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观点 2019-03-26 08:03

导弹技术趋势:高超声速导弹发展及高速飞行面临的挑战

郭道平 摘自 英国国际战略研究所网站

2019年3月11日,英国国际战略研究所(IISS)网站发布题为“Trends in Missile Technologies”的博客文章,作者是军用航空航天高级研究员道格拉斯·巴里。博文评述了导弹技术领域的发展,涉及导弹的军备控制、速度、准确性和扩散等几个方面。其中高超声速导弹发展及导弹高速飞行面临的挑战如下:

中国、法国、印度、日本、俄罗斯、美国和英国都对极高速巡航导弹和/或滑翔导弹(HGV)感兴趣。俄罗斯声称其“先锋”高超声速滑翔导弹现已投产并将于2019年入役。滑翔式弹头将首先装于UR-100NUTTH(SS-19“花岗岩”)洲际弹道导弹,而后继的“萨尔玛特”重型洲际弹道导弹将于本世纪20年代初列装。与此同时,中国已经测试了美国情报界所认定的WU-14,有时也被称为DF-ZF。中国不迟于2014年就开始对HGV进行试飞,似乎像俄罗斯导弹那样已接近入役。美国也在考虑发展HGV,以便为其常规快速全球打击野心提供部分解决方案,并且在谋求几种极高速导弹系统。

俄罗斯的极高速巡航导弹系统,包括战术导弹公司在研的GZUR(高超声速导弹)。据报道,这是一种6马赫的大型空射对地攻击导弹,射程约1500公里。3M22“锆石”高速反舰巡航导弹也在开发之中。同样,这种武器的速度据报道约为6马赫。两者都可以在本世纪20年代初入役。虽然高超声速吸气式推进装置通常与超燃冲压发动机(超声速冲压喷气发动机)相关联,但高效的超燃冲压喷气发动机才能维持高达6马赫左右的速度。冲压喷气式发动机和超燃冲压发动机的主要区别,在于冲压喷气发动机的燃料是在亚声速气流中燃烧,而超燃冲压发动机的燃料是在超声速气流中燃烧。虽然冲压喷气发动机和超燃冲压发动机在机械构造上很简单,但在超声速气流中维持燃烧对设计的要求是相当高的。

虽然中国已开发出YJ-12超声速反舰巡航导弹,但迄今为止只展示并列装了亚声速对地攻击巡航导弹。就对地攻击巡航导弹而言,北京有可能试图跳过超声速系统,而是在未来10年内推出5马赫以上的武器。

北京和莫斯科还在研制空射弹道导弹。俄罗斯的“匕首”似乎以9M723(SS-26 Stone)短程弹道导弹系列为基础。与此同时,中国正在开发被美国国防部称为CH-AS-X-13的空射弹道导弹。据报道,该导弹是中国正在追求的至少两种空射弹道导弹计划之一。 CH-AS-X-13与反舰任务有关,以航空母舰为主要目标。俄罗斯的“匕首”似乎用于打击海上和地面目标。

在亚太地区,印度和日本都在开展高超声速巡航导弹研究项目。德里的高超声速技术演示飞行器(HSTDV)旨在探索极高速飞行所需的技术,而与俄罗斯合作的所谓“布拉莫斯”2项目也与5马赫以上的导弹有关。日本2019年预算申请也包括对高超声速巡航导弹技术研究的投资。

在欧洲,法国正致力于以冲压喷气发动机为动力装置的ASMPA空射核巡航导弹的后继弹。超过5马赫、被称为ASN4G的导弹可能是竞争者之一。

导弹高速飞行面临如下挑战:

动力装置

?在低马赫数下,于高马赫数时有效的推进配置效率不高。在很宽的飞行包线内工作需要在效率或组合系统方面进行折衷。

?存在采用组合发动机或火箭助推装置的可能性,但其机械构造复杂——昂贵且沉重。

?有各种推进装置选项。如上所述,采用两者的组合可能是最佳答案。

火箭

- 液体推进剂难以储存。

- 工作包线极宽,包括轨道飞行,但在低速时效率不是很高。

- 固体火箭发动机在飞行过程中无法调整推力。

冲压发动机——发动机利用前进运动压缩迎面气流,之后燃料在亚声速气流中燃烧

- 在1马赫以下时效率极低。需要辅助才能达到启动速度。

- 最佳工作速度在2-4马赫。除了非常特定的速度和高度组合,在其优化范围之外时效率不高。

- 由于燃烧室内的激波效应,超过6马赫时效率非常低。

- 需要经过大量的测试和验证。

超燃冲压发动机——发动机利用前进运动压缩迎面气流,之后燃料在超声速气流中燃烧

- 燃料只能在超声速气流中燃烧。

- 使用氢燃料和可变几何形状进气道,它可以在4-15马赫以上工作。

- 轨道飞行时低效。有飞行高度限制。

- 大部分未经测试——仍存在许多研制挑战

制导

?高速效应限制了可选的制导方式

o光电和射频导引头的工作受导弹前方产生的等离子体的阻碍

o远程飞行时惯导系统精度降低

o卫星校正导航易受干扰/欺骗

o弹尾中继制导装置易受干扰

空气动力学

?在低马赫数时,适合高马赫数飞行的升阻比(L / D)布局气动效率不高。需要在气动效率上进行折衷处理。

?结构需要较薄以降低阻力,但它们更难以热效应防护。

?激波附面层导致气动加热达到极端温度。

o 洛马公司测试飞行器的表面温度高达2000℃。

o铝合金和钛合金已不适合。可能必须使用陶瓷。

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