[科普中国]-空气动力设计外形

设计内容（飞机）

依据使用方主管部门立项批复或合同对飞机的战术技术要求，进行气动外形设计，选择满足要求的气动外形方案。气动外形设计的主要工作有：

气动布局形式选择；

机翼平面形状和参数选择；

机身外形和参数选择；

翼身组合体研究与选择；

尾翼(含前翼)的位置、平面形状和参数选择；

确定外挂布局；

确定和匹配全机气动力焦点和重心后极限；

气动布局优化和一体化综合设计；

气动布局计算分析；

风洞试验。1

外形设计（导弹）在方案论证阶段和初样设计阶段，根据火箭总体性能要求，与飞行轨道、姿态控制系统、载荷结构设计等进行综合协调的前提下，进行气动外形优化设计。

外形没汁要求：

火箭飞行的稳定性和机动性满足姿态控制系统的要求；

箭体上凸起物布局合理，减小滚动力矩；

减小气动阻力；

减小箭体脉动压力，满足火箭跨声速动稳定性要求；

级间分离可靠，在满足级间压力和热环境的条件下，应缩短级间段长度，减小排焰面积；

捆绑助推火箭时，应在满足总体要求前提下，尽可能提高运载火箭的稳定性和减小由助推火箭产生的阻力；

外形制造简单，工艺性好。2

有效载荷整流罩外形设汁火箭整流罩外形主要是由有效载荷尺寸决定。通常有效载荷尺寸较大，当直径大于箭体直径时，整流罩必然为锤头外形。为加工方便，通常运载火箭整流罩外形采用组合锥、锥-柱-裙和锤头形。为了减小阻力也可以采用曲线头锥。

整流罩外形设计一般按下列原则：

为减小跨声速脉动压力．要求相邻半锥角的差值一般不大于15°。

在综合考虑减小阻力和减小整流罩头尖端气流加热两者利弊的情况下确定箭头钝度比(端头半径与箭头底部半径之比)，一般不大于0.4。

为减小分离区跨声速脉动压力，倒锥角一般不大于10°，当结构强度允许的话，可以放大。中国长征三号B已成功的使用了倒锥角为28.5°的整流罩。

为保证火箭飞行的动态稳定性，整流罩最大直径(D)与倒锥最小直径(d)之比不大于1.6。2

箭体外形及级间段设计火箭一般选择圆形截面的箭体，根据总体设计要求选择最佳长细比。对于各子级直径不等的多级运载火箭，为减小跨声速脉动压力，一般要求级间段半锥角不大于15°，当尾段发动机组大于尾部直径时，可采用扩展尾段(半锥角一般小于5°)，也可以局部加发动机罩，使用扩展尾段可使压力中心有所后移，但增加了结构质量。

多级火箭采用热分离方案时，在箭体上应设计级间排焰孔，开孔形式大体有如下两类。杆式：圆杆成“V”字形布局，排焰孔面积大，易于防热，但质量大、连接刚度差(特别是级间段长度大时)；薄壁加筋壳窗口式：在级间壳体上开周向排列的单排或多排孔，其优点是结构传力均匀刚度好，但对同样长度级间段，排焰面积小。

箭体外形基本为细长旋转体，但由于箭体上需安装天线、推进剂输送管、电缆和反推火箭等，为了防止在飞行中受气动力和气动热的侵扰，必须安装保护罩，此保护罩形成厂箭体上的凸起物，凸起物布局及尺寸是以减小滚动力矩为原则。2

助推火箭外形及布局设计助推火箭的选形首先取决于总体方案，在此基础上再作如下气动选形：

为了减小火箭的滚动力矩，要求助推火箭相对芯级的布局为轴对称；

助推火箭壳体与芯级壳体之间的距离要求在满足助推火箭与芯级的连接工装要求的前提下进行优选，使助推火箭壳体与芯级之间的干扰力有利于火箭飞行稳定性和减小干扰阻力为原则，一般取0.3m；

助推火箭的长度一般综合考虑总体要求。2

尾翼配置和外形设计火箭配置尾翼的目的是改善火箭的静稳定度。典型尾翼安装形式有“十”字型和“×”字型，上、下反角和安装角为0°。如果捆绑助推火箭，尾翼安装在助推火箭尾段外侧，以提高尾翼升力效率。尾翼的平面形状、翼型和尺寸主要是由姿态控制系统对火箭气动特性的要求确定。2

整流罩和各舱段排气孔设计当火箭起飞后，外界环境压力急剧下降，随飞行高度增加，舱内压力与舱外压力之差越来越大，使蒙皮承受很大的内压。排气孔设计应尽量提高排气效率，而影响排气效率的因素有排气孔的形状、面积、方位、位置和排气孔处的外流条件。2