弹翼沿弹体轴向移动时的全弹俯仰力矩变化量：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
由式（5）可见，如果
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，即当弹翼沿弹体轴向前移时，将产生抬头力矩增量，从而减小全弹静稳定性；反之则增大全弹静稳定性；抬头力矩增量随弹翼面积增大、弹翼质量减小而增大。
本发明的一种变静稳定性战术导弹气动布局在鸭式战术导弹上的应用，获得了可变静稳定性鸭式战术导弹气动布局。可变静稳定性鸭式战术导弹气动布局的弹身前段为弹头，弹头上设置有鸭舵，弹身中段内腔设置有蜗杆加驱动电机伺服机构，弹身后段为尾翼段，尾翼段与弹身中段之间通过滑轨滑动连接；
鸭舵有4片，呈中心对称分布；尾翼段有4片尾翼，也呈中心对称分布；从前至后，4片鸭舵与4片尾翼一一对应；
在蜗杆加驱动电机伺服机构驱动下，尾翼段通过滑轨沿弹体轴向单自由度移动。
本发明的一种变静稳定性战术导弹气动布局在正常式战术导弹上的应用，获得了可变静稳定性正常式战术导弹气动布局。可变静稳定性正常式战术导弹气动布局的弹身前段为旋成体弹头，弹身后段为尾舵段，旋成体弹头与尾舵段之间通过滑轨固定连接，滑轨的内腔设置有蜗杆加驱动电机伺服机构，弹身中段为弹翼段，弹翼段套装在滑轨上；
弹翼段上设置有中心对称的4片弹翼，尾舵段上设置有中心对称的4片尾舵，从前至后，4片弹翼与4片尾舵一一对应；
在蜗杆加驱动电机伺服机构驱动下，弹翼段通过滑轨沿弹体轴向单自由度移动。
本发明的一种变静稳定性战术导弹气动布局，通过改变升力面的轴向位置来调整战术导弹静稳定性的气动布局设计，该气动布局技术的优点是费重小、无升力损失、控制率设计相对简单，在高机敏性战术导弹领域有着广泛的用途。
附图说明
图1为本发明的一种变静稳定性战术导弹气动布局的原理示意图；
图2a为实施例1的可变静稳定性鸭式战术导弹气动布局示意图（尾翼在后）；
图2b为实施例1的可变静稳定性鸭式战术导弹气动布局示意图（尾翼居中）；
图2c为实施例1的可变静稳定性鸭式战术导弹气动布局示意图（尾翼在前）；
图3a为实施例2的可变静稳定性正常式战术导弹气动布局示意图（弹翼段在后）；
图3b为实施例2的可变静稳定性正常式战术导弹气动布局示意图（弹翼段居中）；
图3c为实施例2的可变静稳定性正常式战术导弹气动布局示意图（弹翼段在前）。
图中，1.鸭舵；2.弹身；3.滑轨；4.尾翼；5.弹翼段；6.尾舵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1所示，本发明的一种变静稳定性战术导弹气动布局在战术导弹的内腔设置有蜗杆加驱动电机伺服机构，通过蜗杆加驱动电机伺服机构驱动战术导弹的弹翼即战术导弹的主升力面沿弹体轴向单自由度移动；
弹翼沿弹体轴向单自由度移动产生全弹质心的变化和全弹压力中心的变化，实现全弹静稳定性的改变，变静稳定性战术导弹气动布局以全弹俯仰力矩变化量量化全弹静稳定性的改变量；
根据质心定义，可知：
Figure 202967DEST_PATH_IMAGE010
式中：
Figure 632811DEST_PATH_IMAGE011
为全弹质心的轴向变化量；
Figure 343278DEST_PATH_IMAGE012
为弹翼沿弹体轴向移动量；
Figure 618402DEST_PATH_IMAGE013
为除弹翼以外的质量；
Figure 261872DEST_PATH_IMAGE014
为弹翼的质量；
令全弹初始质心位置为
Figure 190514DEST_PATH_IMAGE015
，则全弹俯仰力矩为：
Figure 919436DEST_PATH_IMAGE016
弹翼沿弹体轴向移动后的全弹质心位置为
Figure 998250DEST_PATH_IMAGE017
，则弹翼移动后的全弹俯仰力矩为：
Figure 965069DEST_PATH_IMAGE018
式中：
Figure 736716DEST_PATH_IMAGE019
为绕质心
Figure 687355DEST_PATH_IMAGE015
的俯仰力矩；
Figure 163335DEST_PATH_IMAGE020
为绕质心
Figure 515819DEST_PATH_IMAGE017
的俯仰力矩；
Figure 458367DEST_PATH_IMAGE021
为除弹翼以外的导弹的压力中心位置；
Figure 365144DEST_PATH_IMAGE022
为弹翼的压力中心位置；
Figure 785761DEST_PATH_IMAGE023
为除弹翼以外的导弹产生的法向力；
Figure 258330DEST_PATH_IMAGE024
为弹翼产生的法向力；
由式（2）、（3）、（4）可得到弹翼沿弹体轴向移动时的全弹俯仰力矩变化量：
Figure 965255DEST_PATH_IMAGE025
由式（5）可见，如果
Figure 890486DEST_PATH_IMAGE026
，即当弹翼沿弹体轴向前移时，将产生抬头力矩增量，从而减小全弹静稳定性；反之则增大全弹静稳定性；抬头力矩增量随弹翼面积增大、弹翼质量减小而增大。
实施例1
本发明的一种变静稳定性战术导弹气动布局在鸭式战术导弹上的应用，获得了本实施例的可变静稳定性鸭式战术导弹气动布局。
如图2a~图2c所示，可变静稳定性鸭式战术导弹气动布局的弹身2前段为弹头，弹头上设置有鸭舵1，弹身2中段内腔设置有蜗杆加驱动电机伺服机构，弹身2后段为尾翼段，尾翼段与弹身2中段之间通过滑轨3滑动连接；
