CN112461057A

CN112461057A - 一种灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构及设计方法

Info

Publication number: CN112461057A
Application number: CN202011068185.1A
Authority: CN
Inventors: 许林; 郭军; 王力; 李凤雷; 曾树荣; 马振琨; 刘辰昕
Original assignee: Hubei Institute Of Aerospacecraft
Current assignee: Hubei Institute Of Aerospacecraft
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2040-10-08
Also published as: CN112461057B

Abstract

本发明的一种灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构，包括弹头、弹身、弹尾和四片可折叠尾翼；弹头设于弹身前端；弹身为标准圆柱体；弹尾主体采用方形体设计，弹尾前端与弹身圆柱之间光滑过渡，有利于保证气动外形的流畅性，方形的外表面有利于翼片折叠，方形体还增大了炸弹内部容积；四片可折叠尾翼沿着弹尾主体周向折叠，折叠后包络尺寸不超过弹身，能够适应圆形发射筒，此设计既可保证翼片折叠时结构更紧凑，又可保证展开时能完全突出弹体表面，更大程度地增大了翼片的受力面积，更利于提高炸弹的稳定性。本发明的气动外形布局结构具有高稳定性、高装填比，结构紧凑，特别适用于筒式发射。

Description

一种灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构及设计方法

技术领域

本发明属于灭火炸弹技术领域，具体涉及一种灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构及设计方法。

背景技术

气动布局也称为气动构型，是指空气动力面，例如尾翼，沿弹身周向及轴向相互配置的形式，翼面沿弹身周向布置形式主要有：平面型、十字型、×字型、环形、T型或改进环形。灭火炸弹是一种主要用于森林灭火的新型无控炸弹，具有成本低、可纵深灭火等特点，要求外形稳定性好、灭火剂装填多等。在炸弹外形尺寸包络被限制的条件下，目前国内尚缺乏用于森林灭火的外形气动性能稳定性高、装填比高的灭火炸弹。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构及设计方法，由此解决现有技术存在稳定性差、装填比低的技术问题。

本发明的一种灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构的设计方法，包括如下步骤：

S1、根据采用筒式发射的总体方案，灭火炸弹的尺寸包络不超过发射筒内径和筒长，确定炸弹的弹径和弹长；

S2、通过气动仿真确定尾翼结构方式，具体通过CFD仿真确定尾翼结构方式；为了保证炸弹顺利释放灭火剂，要求炸弹具有高稳定性能，如果炸弹采用固定尾翼方式，尾翼将不会突出弹身，气动仿真结果是静不稳定的，因此确定采用折叠尾翼的方式；

S3、确定尾翼折叠方式；尾翼折叠方式包括沿弹体轴向折叠和周向折叠，如果灭火炸弹采用轴向折叠方式需将尾翼折叠到弹体内，占用弹体的装填空间，产生不利影响，因此确定采用周向折叠方式；

S4、确定尾翼的形状结构；尾翼要求设计为易加工的结构，翼面采用平面形而不是卷弧形，弹尾在尺寸包络允许的条件下采用最大边长方形体，一方面作为折叠尾翼贴合面，另一方面增加装填空间，尾翼展长确定为不超过方形体最大边长；

S5、确定尾翼的其它外形尺寸；在满足步骤S1-S4外形设计方法的约束下，其它外形尺寸通过经验选定，包括尾翼根弦长(决定弹尾方形体的长度)、弹头长度及形状、弹身长度，利用气动仿真计算满足灭火炸弹弹道对气动外形静稳定度和阻力的要求。

一种灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构，包括弹头、弹身、弹尾和四片可折叠尾翼；

弹头设于弹身前端；

弹身为标准圆柱体；

弹尾主体采用方形体设计，弹尾前端与弹身圆柱之间光滑过渡，有利于保证气动外形的流畅性，方形的外表面有利于翼片折叠，方形体还增大了炸弹内部容积；

四片可折叠尾翼沿着弹尾主体周向折叠，折叠后包络尺寸不超过弹身，能够适应圆形发射筒，此设计既可保证翼片折叠时结构更紧凑，又可保证展开时能完全突出弹体表面，更大程度地增大了翼片的受力面积，更利于提高炸弹的稳定性。

