|
本帖最后由 晨枫 于 2019-10-4 18:16 编辑 U4 r: s. q) h9 w1 }
* V, e5 y: b. x% W! c
东风-17在国庆阅兵上展现后,人们对水漂弹和滑翔弹的兴趣空前高涨,桑格尔弹道、钱学森弹道、全程滑翔也走出了航天科技的象牙之塔,走入寻常百姓家。9 B Q$ V8 I) o: \: o. B2 S
2 q- h; R A" ?0 t! f1 Z
$ G3 {: ?! h* }桑格尔弹道、钱学森弹道、全程滑翔
) u1 a5 e/ M( B/ A( u; u) ]! D' U
8 \, J- y: \: o4 K0 v3 w8 h弹道导弹的精彩之处在于大气层外。出了大气层后,没有空气阻力,弹道导弹不仅速度很快,还可以飞很远。但弹道导弹的抛物线弹道在发射时就确定了,对方如果能早早探测到初始弹道,就可以相当精确地推算出其余的弹道,这是反弹道导弹的基础。这也是大气层外没有空气阻力的坏处:很难改变弹道,各种机动再入弹头技术改变弹道的能力很有限。# |; |9 n; s4 A- S* R2 u
1 F- Y2 J. H' W桑格尔弹道、钱学森弹道、全程滑翔都是对简单弹道的改进,出发点不同,特点也不同。
; C! x# y" f( d) l& S4 k& N6 q" |4 ~1 P& o# Q) _
桑格尔弹道也称水漂弹,利用重返大气层时空气密度骤然增加的特点,适当控制再入角度,形成水漂,弹回大气层外。根据初始弹道和速度的不同,这样的水漂可以只有一次,也可以有几次,最后一次不再弹起,而是转入大气层内自由下落,或者受控滑翔,直至击中目标。
& w2 v3 E$ |5 E" @! Q2 ?( T& h% ]- c R
这个设想最初在1941年由德国人(其实是奥地利人,那时已经并入德国了)欧根·桑格尔提出来的,所以也称桑格尔弹道。桑格尔最初的意图是研制火箭动力轰炸机,从德国起飞,越洋攻击纽约,然后在太平洋日本控制区滑翔降落。当然这构思过于超前了。: ^2 ~5 T$ r3 @
* O0 v; O& [5 f4 @ v" L5 Z
桑格尔弹道的初始弹道就是简单弹道,是可预测的。在每一次弹起时,都相当于又一次弹道飞行。弹起的速度、角度、“弹道弧”的长度都是可以计算的,所以依然是可以预测的弹道,只是比简单的抛物线弹道复杂一些。不过要是对再入姿态控制得当,比如说,带一点侧倾,桑格尔弹道是可能在每一次弹跳时转向朝背朝的方向的。这不可能是90度急转弯,但由于速度快、射程远,哪怕10度转弯也可显著改变弹着点。不过每次弹跳起来后,依然是一段弹道飞行。& f! [+ t) ]& B- x! o3 e5 \
$ d* J& l8 |6 \& [" ^9 I7 b
最后一次进入大气层后,如果是自由下落,依然是可以预测的弹道。如果是滑翔,那就是完全机动的。. x* V% L( n7 C1 F& K+ L
6 F7 A0 D: G2 w c7 K7 m2 ~
桑格尔弹道的精度是个有趣的问题。末段自由下落的经典桑格尔弹道的精度可能还不及简单弹道,因为每一次弹跳都可能由于各种大气因素而影响精度,最后的累计误差可以很可观。但要是末段有制导滑翔的话,只要还有足够的剩余动能,精度就相当于制导炸弹,只是速度也相当于制导炸弹,没有弹道导弹的高速再入了。
/ V) b( c; W2 _' @" I9 I1 e
* ^: Z3 e3 i1 D, [5 R. f; o桑格尔弹道的初衷是利用水漂增程,但进入角有一定限制,大角度下来就是扎猛子了,打不了水漂。这决定了初始弹道相对低平,纯弹道射程大不了。对于纯弹道射程本来就不足的纳粹德国时代,这不是问题。但现代火箭技术发达了,纯弹道就可以达到洲际射程,用桑格尔弹道增程就有点提不起兴趣。但技术条件也不一样了,在每次弹跳的时候可以重启火箭发动机,加速弹出,增加后续射程,还是可以用较小的火箭发动机达到较大的射程,但这要求用便于多次启动的液体火箭,而除印度以外,中短程导弹已经基本上固体化了。所以桑格尔弹道现在较少见。
4 `% {" h! |' D# p; r. t9 J6 A/ Y# B! t" F7 ^& V5 {, P4 A1 N
每一次弹跳实际上都要在大气层上层边缘“浅游”一段,才能在反弹力和空气浮力作用下完成弹跳。这一段距离正好可供吸气式发动机趁机工作一段时间,加一把速,大大增加射程,但这已经不是经典意义的桑格尔弹道了,而是动力-滑翔的混合桑格尔弹道,而且要等超燃冲压技术过关才行,现在还做不到。1 M# F2 X4 l/ i/ w; W
" z# w3 h1 Z1 F$ l9 O" W
