空氣動力設計外形

空氣動力設計外形即氣動外形設計，是指飛彈（飛機）各主要部件的氣動外形設計。就飛彈氣動外形設計而言，其設計內容主要包括：外形設計、有效載荷整流罩外形設計、箭體外形及級間段設計、助推火箭外形及布局設計、尾翼配置和外形設計等。

基本介紹

• 中文名：空氣動力設計外形
• 外文名：aerodynamic configuration
• 學科：航空航天
• 設計對象：飛彈、飛機、太空梭等
• 內容（飛彈）：外形、整流罩、級間段等
• 內容（飛機）：機翼、機身等

設計內容（飛機）

依據使用方主管部門立項批覆或契約對飛機的戰術技術要求，進行氣動外形設計，選擇滿足要求的氣動外形方案。氣動外形設計的主要工作有：

1. 氣動布局形式選擇；
2. 機翼平面形狀和參數選擇；
3. 機身外形和參數選擇；
4. 翼身組合體研究與選擇；
5. 尾翼(含前翼)的位置、平面形狀和參數選擇；
6. 確定外掛布局；
7. 確定和匹配全機氣動力焦點和重心後極限；
8. 氣動布局最佳化和一體化綜合設計；
9. 氣動布局計算分析；
10. 風洞試驗。

外形設計（飛彈）

在方案論證階段和初樣設計階段，根據火箭總體性能要求，與飛行軌道、姿態控制系統、載荷結構設計等進行綜合協調的前提下，進行氣動外形最佳化設計。

外形沒汁要求：

1. 火箭飛行的穩定性和機動性滿足姿態控制系統的要求；
2. 箭體上凸起物布局合理，減小滾動力矩；
3. 減小氣動阻力；
4. 減小箭體脈動壓力，滿足火箭跨聲速動穩定性要求；
5. 級間分離可靠，在滿足級間壓力和熱環境的條件下，應縮短級間段長度，減小排焰面積；
6. 捆綁助推火箭時，應在滿足總體要求前提下，儘可能提高運載火箭的穩定性和減小由助推火箭產生的阻力；
7. 外形製造簡單，工藝性好。

有效載荷整流罩外形設汁

火箭整流罩外形主要是由有效載荷尺寸決定。通常有效載荷尺寸較大，當直徑大於箭體直徑時，整流罩必然為錘頭外形。為加工方便，通常運載火箭整流罩外形採用組合錐、錐-柱-裙和錘頭形。為了減小阻力也可以採用曲線頭錐。

整流罩外形設計一般按下列原則：

1. 為減小跨聲速脈動壓力．要求相鄰半錐角的差值一般不大於15°。
2. 在綜合考慮減小阻力和減小整流罩頭尖端氣流加熱兩者利弊的情況下確定箭頭鈍度比(端頭半徑與箭頭底部半徑之比)，一般不大於0.4。
3. 為減小分離區跨聲速脈動壓力，倒錐角一般不大於10°，當結構強度允許的話，可以放大。中國長征三號B已成功的使用了倒錐角為28.5°的整流罩。
4. 為保證火箭飛行的動態穩定性，整流罩最大直徑(D)與倒錐最小直徑(d)之比不大於1.6。

箭體外形及級間段設計

火箭一般選擇圓形截面的箭體，根據總體設計要求選擇最佳長細比。對於各子級直徑不等的多級運載火箭，為減小跨聲速脈動壓力，一般要求級間段半錐角不大於15°，當尾段發動機組大於尾部直徑時，可採用擴展尾段(半錐角一般小於5°)，也可以局部加發動機罩，使用擴展尾段可使壓力中心有所後移，但增加了結構質量。

多級火箭採用熱分離方案時，在箭體上應設計級間排焰孔，開孔形式大體有如下兩類。桿式：圓桿成“V”字形布局，排焰孔面積大，易於防熱，但質量大、連線剛度差(特別是級間段長度大時)；薄壁加筋殼視窗式：在級間殼體上開周向排列的單排或多排孔，其優點是結構傳力均勻剛度好，但對同樣長度級間段，排焰面積小。

箭體外形基本為細長旋轉體，但由於箭體上需安裝天線、推進劑輸送管、電纜和反推火箭等，為了防止在飛行中受氣動力和氣動熱的侵擾，必須安裝保護罩，此保護罩形成廠箭體上的凸起物，凸起物布局及尺寸是以減小滾動力矩為原則。

助推火箭外形及布局設計

助推火箭的選形首先取決於總體方案，在此基礎上再作如下氣動選形：

1. 為了減小火箭的滾動力矩，要求助推火箭相對芯級的布局為軸對稱；
2. 助推火箭殼體與芯級殼體之間的距離要求在滿足助推火箭與芯級的連線工裝要求的前提下進行優選，使助推火箭殼體與芯級之間的干擾力有利於火箭飛行穩定性和減小干擾阻力為原則，一般取0.3m；
3. 助推火箭的長度一般綜合考慮總體要求。

尾翼配置和外形設計

火箭配置尾翼的目的是改善火箭的靜穩定度。典型尾翼安裝形式有“十”字型和“×”字型，上、下反角和安裝角為0°。如果捆綁助推火箭，尾翼安裝在助推火箭尾段外側，以提高尾翼升力效率。尾翼的平面形狀、翼型和尺寸主要是由姿態控制系統對火箭氣動特性的要求確定。

整流罩和各艙段排氣孔設計

當火箭起飛後，外界環境壓力急劇下降，隨飛行高度增加，艙內壓力與艙外壓力之差越來越大，使蒙皮承受很大的內壓。排氣孔設計應儘量提高排氣效率，而影響排氣效率的因素有排氣孔的形狀、面積、方位、位置和排氣孔處的外流條件。