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长剑-100打击过程简析:临近空间做游戏 巡航突防都不易

2019-10-10 08:26:15
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作为火箭军第一款超声速巡航导弹,长剑-100是如何做到在兼顾高速突防的同时,获得比长剑-10/10A更远的射程的呢?咱们以其飞行过程为例,胡诌一番。

无论是陆基型还是空射型,长剑-100在进入巡航段飞行之前,同样需要助推器加速。而其冲压发动机不同于涡喷/涡扇发动机的工作需求,决定了这个助推器需要比长剑-10/10A的助推器更加强大,足以让导弹达到M2-3的高速,才能使得长剑-100的冲压发动机正常启动。

虽说更大更重的长剑-100很难像长剑-20那样,在轰-6K平台上挂4-6个;但就算像轰-6M挂长剑-20那样挂两枚,也是对现有打击能力很好的补充

虽说更大更重的长剑-100很难像长剑-20那样,在轰-6K平台上挂4-6个;但就算像轰-6M挂长剑-20那样挂两枚,也是对现有打击能力很好的补充

从外观看,长剑-100的发射车在宽度上相比长剑-10/10A变化不大,但其备弹量从3变2,意味着导弹发射筒至少粗了一半。在800mm-1000mm这个弹径等级上,已经应用在国产多型战术弹道导弹上的固体燃料火箭发动机技术非常成熟,也不需要外挂额外的小型助推发动机,增加多余的阻力和重量。

长剑-100打击过程简析:临近空间做游戏 巡航突防都不易

根据雨刷党山猫的分析,从参照物来看,长剑-10A(下)和长剑-100的底盘宽度大差不差

根据雨刷党山猫的分析,从参照物来看,长剑-10A(下)和长剑-100的底盘宽度大差不差

说到尺寸,就想起不少朋友这两天讨论的话题——长剑-100能否塞到052D/055型驱逐舰的通用垂发单元里头。这得说清楚,由于导弹技术指标要求较高,使其直径有些“超标”,导致长剑-100无法容纳于现有的垂发单元。加之海军选择在下一代高超声速远程反舰/对陆攻击导弹之前,继续采用鹰击-18的对陆攻击型号作为过渡,长剑-100也就没必要往垂发里“委屈”了。

长剑-100打击过程简析:临近空间做游戏 巡航突防都不易

远程打击武器技术路线的事儿,各个军种都有其不同的考虑,或者因趋同而一拍即合,或者因不同而分道扬镳

远程打击武器技术路线的事儿,各个军种都有其不同的考虑,或者因趋同而一拍即合,或者因不同而分道扬镳

当助推发动机完成使命脱落之后,就需要接力工作的冲压发动机将导弹边加速边推到给定巡航高度和速度开始巡航。而在这段航迹中,有两个相互矛盾、但对导弹来说都十分重要的指标:一是飞行时间,对于以快取胜的超声速巡航导弹来说,早一秒进入巡航段,就多一分突防成功的概率;二是耗油量,能在这段加速爬升、燃料消耗非常剧烈的航迹中,省下一些燃料用于巡航段飞行,也能为导弹的航路规划留有更大余地。

对于超声速巡航导弹来说,采用最优耗油量的弹道,其耗油量一般比采用最优飞行时间的弹道少20%左右,但在型号研制时也不可能只考虑耗油量最优这一点;这就使得,这段全长往往仅占导弹射程几十分之一的航迹,成为导弹设计师们优化设计时的重点之一。

爬升段、俯冲段和下滑段,合一起也就占导弹射程的十分之一,但如果这部分的控制律设计不好,对导弹的整体性能影响可就不是10%那么简单了(图里是另一类型号)

爬升段、俯冲段和下滑段,合一起也就占导弹射程的十分之一,但如果这部分的控制律设计不好,对导弹的整体性能影响可就不是10%那么简单了(图里是另一类型号)

进了巡航段,能飞多快当然也是一个很重要的指标。理论上说,当飞行器的马赫数在3-5之间时,亚燃冲压发动机的效率都要高于超燃冲压,这就使得大家对长剑-100的巡航速度往往也会跟着往高了猜,认为可以达到5马赫。

但这种效率比较,只是对比某个特定速度值的情况,飞行器的加速过程是不可能不经过3马赫、4马赫,就直接从零变成5马赫的。受结构原理的影响,当飞行器的马赫数达到4并继续加速时,亚燃冲压发动机的工作稳定性会严重下降,无法兑现理论上的效率优势;在高度20乃至30千米以上,适合巡航但大气压力极低的临近空间更是如此。所以采用亚燃冲压发动机的长剑-100,其巡航速度不会超过4马赫太多,根据目前5马赫的“高超门槛”定义,它还不能算是高超武器。

是不是一下子就有了过气网红的挫败感?

是不是一下子就有了过气网红的挫败感?

