结构总体设计课后习题及答案

第一章—绪论1.简述飞行器结构、结构的含义与功能。

答：飞行器结构是能承受和传递载荷并且保持一定强度、刚度和尺寸稳定性的机械系统的总称；机构是使飞行器及其部件完成规定的动作或运动等特殊功能的机械组件。

结构的功能：(1).将弹上设备和部件牢牢结合在一起构成整体，并提供气动外形；(2).为装载、设备和人员（运载火箭等）提供良好的环境条件；(3).承载全寿命周期的各种载荷，并保证飞行器始终正常工作。

机构的功能：(1).连接、固定与释放功能：如分离机构；(2).运动功能：如折叠展开机构；(3).锁定功能：到位后锁紧，完成结构功能。

2.飞行器结构设计的内容与原始条件有哪些？答：飞行器结构设计是根据设计的原始条件，构思和拟定满足各项基本要求的结构方案，进行全部零、部件的设计、分析、实验，最终提供全套可供生产的图纸和相应技术文件的过程。

飞行器结构设计的内容：(1).飞行器结构布局设计：部位安排、分离面、结构形式选择、受力构件布置；(2).选择结构元件参数：在结构布局的基础上，选择并优化结构元件尺寸和材料；(3).结构细节设计：细节精心设计、开孔、连接、圆角、机械和电气接口、口盖等。

飞行器结构设计的原始条件：(1).结构设计任务的总体设计参数：外形、尺寸、质量特性、内部装载物的相关数据与安装要求等；(2).结构的工作环境及其对结构特性的要求：自然环境、力学环境（载荷大小、性质和在结构上的分布等，以及对结构特性的要求）；(3).结构的协调关系以及由此产生的限制要求：外挂、发射装置；(4).飞行器结构的生产条件：产量和生产厂的加工能力、装配能力、工艺水平等。

3.飞行器结构设计的技术要求有哪些？为满足质量特性要求，可采取哪些措施？答：飞行器结构设计的技术要求有6个，如下(1).空气动力学要求—前提性要求：外形准确度要求（同轴度、垂直度、曲线误差、安装角等）、外形的表面质量要求（表面粗糙度、局部凹陷、突出物等）。

(2).结构完整性要求—强度、刚度、可靠性，本质性要求（▲▲）：结构设计应保证结构在承受各种规定的载荷和环境条件下，具有足够的强度、不能产生不能容许的残余变形；具有足够的刚度、满足各项结构动力学性能要求，并达到总体规定的可靠度。

(3).质量特性要求：性能先进性，主要包括质量大小的要求、质心位置要求和转动惯量要求。

(4).工艺性要求：具有良好的工艺性，便于加工、装配。

(5).使用维护要求：便于贮存、检修；合理布置分离面和舱口、维修开敞性。

(6).经济性要求：成本。

为满足质量特性要求，可采取的措施有(1).综合优化总体布局参数、合理选择结构受力形式和传力路线；(2).等强度原则设计；(3).提高空间利用率；(4).合理选择结构材料；(5).采用先进的结构；(6). 进行精确的结构分析和强度计算，进行以质量为目标函数的结构优化设计。

4.简述飞行器结构设计传统的方法及其优缺点。

答：传统的结构设计一般是根据设计任务与原始条件，根据经验或参考原准飞行器的结构，结合设计原理和设计知识进行定性分析，初步拟定结构方案。

然后以工程梁理论和结构静力学为基础，进行初步设计计算，以确定结构主要原件的尺寸。

接下来进行以静力分析为主的静强度、刚度校核。

如果满足强度、刚度要求，即认为设计合理；如果刚度、强度不够，或者设计人员认为剩余强度太大时，则修改设计，重新进行设计计算，继而再进行强度校核，直到满足强度、刚度要求为止。

优点：方法简便易行。

缺点：经验设计的成分大，对动态载荷往往用经验的动载荷系数转化为静载荷进行设计，分析精度低；只有到了校核计算时才重点进行结构动力学分析，因此，往往在动力学校核时造成返工，甚至造成设计方案的大反复；采用单个部件或部段孤立的设计模式，结构总体性被忽视。

