您的位置:必发88 > 军事新闻 > 为啥战斧,长剑这样的巡航导弹只有6-7米长,却

为啥战斧,长剑这样的巡航导弹只有6-7米长,却

2019-10-21 15:00

问:为啥战斧,长剑这样的巡航导弹只有6-7米长,却有2500千米左右的射程,用的什么发动机? 怎么延长导弹的射程?

▼这张照片中支架上有一台航空发动机,很多人可能会嘀咕:这航空发动机怎么这么小?在油管上经常观看视频的航模爱好者则肯定会说,这肯定是国外有钱土豪自己给航模制作的小型涡轮风扇发动机。其实,图中的这台迷你涡轮风扇发动机是一台彻头彻尾的军用发动机,是美国ALCM空射巡航导弹的F-107涡轮风扇发动机。巡航导弹之所以能够拥有数千公里的射程,其核心奥秘就在于这台油耗较低,能够持续输出动力的航空发动机!

目前导弹的类型虽然非常多,但总体而言用的发动机就两个类型。一种是上图这种涡轮风扇/涡轮喷气式航空发动机,另外一种则是和运载火箭一样的火箭发动机。喷气式航空发动机和和火箭发动机有什么区别呢?通俗点说,喷气式航空发动机的推力更小,但是油耗低,动力输出源远流长,可以保证长时间工作,提高导弹射程。而火箭发动机则不一样,火箭发动机动力澎湃,但是油耗巨大,三秒真男人,一下子油箱就空了。安装在导弹上一般猛推几秒钟,后面就是滑翔了。

所以火箭发动机一般用在弹道导弹,反舰导弹,空空导弹等只需要前期加速的导弹上,涡扇发动机则用在巡航导弹这种需要超远距离飞行的导弹上。不过近年来随着涡扇发动机性能提升,很多追求突防速度的反舰导弹也开始使用油耗小的涡扇发动机,实现了一定程度上的射程与速度兼得。巡航导弹和反舰导弹又不一样,巡航导弹不需要冲击敌方目标密集的防空系统,所以设计时并不强求末端超音速飞行,于是就采用了“温柔”的涡轮风扇发动机。
这是战斧巡航导弹的
结构示意图,和常规导弹的布局类似,最前方是引导头,装着制导设备。引导头后面是弹头,战斧有两种模式,可以核常兼备,日常执行任务时使用常规弹头。弹头后面就是导弹的动力系统了,即燃料箱和发动机。这张图的图注写的是火箭推进器有点小瑕疵,其实战斧巡航导弹用的是图一的那款F-107涡轮风扇发动机。为了保证2500公里的射程,其燃料箱占据了弹体的绝大部分空间,装满了航空煤油,供F-107使劲造。

除了和常规导弹类似之处,战斧巡航导弹也有和常规导弹的不同之处,即类似于飞机的气动外形。▲这是战斧巡航导弹在巡航飞行时的照片,从外观我们就可以发现其气动设计和导弹差异较大,反而类似于一架无人机。首先为了保证尾部的涡轮风扇发动机正常工作,战斧巡航导弹在尾部设置了一个突兀的进气道。这一点正好从侧面印证了前一张图片的错误之处。如果是使用火箭发动机的话,是不需要进气道的。火箭发动机的燃烧自带只需要供氧,不需要吸气。
除此之外,战斧巡航导弹还有一对明显的机翼,一对大展弦比机翼。全长5.56米的导弹配备一对2.65米的机翼,这种设计只有巡航导弹身上才能看到。其实这对机翼似于第二次世界大战期间螺旋桨的平直机翼,特点是在机翼面积较小,但是可以提供较大升力。在发射井中的时候,战斧巡航导弹的这对机翼是收起来的,发射出去后弹出,辅助导弹巡航飞行,扩大射程。总得来说,巨大的燃料箱,油耗较小的涡轮风扇发动机再配合一对机翼,成就了巡航导弹数千公里的射程!

首先需要了解一下巡航导弹的动力组成,简单的说就是巡航导弹使用的是什么发动机!它不像一般的导弹那样,使用的是火箭发动机,巡航导弹使用的发动机是和普通飞机一样,是喷气发动机!

就比如美国的最有名的战斧巡航导弹,使用的就是涡扇发动机,这样的发动机虽然速度慢,但是燃料消耗低,工作时间长,不像使用火箭发动机那样可能连续工作几十秒或者几分钟!

所以由于采用的是喷气发动机,导致了巡航导弹的射程比普通的导弹射程要远!当然只是发动机的差别,也并不能让巡航导弹有着几千公里的射程,这还和巡航导弹的气动布局有关系!

