降雨火箭的设计方案

以JBR-56-1降雨火箭为例，JBR-56-1降雨火箭是在“支农-1”火箭的基础上加以提高和完善的，其射高为7 630 m，有效载重321.5 g，推进剂用量1.114 kg，使用温度范围0～55℃，该火箭具有薄壳玻璃钢壳体、复合药的点火和自毁箭尾设计等特点。

1.技术指标及弹道特性

鉴于我国气象条件，雹云顶层高度在8～12 km，其中心高度在4～6 km范围。因仅在雹云中心位置播撒催化剂才能收到最佳效果，故要求火箭弹的爆炸点高度在5 km以上。由于消雹降雨作业的效果还取决于催化剂的数量和弹头炸药的爆炸威力，所以，要求弹头内有效载重物不少于250 g。

采用复合推进剂的“支农-1”火箭，其比冲值为165 s，最大飞行速度为765.9 m/s，飞行高度是小火箭中较高的一种。计算垂直射高为5 664 m，实际炸点高度为4 000余米，有效载重为250 g，全弹重为3.5 kg，载重为1.6 kg。根据理论计算弹道，垂直发射高度刚好符合设计指标要求。但因理论弹道计算是在零攻角、火箭运动保持在射击平面内的假设条件下所得出的结果，而实际情况下还有许多种因素影响。例如：

（1）由于工艺条件限制，存在着火箭推力偏心，使弹道低伸。

（2）火箭飞行中攻角不等于零，或攻角变化。

（3）工艺原因使发动机总冲存在公差，即推力的数值存在着公差，引起弹道顶点散布。

（4）聚氯乙烯硬塑管做发动机壳体，当发动机工作后受热弯曲变形对弹道的影响。

（5）引信延期时间决定了实际飞行高度，而炸点高度的散布取决于引信时间的精度。

（6）火箭结构部件重心与弹轴线处于不同轴位置所引起的重心偏航等。使“支农-1”火箭的实际飞行高度有较大损失。(www.xing528.com)

雹云目标移动速度可达每小时数十千米，冰雹形成过程的时间一般仅10余分钟，因此，要求射角在60°～80°的范围都能击中5 km以上的雹心，以期获得较长时间的“战机”和较大的作业控制面积，取得良好的作业效果。此外，催化冷云时成冰核率受环境温度的影响极大，消雹作业高度越高，环境温度越低，催化效果越好。

根据火箭垂直发射的弹道特性，被动飞行末段速度下降，火箭容易受风力干扰，故使用弹道的被动末段作业可靠性差，不宜将爆炸点位置安排在弹道顶点或降弧段，应当处于弹道升弧的直线段末，使爆炸瞬时火箭尚有200～250 m/s的速度，具有一定的抗干扰能力，以保持稳定飞行。因此，弹道高度应比炸点高得多。

综上所述，火箭垂直发射高度应设计为7～8 km。

2.设计方案

火箭的飞行高度决定于主动段末的瞬时速度Vmax的值。不计空气阻力作用，最大速度的公式表示为

式中，IS为燃料的比冲值；g为重力加速度；q0为火箭的起飞重量；qk为火箭的载重；tk为发动机熄火时间；uk为火箭的结构质量比。

Vmax值随着uk值的减小而迅速增大。可见壳体太重是影响飞行高度的主要原因，降低qk值或稍减uk值就能显著增加飞行高度。

设计时可采用玻璃钢薄壳，发动机壳体的壁厚与重量将显著减少，故射高可提高。玻璃钢壳体试验结果表明，可承受100 kg/cm2的气压；强度极限σB=1 051 kg/cm2；比强度值；最小壁厚为0.128 cm；发动机薄壳重量为252.56 g。由此计算火箭载重为1.038 kg，起飞重量为2.9 kg，结构质量比为0.358。这样，最大飞行速度Vmax值将为约1 300 m/s。因而射高可达9 000 m以上。这样的高度不仅满足设计要求，还有可能缩减总冲，减少燃料消耗来实现设计的经济指标。