5.火箭、导弹结构系统的研制过程一般分为哪几个阶段，各阶段的基本内容是什么？答：航天器的研制一般要经过可行性论证阶段、方案阶段、初样阶段和正样阶段等几个研制阶段，在各个研制阶段将完成不同的任务。

(1). 可行性论证阶段：可行性论证阶段是在开始正式研制过程的前期工作，主要完成综合分析、方案设想和提出关键技术研究项目等工作；(2). 方案阶段：方案阶段是航天器结构与机构正式研制工作的开始阶段，需要提出若干初步的结构与机构方案，经过多方案比较论证和初步设计，最后选择并确定完整的结构和机构的方案；(3). 初样阶段：初样阶段的重点是通过初样产品的设计、制造和试验，对航天器结构与机构的设计进行全面鉴定以及对产品所需专用地面保障设备设计的鉴定和对产品所需外购或外协零部件的鉴定或验收；(4). 正样阶段：正样阶段的重点是通过正样产品的设计、制造和试验，全面验收航天器结构与机构的飞行产品。

第二章—飞行器的载荷分析1.给出过载系数的定义和各种表达式，并说明过载系数的物理意义。

答：过载系数有三种定义，(1). 定义一：外力表达的形式，表示飞行器所承受的全部表面力的合力与飞行器的瞬时质量在地面上的称重之比，00mg G ==∑∑i iF F n 。

(2). 定义二：用质量力表达的形式，表示飞行器真实质量力是重量的多少倍，0G ∑m F =-n 。

(3). 定义三：用质心加速度表达的形式，0g -=a g n 。

物理意义：过载表示了物体实际的外力与物体重力的关系，它是用倍数的概念来表示的，是一个相对值。

过载的大小对不同类型的飞行器是不同的，它决定了飞行器的总体方案和对结构强度的要求。

2.简述导弹静载荷计算的原始依据与基本步骤。

答：导弹静载荷计算的原始依据是导弹的总体设计数据（战术技术指标、质量、质心和转动惯量、部位安排等）；气动力计算数据；弹道计算数据；动力系统数据；导弹的热环境条件等。

基本步骤：(1). 选择载荷设计情况；(2). 确定导弹上的全部作用力；(3). 确定弹体内力；(4). 对数据进行汇总、作图、分析，进行载荷比较，推荐最严重的设计情况。

3.何谓导弹的设计情况？试以地空导弹空中飞行时设计情况的选择为例，介绍设计情况的选择原则和方法。

答：将最严重的载荷情况作为结构强度计算的依据即为设计情况。

地空导弹在空中飞行的设计情况为例，其设计情况的选择原则和方法如下：(1). 选择典型弹道从众多可能的飞行弹道中选取若干受载最严重的典型弹道作为载荷计算的典型弹道，选择典型弹道一般应考虑需用过载最大弹道、干扰力和干扰力矩最大弹道；(2). 沿弹道的设计情况的选择A. 最大推力点，也即导弹轴向过载最大点；B. 导弹进入控制飞行的初始点；C. 机动飞行段的速压最大点；D. 机动飞行的终点；E. 级间分离点。

(3). 确定设计情况的方法对所选定的弹道特征带你逐点计算出它们的载荷，然后就从中选出几种受载最严重的情况作为设计情况。

4.说明弹身内力图计算的原始依据与基本步骤。

答：弹身内力图计算的原始依据是导弹的总体设计数据（战术技术指标、质量、质心和转动惯量、部位安排等）；气动力计算数据；弹道计算数据；动力系统数据；导弹的热环境条件等。

基本步骤是首先绘制全弹沿弹体坐标系的x 方向的质量分布图，根据导弹各舱段、部件和弹内设备的质量、质心位置，将集中质量直接加在有编号的各站点上，而将分布质量按均匀分布或按一定规律分布加到相应的两个站点之间，从而构成全弹的质量分布图（此图应保证各舱段和全弹的质量和质心位置不变，因为惯性力等于重力与过载的乘积），根据质量分布图即可绘出弹体上质量力分布图。