了解巡航导弹外形的都知道,巡航导弹和普通的飞机一样,也是有类似机翼的弹翼,而且还是非常的大,这个类似机翼的弹翼,起到了补充升力的作用,提高了巡航导弹的升力,不需要过多的依靠巡航导弹的发动机来提高升力。就算巡航导弹没有了动力,依靠弹翼,也是可以滑翔数十公里的,这就是有大型弹翼的好处。

所以喷气发动机,再加上巡航导弹的巨大的弹翼,使得巡航导弹就如同普通的飞机一样,即使只有6到7米长,但是照样可以拥有数千公里的航程,可以说,巡航导弹的超远的射程,就是巡航导弹的弹翼和发动机共同决定的。

不过巡航导弹也有一个弊端,那就是巡航导弹的速度太慢了,相比较其它的导弹,比如说空空导弹和反舰导弹,动不动就是几倍音速的飞行速度,巡航导弹却只有不到一倍音速的飞行速度,太慢了,所以大多数的巡航导弹都是在亚音速的情况下飞行的。

速度慢,也就导致了巡航导弹非常容易被拦截,甚至普通的高射炮都能拦截巡航导弹,所以我们经常就可以从新闻报道当中听到正在进行内战的叙利亚,又拦截了多少枚巡航导弹,并且还有相关的拦截视频!

虽然巡航导弹的射程是很远的,精度也很高,但是速度是巡航导弹的软肋,所以针对这样的问题,目前世界主要的军事强国也就开始着手解决这个问题,主要解决方案有两点,第一就是提高速度,所以也就有了超音速巡航导弹。

第二就是提高巡航导弹的雷达隐身性能,也就是隐身巡航导弹,目前美国研制的最为完善,已经有多款隐身的巡航导弹服役了!

所以综合来看,巡航导弹数千公里的射程,是由巡航导弹的发动机和巨大的弹翼共同决定的!

一般来说,玩巡航导弹要有三个要素,一是要有个先进的任务规划系统,二是要有个严密的卫星和航空侦察体系,三是要有一台省油的涡轮发伺服电机。这些要素需要整个国家的体系来支持,所以,远程巡航导弹是大国的专利,小国只能玩票。

巡航导弹的长度、重量都比较有限,但其射程却比较可观。例如美国的“战斧”导弹长度约为5.6米、主弹体直径约为0.5米,弹头重量达到450公斤,射程能达1200-2500公里。俄罗斯研制的能够使用伊斯坎德尔导弹系统发射的9M729巡航导弹,射程也超过了2500公里。这些巡航导弹的最远射程和中国的东风-21D弹道导弹比较接近。而东风-21D导弹的长度和直径远超“战斧”导弹,需要的发射平台/车的要求高得多。

实际上,巡航导弹拥有和其体积明显不对称的射程,主要是因为巡航导弹的推进效率更高,远高于弹道导弹。推进效率更高的奥秘就在于发动机和弹翼设计。

巡航导弹装备的是涡扇发动机,和现代普通客机使用的发动机别无二致。涡扇发动机尽管推进爆发力不足,但却非常经济实惠,耗油量很小。所以巡航导弹即使体积很小,搭载的燃油有限,也能够达到较高的射程。加上“战斧”类巡航导弹大部分时间都是进行0.7马赫的亚音速巡航飞行,整个速度会比较节省燃料。而飞鱼、鱼叉和鹰击-83这样的反舰导弹,尽管飞行弹道与远程巡航导弹类似,但反舰导弹大多使用涡轮喷气发动机,动力强劲,能够做0.9马赫的高亚音速突防,但很费油,所以高亚音速反舰导弹的射程普遍大幅度低于巡航导弹。

此外,拥有平直的大展弦比弹翼设计,也是巡航导弹远得远的重要原因。为了拥有更大的升力,巡航导弹设计拥有了较大面积的弹翼。弹翼平时折叠收缩在弹体中,发射后才自动伸出,据悉巡航导弹有80%的升力都是弹翼提供的。巡航导弹装备涡扇发动机和较大的弹翼后,几乎拥有和现代客机一样的极高燃油效费比,巡航导弹除了在发射上升阶段最为耗费燃料,其余飞行阶段都是相当省油的。

当然了,有利必有弊,巡航导弹装备涡扇发动机后尽管拥有很高的燃油效费比,但涡扇发动机也无法让巡航导弹拥有更高的飞行速度,一般只能是进行亚音速飞行。对于现代的防空拦截武器来说,飞行速度慢、机动能力低、飞行模式古板的巡航导弹是最为容易拦截的目标。