鸭舵1有4片，呈中心对称分布；尾翼段有4片尾翼4，也呈中心对称分布；从前至后，4片鸭舵1与4片尾翼4一一对应；
在蜗杆加驱动电机伺服机构驱动下，尾翼段通过滑轨3沿弹体轴向单自由度移动。
实施例2
本发明的一种变静稳定性战术导弹气动布局在正常式战术导弹上的应用，获得了本实施例的可变静稳定性正常式战术导弹气动布局
如图3a~图3c所示，可变静稳定性正常式战术导弹气动布局的弹身2前段为旋成体弹头，弹身2后段为尾舵段，旋成体弹头与尾舵段之间通过滑轨3固定连接，滑轨3的内腔设置有蜗杆加驱动电机伺服机构，弹身2中段为弹翼段5，弹翼段5套装在滑轨3上；
弹翼段5上设置有中心对称的4片弹翼，尾舵段上设置有中心对称的4片尾舵6，从前至后，4片弹翼与4片尾舵6一一对应；
在蜗杆加驱动电机伺服机构驱动下，弹翼段5通过滑轨3沿弹体轴向单自由度移动。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种变静稳定性战术导弹气动布局，其特征在于，所述的变静稳定性战术导弹气动布局在战术导弹的内腔设置有蜗杆加驱动电机伺服机构，通过蜗杆加驱动电机伺服机构驱动战术导弹的弹翼即战术导弹的主升力面沿弹体轴向单自由度移动；
弹翼沿弹体轴向单自由度移动产生全弹质心的变化和全弹压力中心的变化，实现全弹静稳定性的改变，变静稳定性战术导弹气动布局以全弹俯仰力矩变化量量化全弹静稳定性的改变量；
根据质心定义，可知：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中：
Figure 981045DEST_PATH_IMAGE002
为全弹质心的轴向变化量；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为弹翼沿弹体轴向移动量；
Figure 898185DEST_PATH_IMAGE004
为除弹翼以外的质量；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为弹翼的质量；
令全弹初始质心位置为
Figure 474660DEST_PATH_IMAGE006
，则全弹俯仰力矩为：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
弹翼沿弹体轴向移动后的全弹质心位置为
Figure 449963DEST_PATH_IMAGE008
，则弹翼移动后的全弹俯仰力矩为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为绕质心
Figure 326652DEST_PATH_IMAGE006
的俯仰力矩；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为绕质心
Figure 149114DEST_PATH_IMAGE008
的俯仰力矩；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为除弹翼以外的导弹的压力中心位置；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为弹翼的压力中心位置；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为除弹翼以外的导弹产生的法向力；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为弹翼产生的法向力；
由式（2）、（3）、（4）可得到弹翼沿弹体轴向移动时的全弹俯仰力矩变化量：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
由式（5）可见，如果
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，即当弹翼沿弹体轴向前移时，将产生抬头力矩增量，从而减小全弹静稳定性；反之则增大全弹静稳定性；抬头力矩增量随弹翼面积增大、弹翼质量减小而增大。
2.基于权利要求1所述的一种变静稳定性战术导弹气动布局在鸭式战术导弹上的应用，获得了可变静稳定性鸭式战术导弹气动布局，其特征在于，所述的可变静稳定性鸭式战术导弹气动布局的弹身（2）前段为弹头，弹头上设置有鸭舵（1），弹身（2）中段内腔设置有蜗杆加驱动电机伺服机构，弹身（2）后段为尾翼段，尾翼段与弹身（2）中段之间通过滑轨（3）滑动连接；
鸭舵（1）有4片，呈中心对称分布；尾翼段有4片尾翼（4），也呈中心对称分布；从前至后，4片鸭舵（1）与4片尾翼（4）一一对应；
在蜗杆加驱动电机伺服机构驱动下，尾翼段通过滑轨（3）沿弹体轴向单自由度移动。
3.基于权利要求1所述的一种变静稳定性战术导弹气动布局在正常式战术导弹上的应用，获得了可变静稳定性正常式战术导弹气动布局，其特征在于，所述的可变静稳定性正常式战术导弹气动布局的弹身（2）前段为旋成体弹头，弹身（2）后段为尾舵段，旋成体弹头与尾舵段之间通过滑轨（3）固定连接，滑轨（3）的内腔设置有蜗杆加驱动电机伺服机构，弹身（2）中段为弹翼段（5），弹翼段（5）套装在滑轨（3）上；
弹翼段（5）上设置有中心对称的4片弹翼，尾舵段上设置有中心对称的4片尾舵（6），从前至后，4片弹翼与4片尾舵（6）一一对应；
在蜗杆加驱动电机伺服机构驱动下，弹翼段（5）通过滑轨（3）沿弹体轴向单自由度移动。
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