在临近空间巡航飞行的长剑-100,发动机在这种低压环境中工作,还要克服更多困难。为了规避敌反导系统,长剑-100在弹道中段仍需要足够的机动能力,这就要解决液体燃料冲压发动机在机动飞行时容易熄火的问题。要克服这一痼疾,除了尽可能改进结构,增加燃烧室工作的稳定性之外,还需要具备多次点火技术,使得一旦出现熄火的极端情况,发动机还能够再次点火。

虽然大气远比普通亚燃冲压超声速导弹的工作环境稀薄,但对于高马赫数的亚燃冲压发动机来说,传统的烧蚀冷却方式也不能满足要求了,往往需要更完善的内外部热防护方案

虽然大气远比普通亚燃冲压超声速导弹的工作环境稀薄,但对于高马赫数的亚燃冲压发动机来说,传统的烧蚀冷却方式也不能满足要求了,往往需要更完善的内外部热防护方案

稀薄的大气环境,也需要导弹在高升阻比上继续下功夫。之前咱们曾经说过长剑-100采用的小展弦比梯形弹翼,而其至今仍然“犹抱琵琶半遮面”的进气道布局,其实也有蛛丝马迹可寻。根据国内的评估,“宝石”、CX-1等型号的头部进气方式,尽管结构简单、阻力较小,但内部可用空间不足、对升力贡献也较小,并不适合在临近空间内的长时间飞行环境。

布拉莫斯刚出来的时候,当时媒体对它还是相当关注的,咱们现在也基本过了这个需求阶段了

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换言之,我们需要的头部进气,不仅需要保持阻力小的优势,同时也需要在巡航状态下辅助产生一些升力;在满足冲压发动机进气要求的同时,还需要形成足够的内部空间,不仅可以容纳导弹的制导组件,也为提升导弹突防效能的主动电子战设备提供安身之处。

长剑-100打击过程简析:临近空间做游戏 巡航突防都不易

另外,相比鹰击-12这类战术级亚燃冲压飞行器,长剑-100更远的射程和更大的速度调节区间,也需要其进气道和尾喷管具备更加精确的可调节能力,使其在任何工作状态下都有最佳的几何结构。这不仅对导弹的控制系统又提出了更高的要求,这些可调结构的复杂性和增重程度也需要控制在可接受的范围内。

不过相比固定几何结构设计,当进气道和尾喷管配合调节得当时,在临近空间高度大马赫数下工作的冲压发动机,性能甚至有望获得近50%的提升

不过相比固定几何结构设计,当进气道和尾喷管配合调节得当时,在临近空间高度大马赫数下工作的冲压发动机,性能甚至有望获得近50%的提升

在最适合巡航的临近空间飞上小半个点儿(途中还需要对导弹迎角保持严格控制),终归也得往地/海面上砸——以后要砸空中目标也不是不行,但这就不是咱们今儿讨论的范围了。要完成这个过程,意味着导弹要在极短的时间内从巡航状态改为高速俯冲突防,此时还是一个老问题:临近空间大气太稀薄,如果此时气动控制面效率低下,往往会导致气动力响应时间偏长,无法在进入稠密大气之前及时调整姿态,进而影响命中精度。

因此,除了尽可能强化舵机的控制效能(尽管在弹体上“螺蛳壳里做道场”,往往会导致气动组不喜欢的额外整流罩出现)之外,采用在导弹等航天器上较为成熟的侧向姿控脉冲发动机技术,形成直接力/气动力复合控制,快速产生导弹调姿所需的转动力矩,也是一个可能的选项。

如果将其高突防速度与精确控制能力相结合,超声速巡航导弹在精确打击加固目标时也有着独到的优势

如果将其高突防速度与精确控制能力相结合,超声速巡航导弹在精确打击加固目标时也有着独到的优势

作为火箭军的最新“撒手锏”,长剑-100还有很多秘密没有揭开。以上谈到的,也仅仅是这款“高动态临近空间飞行器”研制难点中的一部分;总之,为了实现阅兵解说词中的“精度高、射程远、反应速度快”这11个字,巡航人为之付出的漫长而艰辛的努力......也许若干年后,会在央视的纪录片里解密一些吧。

“长剑在手,敢缚苍龙!”超声速巡航导弹在打击时间敏感目标和加固目标等方面,可谓融合了传统巡航导弹和弹道导弹的部分优势

“长剑在手,敢缚苍龙!”超声速巡航导弹在打击时间敏感目标和加固目标等方面,可谓融合了传统巡航导弹和弹道导弹的部分优势

作为一款在2015年抗战胜利70周年阅兵前就已进行过多次试射的导弹,长剑-100为什么还要再经历4年的磨砺,才得以在共和国70岁华诞的大典上亮相?打造飞行过程空前复杂、技术难点层出不穷的大国重器,更加需要“零容忍”般的责任和担当。

长剑-100发射筒尾部的喷流折板,显示出它已经是一型细节逐步完善的新型装备

长剑-100发射筒尾部的喷流折板,显示出它已经是一型细节逐步完善的新型装备

我们如今正处在眼花缭乱的“水漂弹”引领的“高超冲击”时代,相比之下,外观上颇为“冷战风范”的长剑-100确实显得有些质朴。然而在通往国防现代化尖端科技的殿堂上,有很多看似平淡的风景也值得驻足留步:比如当我们审视长剑-100这件在超燃冲压时代之前打造出的作品时,就理应致以足够的敬意。

这个时代如此喧嚣,低调铺路等待高超~

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责任编辑:傅鑫 CM033
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