所以设计人员都在想尽办法提升巡航导弹的突防打击能力。以中国的鹰击-18反舰导弹为例,为了提升突防能力,它采用亚超结合的方式,在巡航飞行阶段鹰击-18反舰导弹使用涡喷发动机以大约0.8马赫的速度飞行,在接近目标后把涡喷发动机抛弃,改用火箭发动机把导弹加速到2.5马赫速度冲向目标,这种设计一方面保证了导弹的射程,另外一方面则明显提升最终突防速度,能够获得不俗的作战效果。

这两款导弹用的是涡扇发动机!这实际上就是跟客机使用的发动机是同一个类型。可以这么去理解,战斧或者长剑巡航导弹就是一架小型的无人驾驶飞机。

涡扇发动机是一种燃油经济性非常高的发动机,这种发动机可以通过两个压缩室缓慢控制喷气的速度,这样可以以一种非常经济的速度进行飞行,一般是控制在亚音速巡航,这是飞行中最省燃料的速度。

其次,采用涡扇式发动机可以降低导弹尾焰,减少不必要的暴露。巡航导弹一般飞行高度非常低,这是为了躲避雷达的盲区(由于地球弧面跟地形原因,雷达无法探测超低空突防的导弹),如果拖着一条红红的尾焰很容易被地面肉眼发现,失去隐身作用。

第三点,巡航导弹有两片飞翼,这是巡航导弹飞行中获得升力的主要方式,采用这种飞翼式设计可以使导弹获得超过80%的升力,飞得更省力进而提升了燃油效费比。

第四点,由于不需要太快的突击速度,巡航导弹的设计弹面都比较大,比如战斧巡航导弹的直径是530mm,这比同款反舰导弹的直径至少大了200mm。弹体内储存燃料的多少都是看体积的,弹径越大燃料存量越大,战斧全重也不过一辆小汽车的重量,但是战斧导弹的燃料储量高达900多升,如果转换成汽油,这得开几万公里的车了。

巡航导弹是一种以巡航状态为主要飞行模式,在稠密大气层内飞行的导弹。巡航状态即导弹经火箭助推器加速达到近恒速状态后,导弹的升阻比及发动机的推重比均为1,即达到升力与重力平衡、推力与阻力平衡的状态。以近于恒速、较低弹道、弹道较为平直的状态飞行。在这种状态下,单位航程的耗油量最少。由喷气发动机产生推力,大展弦翼比弹翼提供气动升力。其飞行弹道通常由起飞爬升段、巡航(水平飞行)段和俯冲攻击段组成。

一般来讲,构成导弹自身长度主要有三大部件:战斗部(弹头)、制导系统、推进系统。其中推进系统主要由发动机和推进剂供应系统两大部分组成,其核心是发动机。导弹发动机主要有两种:即火箭发动机和涡扇发动机。前者自身携有氧化剂和燃料,因此不仅可用于导弹在大气层内飞行的,还适于在氧气稀薄的大气层外飞行,但由此推进剂供应系统需加大加长,导弹长度较高;后者只携带燃料,依靠吸收大气层内的氧气来燃烧推进剂产生推力,所以只能适用于在大气层内飞行的导弹 ,但也因此无需携带氧化剂,推进剂系统占据导弹体积比例较小,弹体长度较低。

巡航导弹因为主要飞行范围在氧气充足的大气层以内,所以主要采用涡扇发动机,或采用火箭发动机作为飞行末段突防攻击的助推器,所需推进剂相对单一,长度较低。战斧巡航导弹是目前美空军、海军远距离精确打模式当中的重要成员,主要有空基、陆基和海基共三种发射模式和型号导弹。战斧巡航导弹主发动机采用F-107-WR-450涡扇发动机,推力达267千克,助推器为固体火箭发动机,推力达3110千克。弹长6.17米,弹径52.7公分,水平翼长2.62米,最大射程可达2500千米。

巡航导弹由于飞行速度较慢,普遍速度在0.7~0.95马赫左右的亚音速飞行,面对敌方的反导体系时无法做到超音速突防。因此在隐形巡航导弹还未大规模投入实战之前,巡航导弹基本都是采用低空突防的模式对目标进行攻击。

图为美国战斧巡航导弹进行低空突防:

巡航导弹在发射升空进入巡航状态后,会根据不同环境逐步降低到一定的高度,利用对方雷达盲区突防:在海面飞行时会保持在7~15米、在平坦陆地上是50米以下、在山区及丘陵则是100米以下,而后其大展弦翼比的主弹翼产生的升力和发动机推力达到一个平衡的状态,使导弹能以近于恒速、较低弹道、弹道较为平直的状态飞行。接近目标后,火箭助推器便快速会将导弹推到一个合适的攻击高度,而后导弹会进行俯冲,对目标进行毁灭性打击。

