中国下一代远程空空导弹,搭载双室双推固体火箭发动机

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中国下一代远程空空导弹,搭载双室双推固体火箭发动机

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AIM-7F的有效射程大致在30公里以上,美国在六十年代中期即采用该系列中距导弹,但成功率不高,随之美国开始发展射程更远,目标精度更高,所谓发射后不管的空空导弹AIM-120阿姆拉姆系列先进中距空空弹,而其也开始使用双室双推力固体火箭发动机,也就是我们之前反复强调的双室双推力固体火箭发动机。

双室双推力固体火箭发动机属于国际上70-80年代兴起的新一代固体火箭发动机,由于采用双燃烧室设计,其巡航持久燃烧药柱燃烧效率更高,支持的导弹飞行距离更远,无形中也增加了射程,相比上一代的单室双推力固体火箭发动机,其射程可以增加25-30%以上,而AIM-120的有效射程相比AIM-7F系列也增加了10-20公里。40公里加上主动导引头,这个范围基本被称为阿姆拉姆的不可逃逸区,猎物目标一旦进入了该段射程,就三代机以下来说,凶多吉少。

相比美国前一代的主动雷达制导空空弹AIM-54不死鸟导弹,AIM-120阿姆拉姆也极大减轻了重量,而AIM-54不死鸟则是主要对付低机动过载的轰炸机等目标,相比阿姆拉姆的高机动过载目标三代战斗机,当然也不可同日而语。而中国正因为搞定了双室双推力固体火箭发动机,所以才诞生了PL-12中距主动空空弹和C-701飞航式小型反舰弹等产品,所谓自助者天助。更令人欣慰的是,采用固体火箭助推冲压发动机的中国下一代远程空空弹也已是呼之欲出了。

国外中远程空空导弹发展动态

来源:军工圈

随着空中目标性能的不断提高、空战战术的不断发展以及各种新理论、新技术在空空导弹研制中的不断应用,空空导弹技术发展迅速。近年来,世界各国加大了对中远程空空导弹的重视,以美国AIM-120“先进中程空空导弹”(AMRAAM)、欧洲“流星”空空导弹、俄罗斯R-37导弹等型号为代表中远程空空导弹的发展尤为迅速,已经成为分层防空以及当前空战的主要武器。

一、发展新动向

目前,空空导弹已历经四代,形成了红外和雷达两种制导体制、近距格斗和中远距拦射两大系列。目前,现役和在研的第四代中远程空空导弹型号已有10余种,主要为美国的先进中距空对空导弹AIM-120、欧洲的“流星”、米卡(MICA)和俄罗斯的R-77和R-37导弹等。

(一)积极推进AIM-120升级与改进

从2009年以来,AIM-120D试验遇到了多个问题,主要为部分组件的可靠性问题。2011年8月,总结了AIM-120D研发过程的技术问题,包括四个性能和可靠性技术问题,3个发动机问题。四个性能和可靠性技术问题由雷声公司负责解决,包括机内测试(BIT)错误警报、GPS滤波器故障问题、由于软件问题的导弹锁定(lock-up)问题、由于软件问题引起的飞机集成问题。发动机问题引起了不可预测的批次验收测试故障,主要是装药内部热点、发动机烧传、低温条件下故障。在美国国会2014财年的指挥作战试验与鉴定(Director of Operational Test and Evaluation,DOT&E)报告中指出,从2011年11月开始,发现了ATK公司制造的火箭发动机出现多个低温性能故障,ATK公司也正在进行根本原因调查。因此,挪威防务公司Nammo成为了AIM-120D导弹火箭发动机制造商。

(二)“流星”空空导弹开始交付客户

“流星”导弹是欧洲MBDA公司研制的一种新型超视距主动雷达空空导弹,已经于2012年6月开始启动批量生产。2014年3月,MBDA公司相关负责人表示,“流星”空空导弹的研发工作已经完成,首批导弹在2013年底已经交付给两个客户。目前,主要进行“流星”导弹与不同战机的集成工作。2014年3月,瑞典萨博公司完成了“流星”空空导弹与“鹰狮”战斗机的集成工作,并进行了两次发射试验。试验中,“鹰狮”战斗机先后发射了2枚“流星”导弹,分别沿不同高度飞向目标,发射时机都选择在战机机动转弯时。此次试验展示了导弹与战机分离的安全性、导弹的远程作战能力、导弹对付机动目标的性能、战机与导弹的数据链连接以及导弹导引头的性能等。

