第一章新.ppt

1、一、弹体结构与结构设计一、弹体结构与结构设计弹体：弹体：由弹身、气动力面、弹上机构及一些连接件组合而由弹身、气动力面、弹上机构及一些连接件组合而成的具有良好气动外形的壳体。成的具有良好气动外形的壳体。弹体结构：弹体结构：弹上能承受和传递载荷、并能保持一定刚度、强度和尺寸弹上能承受和传递载荷、并能保持一定刚度、强度和尺寸稳定性的零、部件的总称。稳定性的零、部件的总称。弹体结构设计：弹体结构设计：结构设计任务 书 拟定结构方案零部件设计分析和试 验 图纸和技术文 件 二、二、 设计依据设计依据 结构设计任务书或技术要求；结构设计任务书或技术要求； 总体设计和气动计算资料；总体设计和气动计算资料；

2、结构协调关系；结构协调关系； 工作环境、使用维护要求；工作环境、使用维护要求； 生产条件；生产条件； 各种规范。各种规范。三、三、 导弹结构设计的重要性必要性导弹结构设计的重要性必要性 良好的结构提高可靠性良好的结构提高可靠性结构与机构可靠性结构与机构可靠性 良好的结构缩小研制周期、节省研制费用（材料、工艺）良好的结构缩小研制周期、节省研制费用（材料、工艺） 在研制中贯穿始终在研制中贯穿始终预研预研总体设计总体设计生产生产地面与飞行试验地面与飞行试验定型定型 好的总体设计要结构设计来实现好的总体设计要结构设计来实现a、外形设计、部位安排中弹翼与发动机、储箱的矛盾；、外形设计、部位安排中弹翼与发

3、动机、储箱的矛盾；b、敏感元件的布置依据结构设计控制模态；、敏感元件的布置依据结构设计控制模态；c、高超音速弹的气动加热、高超音速弹的气动加热热结构设计热结构设计 结构设计影响战术技术性能结构设计影响战术技术性能a、折叠翼的出现；、折叠翼的出现；b、复合材料结构的应用、复合材料结构的应用1.2.1 1.2.1 弹体的组成与功用弹体的组成与功用 由弹身、气动力面 (弹翼、操纵面、稳定面等)、弹上机构 (分离机构、操纵机构、折叠机构等) 及一些零、组、部件连接组合而成的，具有良好气动外形的壳体。 导弹的弹体导弹的弹体 弹身弹身 组成：组成： 导引头、仪器舱、战斗部舱、燃料舱、发动机舱、尾段导引头、

4、仪器舱、战斗部舱、燃料舱、发动机舱、尾段功用：功用： 为弹上仪器设备提供装载条件；为弹上仪器设备提供装载条件；为气动力面、助推器提供连接和固定的条件为气动力面、助推器提供连接和固定的条件 翼面翼面 组成：组成： 弹翼、舵面（操纵面）、稳定面（安定面、反安定面）弹翼、舵面（操纵面）、稳定面（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；保证导弹操纵性和稳定性保证导弹操纵性和稳定性 机构机构 组成组成锁紧定位机构锁紧定位机构功用功用使结构实现折叠与展开（翼、舵、天线）使结构实现折叠与展开（翼、舵、天线）操纵机构操纵机构控制回路执行元件到操纵元件（舵面）间控制回路执行元

5、件到操纵元件（舵面）间的传动机构。使操纵元件作相应的偏转，的传动机构。使操纵元件作相应的偏转，产生控制力或控制力矩。产生控制力或控制力矩。 连接与分离机构连接与分离机构实现两级间的可靠连接与准时分离实现两级间的可靠连接与准时分离 折叠结构折叠结构将可动构件可靠地锁紧、及时解锁将可动构件可靠地锁紧、及时解锁1.2.2 1.2.2 弹体的分解弹体的分解 分分离离面面设计分离面工艺分离面1.3.1 1.3.1 分类分类 按导弹使用历程: 储存、运输、操作、发射、飞行环境等。 按对导弹影响的机理： 自然环境和力学环境。1.3.3 1.3.3 力学环境力学环境 地理条件：发射海拔高度、地理状况等；地理条

6、件：发射海拔高度、地理状况等； 气候条件：温度、湿度、天气状况等；气候条件：温度、湿度、天气状况等； 污染环境：腐蚀性、放射性、生物和化学污染。污染环境：腐蚀性、放射性、生物和化学污染。过载、静力、动力、热载、疲劳过载、静力、动力、热载、疲劳 1.3.2 1.3.2 自然环境自然环境导弹一般研制过程1.4.1 1.4.1 弹体分系统设计弹体分系统设计 （1）明确设计任务 （2） 结构设计的原始依据 导弹的用途； 主要战术技术指标：目标特性、作战空域、发射方式、 使用环境条件、经费预算等。 导弹的气动外形及尺寸、总体布局、承力结构方案、外载荷、气动加热等数据、重量重心的限制 1.4.2 1.4.

