某小型戰術導彈彈頂反安定面布局設計研究＊

李 召，宋振鐸

（中國人民解放軍63961部隊，北京 100012）

0 引言

某小型戰術導彈是一種單兵筒式制導武器，用于攻擊近距離點目標。為了保證導彈的便攜性，要求盡量減小武器系統尺寸和重量；為了保證戰斗部的威力，又要求盡量增大戰斗部的口徑和裝藥量。因此，該導彈采用了超口徑戰斗部設計，如圖1所示。

圖1 彈體頭部外形

導彈采用了超口徑戰斗部設計，導致質心靠前；尾翼面積較小且位于彈體尾部，導彈的壓心靠后，造成靜穩定度大，操縱性差，給控制系統的設計帶來了困難。由于導彈內部結構緊湊，質心位置調整困難，彈翼面積也難以增大。因此，如何在不更改導彈現有結構布局的條件下，平衡靜穩定性和操縱性之間的矛盾，是總體設計中遇到的重要問題。

在導彈頂部安裝小反安定面，可以在不增加導彈口徑的條件下，改善導彈的氣動特性和靜穩定性。為了確定反安定面的尺寸、布局及數量對導彈氣動特性和靜穩定性的影響程度，對反安定面的設計進行了氣動計算研究。文中采用USAERO氣動計算軟件和工程計算相結合的方法，研究該導彈彈頂反安定面對彈體氣動特性以及靜穩定度的影響。

1 氣動外形建模與計算方法

由于導彈的戰斗部已是超口徑，為了不再增大導彈的最大直徑，在彈體的頂部安裝了多片小安定面，安定面的展長不超過彈體最大口徑約束。在氣動計算中采用1∶1的導彈造型，分別建立有、無反安定面的彈體三維模型。導彈彈體最大（頭部）直徑150mm，安裝有8（6或4）片反安定面的彈體頭部造型如圖2所示，各片反安定面沿彈體均勻分布，每兩之間夾角為45°（60°或90°），安定面的頂角為110°，沿彈體徑向邊緣長40mm，反安定面組合的外徑為146mm。

USAERO軟件基于面元法，通過求解非定常三維勢流方程，可計算任意復雜外形、做任意運動的飛行體非定常瞬態氣動特性。該軟件適用于計算亞音速高粘性飛行體的氣動參數，通過考慮與時間相關的邊界層方法可分析計算氣流粘性對氣動參數的影響。用USAERO軟件對上述氣動外形模型進行氣動計算時，共設定面元約10000個，各計算單元的迭代次數均為50次。

圖2 安裝4片、6片和8片反安定面的彈體頭部外形

2 氣動參數計算

在攻角為0°～10°、馬赫數為0.05 Ma ～0.9 Ma的條件下計算了有、無彈頂小反安定面時的導彈氣動參數。為了便于描述，只給出了安裝8片反安定面時導彈的部分主要氣動參數和靜穩定度的變化情況。

圖3 有、無反安定面阻力系數的仿真結果

彈體阻力系數隨攻角和馬赫數的變化曲線如圖3所示。

由圖3可知：1）兩種氣動外形阻力系數隨攻角和馬赫數均呈現良好的變化趨勢；2）相同攻角和馬赫數下，有反安定面的氣動外形阻力系數比無反安定面的情況增大了約5%。

彈體升力系數隨攻角和馬赫數的變化曲線如圖4所示。

由圖4可知：1）兩種氣動外形升力系數隨飛行攻角和馬赫數的變化均呈現良好的變化趨勢；2）相同攻角和馬赫數下，帶有反安定面的氣動外形升力系數比無反安定面的情況增大了約10%，升阻比增大了約2%。

圖4 有、無反安定面的升力系數仿真結果

圖5 有、無反安定面的俯仰力矩系數仿真結果

由圖5可知：1）兩種氣動外形俯仰力矩系數隨飛行攻角和飛行馬赫數的變化趨勢相同；2）相同攻角和馬赫數下，帶有反安定面的氣動外形俯仰力矩系數比無反安定面的情況絕對值減小了約16%。

3 反安定面對靜穩定度影響研究

彈體靜穩定度的計算公式為：

由圖6可知：在彈體頭部安裝反安定面后，使飛行靜穩定度由原來10%～13%下降到5%～8%，有效的減小了彈體的靜穩定，提高了可操縱性。

反安定面數量也是影響靜穩定度的重要因素，圖7描述了反安定面的數量對彈體靜穩定度的影響程度。

由圖7可知：1）無論彈頂反安定面的片數數值如何，隨著馬赫數的增加靜穩定度增大；2）在任一馬赫數下，隨著反安定面數量增加導彈的靜穩定度都在減小，減小值基本呈線性關系。

圖7 導彈靜穩定度隨馬赫數的變化

4 結論

文中根據某小型戰術導彈設計過程中遇到的問題：如何在不改變導彈結構布局的條件下，平衡靜穩定性和操縱性之間的矛盾，提出了在彈頂安裝小反安定面的設計方案。通過氣動建模與仿真，計算彈體主要氣動參數，對比分析了有、無彈頂反安定面的導彈氣動特性與靜穩定性。研究結果表明：1）在彈頂安裝小反安定面，可在不調整導彈內部結構布局的情況下提高彈體的升阻比；2）在彈頂安裝小反安定面，會顯著降低彈體的靜穩定度，有效的平衡了導彈的靜穩定性和操縱性這對矛盾；3）在彈頂安裝小反安定面的數量對導彈的靜穩定度下降數值有重要影響。

文中提出的在導彈頂部安裝反安定面的設計方法和研究結果可用于其它類似情況的導彈總體設計中。

[1]Analytical Methods Inc.USAERO User’s Manual[Z].Washington USA：1996.

[2]苗瑞生，居賢明，吳甲生.導彈空氣動力學[M].北京：國防工業出版社，1987：42－44.

[3]錢杏芳，林瑞雄，趙亞男.導彈飛行力學[M].北京：北京理工大學出版社，2000：21－35.

[4]George M Siouris.導彈制導與控制系統[M].張天光，王麗霞，宋振峰，等，譯.北京：國防工業出版社，2010.

[5]于劍橋，文仲輝，梅躍松，等.戰術導彈總體設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.