至于表面力，应该讲集中力作用在相应的站点上，将分布力（如分布气动力）按一定的规律作用在相应的两个站点中间的区段内。

可以分为轴向内力和横向内力计算。

5.什么是使用载荷、设计载荷、安全系数？答：使用载荷—正常使用状态下，在飞行器或其部件上可能承受的最大载荷，又称限制载荷； 设计载荷—使用载荷与安全系数的乘积；安全系数—用于防止载荷大于预定正常飞行条件下的可能性和设计中的不精确性，定义为设计载荷与使用载荷之比。

6.什么是剩余强度系数？如何确定剩余强度系数？答：剩余强度系数—材料的强度极限与结构最大允许工作应力之比；b σησ=为使设计安全，一般地 1.1~1.05η=。

当结构允许很小的残余变形时，η可略小于1.0；对重要接头、对人员安全有影响的高压气瓶等，η应有较大值，例如2~2.5。

对于一些结构尺寸是由刚度条件、使用要求、工艺因素等决定的原件，其η值远大于1也是允许的。

第三章—飞行器结构总体与方案设计1.试述飞行器结构总体设计的主要内容和原则。

（写出3到5个即可）答：结构总体设计也称结构方案设计，是导弹结构设计环节的第一步。

(1).内容A.与总体设计配合完成整体结构布局和设计、工艺分离面的选择，确定组成结构整体的各部件的外形尺寸；B.进行结构协调设计，确定结构与各系统详细结构的协调并形成技术文件；C.结构方案的选择和设计，如全弹质量特性分析、全弹结构的动态分析、弹结构整体受力传力方案的选择与主要受力构件的布置等。

(2).原则A.弹体结构必须满足总体设计提出的技术要求，特别是结构设计技术要求，在规定的使用条件下，弹体各部分结构都必须保证工作可靠、使用安全、维修方便；B.能够合理利用弹技术领域中的新技术和预研成果，使结构具有先进性。

C.为了达到继承性，尽可能采用通用或标准化、系列化、组合（模块）化（即“三化”）的结构和设计，以便简化和规范设计工作；D.保证导弹、火箭整体有良好的结构动力学特性；E.在制定和选择结构方案时，应充分考虑承制厂的现有工艺基础、技术能力和生产条件；F.在选择结构总体方案时，必须立足国内的物质和技术条件，尽量降低结构的研制成本，保证研制周期；G.必须严格保证弹体结构与有效载荷（包括战斗部）、控制系统。

动力系统、发射系统、运载系统等各系统的结构协调。

2.飞行器结构材料选用的原则有哪些？什么是比强度、比刚度？答：飞行器结构材料选用的原则有，(1).充分利用材料的机械性能（力学性能）、物理性能，使结构质量最小，刚度最好。

因此，最基本的原则是在满足强度、刚度条件下，使结构质量最小。

(2).选用的材料应能满足结构的技术要求。

(3).材料要满足导弹结构的环境适应性要求，具有足够的环境稳定性。

(4).所选用材料应具有良好的工艺性能。

(5).选用的材料成本要低，来源要充足，供应要方便，国产化。

(6).优先选用已有型号导弹上已应用成熟的材料。

σρ。

比强度：材料的强度极限σ与密度ρ的比值/Eρ。

比刚度：材料的弹性模量E与密度ρ的比值/第四章—翼面的结构与设计1.为什么要进行结构的传力分析？简述传力分析的基本原理与方法步骤。

答：传力分析原因—为了设计出符合设计要求的结构，必须进行传力分析，弄清结构中载荷的传力规律、定性判断结构承载特性。

传力分析含义—当支承在某基础上的一个结构受有某种外载荷时，分析这些外载荷如何通过结构的各个受力元件逐步向支承它的基础传递，此过程称为结构的传力分析。