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          軍事天地

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          導彈設計有什么講究?為什么大部分導彈都是圓腰身?
          發布時間:2020-09-28     作者:李文盛   來源:科普中國   分享到:

          為什么彈道導彈的橫截面,基本上都是圓的?為什么不像飛機或某些巡航導彈那樣,設計成不規則對稱的?

          這是因為從結構學、空氣動力學考慮,選擇圓形截面最合適。導彈彈體結構通常由彈身、氣動面、彈上機構和一些零部件連接組合而成,可以看作一個殼體。它對外要具有良好氣動外形,對內主要用于安裝和承載導彈的戰斗部、制導系統、動力裝置、推進劑、及彈上電源等,本身也要承受一定的結構應力。將其設計成圓形截面,有以下幾個好處。

          第一,可以使導彈彈體各個方向受到的空氣動力相同。彈道導彈的飛行路線雖然絕大部分處于空氣稀薄的高空,但它的主動段和再入段,還是要在稠密的大氣層中高速飛行,在這里所遇到的空氣動力,對導彈彈體的影響十分嚴重。如果導彈截面不對稱,空氣動力在彈體上的作用力也會不對稱,從而影響導彈的飛行穩定,或者讓導彈的啟動控制變困難。導彈在空中機動或為保持飛行穩定、打擊精度時,需要慢旋彈體,或者是將導引頭調整到特定方向時,就需要在飛行中旋轉變換姿態。此時對于圓形截面的導彈,軸向四周各方向的空氣動力環境基本相同,受力均勻,且無論如何沿軸向旋轉變換,其氣動力作用不會發生變化,使導彈姿態控制系統基本穩定工作。這也是導彈截面設計為圓形的最大原因。

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          ▲ 蘇聯的P-1和P-2導彈,與德國的V-2非常相象,

          可見早期的導彈就采用了圓柱和圓錐等剖面為原型的設計

          第二,保證導彈內部空間最大。眾所周知,同樣周長下,圓形面積最大。因此用同樣多的彈體外殼材料,圓形截面的導彈內部具有最大的空間,用于裝載各種儀器設備和燃料。

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          ▲ “和平衛士”導彈的多彈頭分離盤,其內部也較為對稱,且盡可能利用了內部空間

          第三,圓形截面的蒙皮,在工藝制造上較為簡單,并且密封性良好,能夠避免風、沙、雨、雪、霧等對內部的侵蝕。如果存在棱角,會使加工設計困難,并可能成為內部應力的薄弱點。

          第四,圓形截面在結構上能盡量減少空氣動力矩對整體飛行效能影響,或氣動加熱對內部設備的影響。非圓形截面的設計,可以增加升力或氣動效果,但同時也可能在飛行中形成氣動或熱駐點,使其動力和防熱效果驟降。

          第五,保證導彈質量分布均勻。這樣可以使導彈各個截面的質心與對稱軸重合,使導彈在飛行或旋轉中不會因為質心與旋轉軸心的偏移,而導致彈體振蕩。

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          ▲ 美國“民兵3”洲際彈道導彈的制導艙段,

          可見其截面布設較為對稱,這減少了導彈飛行產生彈體震蕩的可能

          當然,除了燃料之外,由于工程制造原因,儀器艙大多為方形,使原型截面輪廓并不能完全利用,這就要考驗設計人員的技術了。

          正是因為上述原因,導彈彈身設計都采用圓柱體,其外表面呈平滑的流線型。即使個別部位突出在彈身之外,也都加了相應的整流罩,在飛行到某一時刻,該罩便自行脫落。



          李文盛:電子工程學士及軍事學碩士,原總參某部高級工程師,從事軍事信息與軍事戰略研究,以及遠程作戰問題研究,長期參加中國軍控學會《年度國際軍備控制與裁軍報告》及中國國際問題研究所《全球核態勢評估(年度)報告》的撰寫,在軍內外十余家刊物發表學術及軍事科普論文400余篇,參與《俄羅新軍事基本情況》、《美國未來作戰系統》等多部論著撰寫,主持或參加了多項國家及軍隊科研項目,獲得軍隊科技進步獎多項,為核戰略與核武器發展、作戰使用專家,在防空與反導,以及常規遠程作戰方面也有較深研究。

            

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