(三)开战新一代空空导弹演示验证

近年来,美国还开展了新一代空空导弹演示验证项目,比如 “联合双任务空中优势导弹”(JDRAMD)、“三类目标终结者”(T3)项目。JDRAMD是一种兼具空空作战能力和防区外空对地攻击能力的新型导弹。美国空军曾针对该项目进行了导弹开发一体化导引头/引信系统、定向攻击战斗部和可以实现远程飞行的火箭发动机的关键技术开发,原计划在2020年前后开始服役。2012年2月,由于关键技术成熟度低,研制费用高,美国空军取消了JDRADM项目。T3是新一代多功能空空导弹,美国国防高级研究计划局(DARPA)定位其为高速、远程,可以进攻敌机、巡航导弹和地面目标(辐射源)。目前,主要在进行包括推进系统、抗干扰多模导引头、数据链、数字式制导与控制和先进的导弹战斗部等主要关键技术的研究。

另外,法国“米卡”空空导弹、俄罗斯R-77导弹、R-37导弹也均为该国导弹科技的招牌,它们不仅是本国空军的主力装备,还在国际军贸市场中具有重要地位。主要中远程空空导弹性能指标如表1所示。

表1 国外主要中远程空空导弹性能指标

AIM-120A/B AIM-120C “流星” 米卡 R-77导弹 R-37导弹 射程/km 5~70 5~100 20~100+ 63 80 230+ 弹长/m 3.65 3.65 3.65 3.1 3.6 4.15 弹径/cm 17.8 17.8 17.8 16.5 20 38 质量/kg 157 157 185 112 175 600 翼展/cm 53.3 44.5 速度/Ma 4 4 4+ 制导 主动雷达导引 主动雷达导引 中段数据链/惯性制导,主动雷达末段制导 指令、惯性和主动雷达或红外图像 惯性制导,指令和主动雷达 指令修正惯性制导,主动雷达 引信 雷达近炸/触发 主动雷达/触发 主动激光/触发 触发 推进 固体火箭发动机 固体火箭发动机 冲压喷气发动机 固体火箭发动机 固体火箭发动机 固体火箭发动机

二、发展特点

目前,中远程空空导弹的发展呈现出鲜明的发展特点,主要有:

沿袭基本型、系列化发展思路,注重后续改进型的发展。为了最大化利用空空导弹技术,国外在发展中远程空空导弹过程中沿袭基本型、系列化发展思路,对现有型号进行不断的升级、改进、派生,以适应现代战场多种作战任务的需要。美国在发展AIM-120空空导弹的过程中,就沿袭这样的武器发展思路,注重后续改进型、派生型的发展。AIM-120的系列化型号包括AIM-120A、AIM-120B、AIM-120C和AIM-120D,派生型型号主要有NASAMS(挪威先进面空导弹系统)、SLAMRAAM-ER导弹、FMRAAM导弹等。NASAMS系统采用的是AIM-120B导弹,SLAMRAAM-ER导弹采用AIM-120C的主动雷达导引头,FMRAAM导弹是在AIM-120C导弹基础上研发。美国采用这样的发展思路,节约了研制和装备成本,加快了部队装备速度。

广泛采用先进技术,风险较大。中远程空空导弹在采用成熟弹体设计技术的基础上,广泛采用先进技术,比如远距离复合制导技术、多模末制导技术、高能定向引战技术、新型电子抗干扰技术和冲压发动机技术。AIM-120D作为AIM-120的最新型导弹,采用双向数据链,提高导弹在增程时的运动性能和精度,以及导弹在大离轴角交战时的性能;采用GPS增强型惯性测量装置,该组件将提供可采用新软件算法的制导数据,以引导导弹沿着更加有效的弹道飞行;增大了不可逃逸区,比AIM-120-C7的射程提高了50%,具有高视角、大离轴发射能力。“流星”导弹集中了欧洲在空空导弹领域的所有先进技术,采用无弹翼外形、变流量涵道式冲压发动机和Ku波段脉冲多普勒导引头(带基于行波管的发射机),大部分飞行弹道采用倾斜转弯技术,交会前导弹转为侧滑转弯飞行状态,以加大其末端的机动性。导弹带有双向数据链,可通过载机或预警机进行数据更新,也可以把导弹数据传回载机。冲压发动机采用双进气道,可以降低对侧滑的敏感性。

大量新技术的采用,增强了导弹的先进性能,但同时也增大了导弹研制的风险,研制过程曲折不断,拖延了研制进度。从2005年开始,AIM-120D出现了一系列技术问题,使得AIM-120D的生产计划一再延迟。在2012财年,美国对AIM-120D的生产滞后进行了惩罚,取消了一年的生产资金预算。由于“流星”导弹采用固体火箭冲压发动机,与飞机整合方面出现了一些问题影响了项目总进度。

三、中远程空空导弹关键技术

(一)发动机推进技术

中远程空空导弹通常执行超视距打击任务,要求发动机满足空空导弹的射程要求以及先进的末段机动性能。目前,中远程空空导弹发动机推进技术方面主要有两派,一派以美国的AIM-120为代表,仍采用传统的固体火箭发动机;一派以欧洲“流星”空空导弹为代表,主张采用冲压发动机。固体火箭发动机经过改进,已经发展出具有能量可控特性的多脉冲固体火箭发动机,一定程度上能够提高空空导弹的综合作战效能。“流星”空空导弹采用了固体火箭冲压发动机,它有射程远、速度快、体积小、成本低、结构简单等许多优点,由于冲压发动机利用空气中的氧作为氧化剂,因此它比固体火箭发动机的能量高,同样体积和重量的发动机,冲压发动机能够提供两倍于固体火箭发动机的射程。