在飞行器构型上,桑格尔弹道可用前段尖锐、后端略微张开的双锥体实现,锐度较低的后“裙体”是产生弹跳的关键,但在技术上容易实现,轴对称的外形也使得设计和分析相对简单。不过要“转弯弹跳”的话,就不能用这样的简单轴对称飞行体,而需要更复杂的气动外形。
* _- ^; i3 ], r6 E6 d
- p. |4 |" y1 Z9 z钱学森弹道当然是钱学森在1949年加州理工学院喷气推进实验室期间提出的。这是基于桑格尔弹道的改进弹道,在第一次再入后,不再弹起,而是直接转入滑翔,直到击中目标,所以也称助推-滑翔弹。
1 P; M6 T' A' `! ^
% O) }9 n1 c; {! k* R与桑格尔弹道相比,水漂的增程作用得不到利用。滑翔的空气阻力影响大于水漂阻力,所以射程也受到损失。但远距离滑翔的机动范围大得多,命中点可以与初始发射方向相差很大,末端速度的控制余地也比桑格尔弹道更大、更精细。由于滑翔比水漂更可控,末端自由下落的话,命中精度高于桑格尔弹道,末端为有制导滑翔的话,命中精度与桑格尔弹道相当。4 b' ?% ~+ }/ {; s! n* k4 r
% Q3 O' Q1 I, G% i- [) N
从弹道可预测性来说,初始的弹道段依然是可预测的,以后的滑翔段则是不可预测的。但弹道段顶点依然很高,便于对方远程预警,这一点与桑格尔弹道相同。另外,初始的弹道段也需要相对低平。与桑格尔弹道一样,在滑翔段可以再次启动火箭发动机加速,或者在超燃冲压成熟后采用动力-滑翔交替的方式增加射程。5 Q4 N3 O9 [5 _9 }8 p6 v4 E
5 q" ^9 I3 e+ A C7 l! R$ {) [
美国的诸多高超音速武器(如AHW家族)基本上都是钱学森弹道。这也是超燃冲压最初实用化的最可能构型,因为超燃冲压需要首先达到M5-6的高超音速才能启动,钱学森弹道在再入点通常满足这个要求。
8 p5 F0 u4 t, ~3 |/ ^" p" O
9 W. h5 v- o. P1 ~5 \* G ?在飞行器构型上,钱学森弹道的升阻比要求比桑格尔弹道要高,但双锥体依然适用,不过需要增加一些短小的弹翼,以提供额外的滑翔升力。
! V! b( T$ o. @& c% k
' S) R# Q- L! V( O. z8 s
$ j5 ~* s& r, y# `
东风-15B是中国第一种公开的采用双锥体的导弹,这是早期的双锥体,先钝后锐
6 O, _5 E. [4 V. R1 E
6 d* L2 `- p# V9 l) ?
9 r7 x$ C+ N$ V) b# k' U& j8 f8 h美国正在研制的AHW家族也是双锥体,这是更先进的双锥体,先锐后钝,升阻比更高
9 B& j' y; J2 h1 F; D
B' o& _" N" F$ f
6 I) a# u$ Y y( R( i与简单弹道(蓝)相比,滑翔(红)可以大大增加命中点的灵活性和不定性
* I# s; V: y/ X; o5 @8 a9 k: h
+ ]; W/ {0 a) V' T. A" D全程滑翔比钱学森弹道更进一步,在上升段快要出大气层时就关闭火箭发动机,在重力的作用下自然停止上升,然后转向,火箭发动机二次启动,水平加速,直到关机、转入滑翔,或者采用超燃冲压的动力-滑翔交替方式,以后的弹道与钱学森弹道相同。( _6 Y5 }+ S1 g+ J, r
s4 T* R7 n! A- s. b3 o
全程滑翔也称滑翔弹,关键在大气层内起滑,初始弹道只有上升段,弹道顶点低,难以远程预警,而且弹道全程不可预测,极大地增加了反导的难度。反过来,全程滑翔受空气阻力的影响也更大,射程损失更大。- z6 G2 o+ }4 ~: ~& ?4 f
8 q0 l( W' l2 D5 r& P* c1 R8 t+ ^; _
在飞行器构型上,全程滑翔的升阻比要求最高,必须采用箭簇形的扁平升力体,设计和分析的要求大大提高。% a& U0 T* e( q. q; U
" a. Z& o1 N: L& P# b0 b$ f: E
0 \* X+ J8 |: h" K
2 ]5 b" C& Y+ R" Z3 j2 ?3 y. [7 @
/ o) x$ a' V' m$ V9 `- y% |3 H2 s东风-17是扁平升力体,而且这不是在研的,而是已经部署的
8 d, m" y7 Z. u* u
9 E2 |" G3 ?/ R据认为,东风-17是全程滑翔,在技术上代表当前高超音速导弹技术的最高水平。1 ?; g `0 M: B9 J( \) O6 V
|
评分
-
查看全部评分
|