[科普中国]-极限载荷因素

简介

在弹体和控制系统设计中，常用到过载的概念。导弹的飞行过载决定了弹上各部件、各种仪器所受的载荷，而外载荷是弹体设计和控制系统设计的重要原始数据之一。因此，在设计某些部件或仪器时，需要考虑导弹在飞行中所受的过载。在设计中，为保证部件或仪器在飞行中能正常地工作，并根据导弹战术技术要求的规定，它们承受的过载不得超过某个数值，此值就决定了这些部件或仪器可能受到的最大载荷。

在导弹设计时，还用到需用过载、极限过载和可用过载的概念，下面分别进行叙述。1

需用过载导弹的需用过载是指导弹按给定的弹道飞行时所需要的过载，以nR表示，需用过载是飞行弹道的一个很重要特性。

需用过载必须满足导弹的战术技术要求，例如，满足针对所要攻击的目标特性的要求，攻击机动性能良好的空中目标，则导弹沿给定的导引规律飞行所需的法向过载必然要大；满足导弹主要飞行性能的要求；满足作战空域、可攻击区的要求等。

从设计和制造的观点，希望需用过载在满足导弹战术技术要求的前提下越小越好。因为需用过载越小，飞行中导弹所承受的载荷就越小，这对弹体结构、弹上仪器和设备的正常工作以及减小导引误差(特别是在临近目标时)都是有利的。1

极限过载（极限载荷因素）需用过载必须满足导弹的战术技术要求，这是问题的一个方面，即需要方面。另一方面，导弹在飞行过程中能否产生那么大的过载呢,这是可能方面。因为，一枚导弹有一定的外形和几何尺寸，它在给定的飞行高度和速度下只能产生有限的过载。如果导弹在实际飞行中所能产生的过载大于或等于需用过载，那么它就能沿着要求(给定)的理论弹道飞行。如果小于需用过载。尽管控制系统能正常工作，但由于导弹所能产生的最大过载小于沿要求(给定)弹道飞行所需要的过载值，导弹就不可能继续沿着所要求(给定)的弹道飞行，导致导弹脱靶。

在给定的飞行高度和速度情况下，导弹在飞行中所能产生的过载取决于攻角α、侧滑角β及操纵机构(舵面)的偏转角δx、δy。

平衡飞行时，导弹的法向过载正比于该瞬时的α和β。但是，飞行攻角和侧滑角是不能无限大，它们的最大允许值与许多因素有关。例如，随着α或β的增加，导弹的静稳定度通常是减小的，甚至在大攻角或侧滑角情况下，导弹变成为静不稳定的。这时，操纵角运动的控制系统的设计比较困难，因为自动驾驶仪不可能在各种飞行状况下都能得到满意的特性。因此，必须将α和β限制在比较小的数值范围内(通常8°～12°)，使得力矩特性曲线近乎是线性的。攻角和侧滑角的最大允许值取决于导弹的气动布局和飞行马赫数Ma。飞行攻角或侧滑角最大允许值还受其临界值限制。如果导弹的飞行攻角或侧滑角达到临界值，此时导弹的升力系数或侧向力系数达到最大值。若再继续增大α或β升力系数或侧向力系数就会急剧下降，导弹将会飞行失速。显然，攻角或侧滑角的临界值是一种极限情况。

导弹的极限过载是指攻角或侧滑角达到临界值时所对应的过载，以nL表示。1

可用过载导弹的可用过载是指操纵机构（舵面）偏转到最大时，处于平衡状态下，导弹所能产生的过载，以np表示。可用法向过载表征导弹产生法向控制力的实际能力。若要求导弹沿着导引规律所要求的理论弹道飞行，那么，在这条弹道上的任一点，可用过载都要大于或等于需用过载。否则，导弹就不可能按照所要求的弹道飞行，从而导致脱靶。

因此，在确定导弹的可用过载时，既必须考虑到保证导弹具有足够的机动性能，又必须考虑到上述因素的限制。由最大舵偏角确定的可用过载，在考虑安全系数以后，将作为强度校核的依据。

在实际飞行过程中，各种干扰因素总是存在的，因此，在导弹设计中，必须留有一定的过载余量，用以克服各种扰动因素导致的附加过载。所以有np≥nR+Δn，其中Δn为过载裕量。

综上所述，需用过载、可用过载和极限过载在一般情况下应满足nL>np>nR。1