进一步地，所述弹头为圆弧尖拱形，圆弧曲线半径与最大弹径的比值为1.40-1.45，长度占全弹总长的0.29-0.30；此外形依据阻力特性尽量小的原则进行设计。

进一步地，弹身为标准圆柱体，长细比为1.48-1.49；此外形依据装填比尽量大的原则进行设计。

进一步地，所述弹尾主体采用方形体，沿弹轴截面为正方形，长宽高比例1:1:1.14-1:1:1.15；此外形依据折叠尾翼的大小要求过渡流畅的原则进行设计。

具体地，所述四片可折叠尾翼沿着弹尾主体周向折叠，采用×字型布局。每片可折叠尾翼的前缘后掠角为28-30度，展弦比为0.85-0.90，根梢比为1.4-1.5；在外形包络尺寸限制条件下，此外形依据静稳定度满足总体需求的原则进行设计。

具体地，所述每片可折叠尾翼包括翼片、转轴和扭簧，扭簧和翼片穿过转轴且扭簧内埋在翼片上，内埋扭簧的翼片能够绕转轴进行横向折叠，可折叠尾翼的转轴固定在弹尾主体安装孔座上，弹尾主体安装孔座设计可压缩弹簧斜面锁销，可压缩弹簧斜面锁销具备与翼片锁销孔对正后可在弹簧作用下使锁销进入锁销孔内实现翼片锁定的功能；炸弹装筒时，手动将可折叠尾翼折叠90°，装入发射筒后折叠尾翼与发射筒内壁贴合实现限位，弹尾主体安装孔座的锁销在弹簧的作用下处于弹出状态；折叠尾翼完全出筒时刻，在扭簧的作用下展开，并压缩锁销；折叠尾翼展开到位时，锁销与翼片上的锁销孔对正，锁销在弹簧的作用下进入锁销孔内，实现翼片的锁定。

本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.高稳定性：在只容纳弹身包络的圆形或方形发射筒的限制条件下，本发明折叠翼展是固定翼展的1.4倍以上，大的翼展可更大程度地增大翼片的受力面积，带来良好的稳定效果；

2.高装填比：弹尾主体采用方形体设计与以往圆形体相比，增大了炸弹内部容积，可以装填更多的灭火剂。在同样有效载荷条件下，为保证同样的稳定性能，方形体设计全弹长度减小了约20％，而更小的弹长可以为系统减小更多的消极载荷，全弹重量得到优化，产品性能得到提升；

3.结构紧凑：四片可折叠尾翼沿着弹尾主体周向折叠，折叠后包络尺寸不超过弹身，既可保证翼片折叠时结构更紧凑，又可保证展开时能完全突出弹体表面，特别适用于筒式发射；而且更大程度地增大了翼片的受力面积，更利于提高炸弹的稳定性。

总之，本发明能够使炸弹具有高飞行稳定性能、结构紧凑、内部容积大的特点；同时装填比的提高使炸弹质量轻，十分有利于存放、运输和发射。

附图说明

图1为本发明的展开状态主视图；

图2为本发明的展开状态后视图；

图3为本发明的折叠状态主视图；

图4为本发明的折叠状态后视图；

图5为本发明的尾翼构造示意图。

其中：1-弹头，2-弹身，3-弹尾，4-折叠尾翼，5-翼片，6-扭簧，7-转轴，8-尾翼主体安装孔座，9-最大边长。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明提供一种灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构的设计方法，其特征在于包括如下步骤：

S2、通过气动仿真确定尾翼结构方式，具体可以使用CFD进行仿真；为了保证炸弹顺利释放灭火剂，要求炸弹具有高稳定性能，如果炸弹采用固定尾翼方式，尾翼将不会突出弹身，气动仿真结果是静不稳定的，因此确定采用折叠尾翼的方式；

利用前述本发明提供的设计方法设计的灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构，可以满足灭火炸弹筒式发射需要，

包括弹头、弹身、弹尾和四片可折叠尾翼；各部件位置关系见图1及图2；

弹头设于弹身前端；

弹身为标准圆柱体；

所述弹头为圆弧尖拱形，圆弧曲线半径与最大弹径的比值为1.40-1.45，长度占全弹总长的0.29-0.30；此部分外形依据阻力特性尽量小的原则进行设计。

弹身为标准圆柱体，长细比为1.48-1.49；此部分外形依据装填比尽量大的原则进行设计。

所述弹尾主体采用方形体，沿弹轴截面为正方形，长宽高比例1:1:1.14-1:1:1.15；此部分外形依据折叠尾翼的大小要求过渡流畅的原则进行设计。

所述四片可折叠尾翼沿着弹尾主体周向折叠，采用×字型布局。每片可折叠尾翼的前缘后掠角为28-30度，展弦比为0.85-0.90，根梢比为1.4-1.5；在外形包络尺寸限制条件下，此部分外形依据静稳定度满足总体需求的原则进行设计。