采用先进的冲压发动机技术,可以使空空导弹的射程和速度有了质的提高,但是时它也对总体设计技术、控制技术和导引技术等方面提出了新的要求:要对气动布局进行优化设计、对高速度情况下产生的热障进行克服、对控制系统的精度进行重新设计等等。这些都是制约中远程空空导弹采用冲压发动机的难点所在。“流星”导弹冲压发动机的成功研发将给冲压发动机的发展提供借鉴。

(二)发射分离技术

目前,先进的隐身战斗机如F-22、F-35均要求空空导弹实现保形外挂和高密度内挂,以不影响载机的飞行性能和隐身特性,完成飞机的作战使命。这两种悬挂方式均要求采用弹射发射方式。弹射发射就对发射分离技术提出了较高要求,必须解决载机在高速、大机动甚至超机动情况下实现载机和导弹安全分离的难题。解决该难题,关键是解决在复杂气流和大机动过载作用下的机弹分离、导弹姿态控制和发射安全,解决“发现即发射”所必须解决的技术问题。美国F-22内埋武器舱采用LAU-142/A气动液压弹射装置悬挂AIM-120C导弹。该发射装置能将AIM-120C导弹以40克的过载和8.1米/秒的速度弹出武器舱,并保证导弹以合适的姿态飞行目标。

(三)复合制导技术

中远程空空导弹普遍采用复合制导技术,提高导弹的制导精度及抗干扰能力,要求导引头具有高精度、抗干扰等性能。典型代表主要有美国的AIM-120和欧洲的“流星”等。

中远程空空导弹攻角可达30°~40°,此时导弹的升力将占全弹的60%~70%;导引头的作用距离达到15~20 km或更远。在中制导末段,载机将导弹导引到某一空域,使导弹自动捕获目标。由于捷联惯导的精度很高,再加上导引头具有搜索捕获目标的能力,因此导引头对目标的截获概率非常高。采用先进的导引体制信息处理技术,可同时攻击4~8个目标;在导引头与引信中采用有效的抗干扰措施,利用弹载计算机复杂的算法处理,可以抗各种干扰并可跟踪干扰源。主动雷达制导的优点是不需要机载雷达对目标提供射频照射,载机发射导弹后即可脱离目标,具有发射后不管的能力,而缺点是弹上设备较复杂,弹上射频发射机的体积重量受到严格限制。

四、未来发展趋势

随着科学技术的快速发展,军事作战理念和空战模式的不断变革,空中目标(如作战飞机、无人机和巡航导弹)性能的不断提高,对未来中远程空空导弹的发展提出了越来越高的要求。

(一)未来中远程空空导弹将向多用途方向发展

随着科学技术及现代空战作战理念的发展,以执行空对空任务为使命的空空导弹传统概念将发生变化,空空导弹将执行多种使命。从目前来看,未来中远程空空导弹将向多用途方向发展,目前主要有三个方向:一是多任务,即在具备空对空攻击能力的同时,还具备一定的对地、对辐射源的打击能力;二是双射程,即导弹在具备中远程拦截能力的同时,又要具备近距格斗能力;三是多目标,即导弹具有拦截隐身飞机、无人机和巡航弹等能力。

(二)未来中远程空空导弹将具备双向数据链

目前在研中远程空空导弹通过采用惯导+中制导+主动雷达末制导的制导方式。其中,中制导通常为单向数据链,用于载机向导弹提供目标信息。未来空空导弹将具备双向数据链。通过双向数据链,载机可以向导弹传递制导信息,导弹也可将自身的工作状态、运动情况和导引头截获情况等方面的信息传送给载机。“流星”导弹、AIM-120D均采用了弹载双向数据链。

(三)模块化、小型化

空空导弹各舱段模块化后,在攻击不同目标,或采用新的导引头时,只需更换部分舱段即可,因此,将降低研发费用、武器单价、后勤和支持费用。采用开放的结构,以利于导弹的渐进式升级,延长导弹的服役期。俄罗斯空空导弹R-77采用模块化结构,欧洲“米卡”空空导弹也是模块化的典型导弹。

空空导弹小型化后,战机每次出动能够搭载更多的武器,使打击的目标数量增加,提高战机的作战效能。目前微机电系统(MEMS)、纳机电系统(NEMS)等技术的发展使空空导弹的关键性元器件实现小型化、微型化成为可能,为未来空空导弹进一步向小型化发展提供了技术基础。返回搜狐,查看更多



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