图为新一代采用隐身突防模式的隐形巡航导弹:

图为美国战斧巡航导弹及具体构造:


巡航导弹所采用的涡扇发动机尽管在瞬间加力推力方面不如火箭发动机强,但燃油经济性相对较高 。巡航导弹一般除了初段和末段需以0.95马赫左右的高亚音速速度飞行,在巡航段都以0.7马赫左右的亚音速速度飞行,并且在巡航状态下 ,巡航导弹的大展弦翼比弹翼可提供给导弹80%的升力,发挥类似于滑翔机的作用,导弹无需过高的推力便可保持巡航状态。在这种飞行状态下,导弹单位航程的耗油量最少,间接有效地增加了航程。因此各国当中具有代表性的导弹如美国BGM-109战斧、中国长剑-10、俄罗斯Kh-55巡航导弹最大射程均可达2500千米以上。

中国长剑-10巡航导弹6.5米,弹径0.52米,发射重量约1.8吨,射程2500公里:
长剑-10在弹体外型设计上参考集成了俄罗斯Kh-55和美国"战斧"巡航导弹的特点,中段采用了类似Kh-55的大弦翼比可折叠主弹翼设计。当导弹发射升空进入巡航状态时,主弹翼便会展开,为导弹提供气动升力,发动机推力开始适当减弱,以求达到近恒速状态。后部则参考"战斧",发动机进气口位于弹体后部下方,喷口附近装有十字型折叠尾翼,有利稳定导弹的空中飞行状态,便于导弹调整改变飞行路线。为了能使涡扇发动机拥有更多的运转时间以此获得更远的射程,长剑-10巡航导弹在起飞爬升段使用火箭助推器达到巡航速度,而后涡扇发动机才开始工作。导弹升空后在稠密大气层中靠翼面产生的气动升力和发动机推力,做等速巡航飞行。全程进行卫星和地面惯性复合制导,实施中远程精确打击。采用低空突防模式,平均飞行高度在20米以下,有效射程在1500至2500公里之间。有效射程在1500至2500公里之间,其打击威力要强于美国的战斧式巡航导弹,只需一枚命中即可将一艘7000到10000吨级的导弹巡洋舰送入海底。长剑-10巡航导弹主要岸基和空基两中发射模式。岸基模式主要是依靠陆基导弹发射车发射,主要用于第一岛链之内的近海防御任务。而空基模式则是由轰-6K挂载长剑-10进行远距离精确打击,拥有3500公里作战半径的轰6K再搭配射程达1500~2500公里的长剑-10巡航导弹足以对美军驻日冲绳基地、嘉手纳空军基地等及美军关岛基地等第二岛链内的军事目标进行远程精确打击,形成战力威慑。

巡航导弹为什么飞得远,因为它是亚音速,带涡扇或者涡喷发动机。巡航导弹一般都带有一对翅膀,是长条机翼而不是三角翼,也属于亚音速飞行。

水面舰艇发射的基本上都是巡航导弹,而且多数是亚音速飞行。也有一部分是超音速飞行,一般带小翅膀或者没有翅膀,飞速达到两倍音速,末端达到3~4倍音速,靠动能和炸药摧毁目标。

而亚音速信号导弹就是美国的战斧导弹或者中国的长剑、鹰击导弹。他们其实就是无人飞机,带的有炸药,如果放大可以做成运输机了。一架飞机能飞几千公里,而且是单程飞行,没问题,这就是人们常说的巡航导弹。

一般反舰导弹不超过500公里,因为打的是运动目标,和目标距离太长,容易失去目标。一般攻击2000公里以上的目标,基本都是固定目标,隐身,影响比较小。不过是用弹道导弹,动静比较大,成本也高,战争也需要计算成本的。


提到战斧的大名如雷贯耳,在近些年来的美国对外战争中,颇有首战用我的意味,基本都是当做第一批次打击力量使用。其实战中优秀的表现使人们印象深刻,战斧几乎成了巡航导弹的代名词。

战斧巡航导弹是美国通用动力公司于1972年开始研制,1983年率先在海军服役的一款全天候亚音速多用途巡航导弹,海陆空通用,核常兼备!在1991年的海湾战争中美军一共发射228枚战斧巡航导弹,成功率达到85%,使这款导弹一战成名。