7、2 弹体结构的研制程序与设计内容弹体结构的研制程序与设计内容 （1 1）结构方案论证阶段进行导弹弹体结构总体设计： 完成弹体各部段结构方案设计；部段之间的受力协调；仪器设备、电缆、管路的安装铺设方案； （2 2）初样设计阶段主要任务弹体结构设计结构分析和强度校核制定弹体结构试验规范（3 3）正样定型阶段修改和完善结构设计，给出全套正样设计文件和图纸。 1.5.1 1.5.1 设计类型与设计方法概述设计类型与设计方法概述 （1） 设计的类型 创新设计进行全新的创造 适应性设计 变参数设计1.5.1 1.5.1 设计类型与设计方法概述设计类型与设计方法概述 （2） 设计方法 设计方法的发展 直觉设

8、计阶段 经验设计阶段 现代设计阶段 凭直觉解决问题设计方法无法公开 经验性 科学性 系统性 动态化 最优化 1.5.1 1.5.1 设计类型与设计方法概述设计类型与设计方法概述 现代设计与传统设计的关系 继承 共存与突破 1.5.2 1.5.2 传统的结构设计方法传统的结构设计方法 设计步骤三步法（1）设计思想：静力设计，动力校核 （经验定方案、粗略作计算、校核加试验、不行重头干）（2）设计方法：设计载荷法 deslimPfP设计载荷 使用载荷 安全系数 强度要求：强度要求： 刚度要求：刚度要求： d iid 元件的极限应力；元件中的应力； i结构在i位置的允许位移i结构在i位置的实际位移（3

9、）校核内容 结构的动力学固有特性； 结构的动态载荷分析及动响应分析； 颤振分析。（4）优、缺点 优点：方法简便易行 缺点：经验设计的成份大，动态载荷分析精度低 1.5.3 1.5.3 现代设计方法简介现代设计方法简介 三大转变三大转变 静态静态动态动态 校核校核- -优化优化 安全系数安全系数可靠性设计可靠性设计（1）结构动态设计 导弹、火箭主要在动环境中工作； Vmax与机动性提高导致动载荷严重、动响应和固有特性影响严重； 必要性 结构分析技术的发展使静力分析精度提高，静力设计裕度降低； 动力学要求不满足，返工浪费大。 设计中，以结构动力学要求为主要技术要求的结构设计。 定义在总体设计及其技

10、术要求条件下，设计出经济合理的结构系统，以满足预定动态环境下结构固有特性、结构动态响应特性及耦合振动性能的要求。 包括三大内容：动载荷确定、动力学分析、动力学设计 动态设计任务 结构动力模型的拟定； 结构动力固有特性的分析、设计与试验； 动环境和动载荷的确定； 结构动态响应的分析和试验； 弹上测量与控制设备安装的确定与减振设计； 结构耦合振动分析； 气动弹性分析与试验； 随机振动响应分析。 内容 结构动态设计过程包括结构系统设计、动力分析和修改三部分（2）结构优化设计 传统设计：设计分析再设计在分析 缺点：得不到最佳设计 必要性 在规定的载荷或环境下，拟定初始设计方案，把设计参数作为设计变量，

11、把主要设计要求作为目标函数，把对设计变量和目标函数的技术要求（如强度、刚度、动特性等）描述成约束条件，在此基础上把设计问题用数学模型表达，通过数学寻优，使目标函数取得满足约束条件下的最佳值的设计过程。 定义 选择目标函数、设计变量，确定约束条件； 建立数学模型； 内容 选择优化方法； 编程计算； 结果分析。 过程设计条件与要求初始设计方案确定设计变量确定目标函数形成约束条件建立数学模型选择优化方法输入原始参数优化计算目标函数最优？输出最优解绘 图Yes形成新结构No寻优过程数学规划法、准则法、遗传算法等形态约束：强度、刚度、 动力学特性；辅助约束：剖面积、最小 壁厚等总质量、成本等零部件尺寸、

12、质量特性；材料及其特性参数；其他待定参数（3）结构可靠性设计 影响结构强度的因素实际上是具有一定分布规律的随机变量； 传统设计用它们的均值或极限值，用安全系数考虑随机性，偏保守。 必要性 将影响结构强度和功能的各个因素视为服从一定分布规律的统计量，计算出结构的非破坏概率（可靠度），与设计要求的可靠度进行比较，从而定量地表达结构地可靠性指标是否满足设计要求。 定义结构在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。 可靠性设计结构可靠性 过程确定结构方案失效模式分析失效模式相关性检查确定失效判据确定结构系统目标可靠度要求确定或调整设计变量建立数学模型计算结构可靠度满足可靠度要求？YesNo分配

13、方法：等分配法；比例 分配法；加权评分分 配法原则：关键性；重要性；复杂性； 历史经验；当前技术水平确定部件目标可靠度要求结 束计算结构系统可靠度（4）并行工程 按既定顺序进行，依次完成各阶段的工作，设计完成后才进行生产、试验。 缺点: 必要性传统设计模式：特点：分段、串行；优点：各阶段任务明确，要求严格，责任清楚，便于管理；形成设计制造修改设计重新制造的循环，有些问题要到生产试验时才发现；反复修改，各阶段互相影响，导致研制周期长、成本高 并行工程的核心是并行设计。目标是为提高产品质量、降低产品成本、缩短产品开发研制周期和产品提供使用的周期。 定义 并行工程是一种以产品生命周期为目标的设计管理

14、方法，把时间作为关键因素，采用集成的、并行的产品开发流程。要求设计人员从设计一开始就考虑产品生命周期内的所有因素，包括质量、成本、进度计划、用户要求等。 运行模式并行设计模式并行工程运行模式1.7.1 1.7.1 结构方面结构方面 弹体结构模块化、通用化； 结构整体化程度不断提高；精密铸造结构精密铸造结构化铣结构化铣结构焊接结构焊接结构管材机械结构管材机械结构旋压结构旋压结构 复合材料应用越来越广泛； 箱式和筒式储存发射， 广泛采用折叠翼； 远射程、超音速，发展了耐热、防热结构； 发展新型形式：栅格翼结构、非轴对称升力体弹体结构、 智能结构、隐身结构1.6.2 1.6.2 材料方面材料方面 继续采用传统的铝合金、镁合金作为基本材料； 新的比强度更高的材料得到应用：钛