所述每片可折叠尾翼包括翼片、转轴和扭簧，扭簧和翼片穿过转轴且扭簧内埋在翼片上，内埋扭簧的翼片能够绕转轴进行横向折叠，可折叠尾翼的转轴固定在弹尾主体安装孔座上，弹尾主体安装孔座设计可压缩弹簧斜面锁销，可压缩弹簧斜面锁销具备与翼片锁销孔对正后可在弹簧作用下使锁销进入锁销孔内实现翼片锁定的功能；炸弹装筒时，手动将可折叠尾翼折叠90°，装入发射筒后折叠尾翼与发射筒内壁贴合实现限位，弹尾主体安装孔座的锁销在弹簧的作用下处于弹出状态；折叠尾翼完全出筒时刻，在扭簧的作用下展开，并压缩锁销；折叠尾翼展开到位时，锁销与翼片上的锁销孔对正，锁销在弹簧的作用下进入锁销孔内，实现翼片的锁定。

下面结合一个具体实例详细说明本发明灭火炸弹气动外形的应用：

请参照图1-图4，本发明涉及的紧凑型大展弦比气动外形结构包括圆弧尖拱形弹头、圆柱截面弹身、方形体弹尾和可折叠尾翼(“×”字分布)。

弹头为圆弧曲线旋成体，形成尖拱形，圆弧曲线半径与最大弹径的比值为1.40-1.45，弹头长度占全弹总长的0.29-0.30；弹身为标准圆柱体，长细比为1.48-1.49；弹尾主体采用方形体，沿弹轴截面为正方形，长宽高比例1:1:1.14-1:1:1.15，弹尾前端与弹身圆柱之间光滑过渡；四片可折叠尾翼沿着弹尾主体周向折叠，折叠后包络尺寸不超过弹身，每片可折叠尾翼的前缘后掠角为28-30度，展弦比为0.85-0.90，根梢比为1.4-1.5。

请参照图5，可折叠尾翼包括翼片、转轴和扭簧，可折叠尾翼与弹尾主体通过主体上的安装孔座相连。装发射筒后，翼片在发射筒的约束下处于折叠状态；出发射筒后，翼片在扭簧的作用下快速展开并锁定，从而使炸弹稳定飞行。

具体地，在本应用实例中，弹头圆弧曲线半径R500mm，弹头长度380mm，弹径350mm，弹身长度520mm，弹尾方形截面边长240mm，弹尾方形体长度210mm，全弹总长1300mm，全弹长细比(总长与弹径之比)为3.7；尾翼根弦长186m，展长160，展弦比(展长与弦长之比)0.86。

对上述具体应用进行了CFD仿真，静稳定度约20％，阻力系数较小，由此可见本发明设计方法设计的外形，整体气动性能优秀。

Claims

1.一种灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构的设计方法，其特征在于包括如下步骤：

S2、通过气动仿真确定尾翼结构方式；为了保证炸弹顺利释放灭火剂，要求炸弹具有高稳定性能，如果炸弹采用固定尾翼方式，尾翼将不会突出弹身，气动仿真结果是静不稳定的，因此确定采用折叠尾翼的方式；

S5、确定尾翼的其它外形尺寸；在满足步骤S1-S4外形设计方法的约束下，其它外形尺寸通过经验选定，包括尾翼根弦长、弹头长度及形状、弹身长度，利用气动仿真计算满足灭火炸弹弹道对气动外形静稳定度和阻力的要求。

2.根据权利要求1所述的设计方法设计的一种灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构，其特征在于包括弹头、弹身、弹尾和四片可折叠尾翼；

弹头设于弹身前端；

弹身为标准圆柱体；

3.根据权利要求2所述的灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构，其特征在于所述弹头为圆弧尖拱形，圆弧曲线半径与最大弹径的比值为1.40-1.45，长度占全弹总长的0.29-0.30。

4.根据权利要求2或3所述的灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构，其特征在于弹身为标准圆柱体，长细比为1.48-1.49。

5.根据权利要求4所述的灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构，其特征在于所述弹尾主体采用方形体，沿弹轴截面为正方形，长宽高比例1:1:1.14-1:1:1.15。

6.根据权利要求5所述的灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构，其特征在于所述四片可折叠尾翼沿着弹尾主体周向折叠，采用×字型布局。每片可折叠尾翼的前缘后掠角为28-30度，展弦比为0.85-0.90，根梢比为1.4-1.5；在外形包络尺寸限制条件下。

7.根据权利要求6所述的灭火炸弹紧凑型大展弦比气动外形布局结构，其特征在于所述每片可折叠尾翼包括翼片、转轴和扭簧，可折叠尾翼与弹尾主体通过主体上的尾翼主体安装孔座相连。