长剑-10是中国航天科工集团公司于1999年研发,2001年首飞,2003年开始全状态试飞。2006年9月20日,中国人民解放军第二炮兵举行了该型导弹武器装备的授装接装仪式,开始正式服役。 也是一种海陆空通用的优秀巡航导弹,可搭载于我国陆基导弹发射车、轰6K、攻击核潜艇、055大驱上。


两种巡航导弹装备的都是小型涡扇发动机,和现在战斗机上的一样。巡航导弹想要获得比较远的射程,要求导弹具有比较大的升阻比,相同条件下,升阻比越大射程越远,所以巡航导弹通常采用平面式中单翼,只有一对弹翼,对称地安装在弹体两侧,从外表看与普通飞机的气动布局相仿,因此俗称为“飞机式布局”。这种布局的优点是展弦比大,诱导阻力小。平面式中单翼的翼展比较大,需要折叠到弹体内。小型涡扇发动机非常经济实惠,耗油量很小。所以巡航导弹即使体积很小,搭载的燃油有限,也能够达到较高的射程。加上巡航导弹大部分时间都是进行0.7马赫的亚音速巡航飞行,整个速度会比较节省燃料。

偌大的巡航导弹之所以有较远的射程,源于速度慢。喷气式发动机是巡航导弹的动力来源,普遍是涡轮/涡扇发动机,和普通客机一样,巡航导弹的速度大多都是亚音速/高亚音速级别。在运载有限的燃料的情况下,低速低消耗能够让发动机工作更长的时间,射程也就自然而然的上来。

巡航导弹和飞机类似,有着相同或相似的飞行的空气动力学原理,经济效率高的动力装置和面积较大的弹翼。动力装置产生推力,弹翼产生升力。0.7倍马赫的经济巡航速度,“战斧”飞完1600公里需要110分钟。这也就是“战斧”这样的巡航导弹,只有6-7米长,半米左右的直径,却有一两千公里的射程。

要说导弹的射程,巡航导弹和中远程弹道导弹是没法比的,后者的个头要比前者大得多,中远程弹道导弹的长有十几米甚至几十米,直径大都在一米以上。但是和一些中短程弹道导弹相比,巡航导弹拥有比它们更远的射程。因此,要延长巡航导弹的射程,只能将弹体放大。

不过这就与一些中短程弹道导弹相冲突,而且后者在速度上要比巡航导弹要有优势,这就难以适应现代化战争的需要,密集火炮、防空导弹以及激光武器都是巡航导弹的大克;巡航导弹只适合打击固定目标,对于机动性目标则是无能为力。未来在现有射程的基础上,巡航导弹的速度和隐身性如果得到相当程度的提高,才能撼动其在各国中的地位。

“巡航导弹”旧称飞航式导弹,其飞行原理和飞机非常类似。巡航导弹在巡航状态下,主发动机的推力与阻力平衡,弹翼的升力与重力平衡,以接近匀速、等高度飞行,这种状态下燃料消耗很少。巡航导弹主发动机为涡扇发动机,其特点为推进效率高、燃油消耗率低,航程远。以上两点是巡航导弹实现小体积,大射程的主要因素。

以战斧导弹为例,“战斧”算是巡航导弹家族中的明星成员了,它是由美国通用动力公司研制的一款多用途巡航导弹,其弹体全长5.56米、直径0.527米、翼展2.65米、最大巡航速度0.72马赫,最大射程可达2500公里。在海湾战争中,美军用战斧导弹作为开路先锋,在伊拉克防空范围外发射巡航导弹,对伊拉克的重点军事目标进行精确打击,消除主要威胁后再进行大规模轰炸,双方军队在未进行接触的情况下伊拉克就已经溃不成军了,而美军伤亡率极低。由此可见,巡航导弹这种远射程,高精度的武器已成为改变战争的重要一环。

当然,巡航导弹也有其弱点,巡航导弹飞行速度慢,飞行高度低,容易被敌方高射武器击落,而且抗干扰能力较差,容易造成误伤。

第一,不是火箭发动机推力或者说不是全程火箭发动机。巡航阶段产生推力的是涡喷发动机。只用带燃料不用带氧化剂本身就节省了一小半空间。

第二,采用高展弦比机翼,低速飞行时升力较大,缺点是高速性能非常差。。。所以巡航导弹巡航速度通常都在0.7-0.75马赫左右。

第三,那玩意只是看起来小。。。毕竟也有6米长半米粗。。。差不多就是5个电线杆子捆起来那么大了。。。没有找到东风10A和真人大小对比。有一张MK48鱼雷与真人大小对比可以参考一下,两个差不多大


本文由必发88发布于军事新闻,转载请注明出处:为啥战斧,长剑这样的巡航导弹只有6-7米长,却

关键词: 导弹 射程 战斧 长剑