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发信人: nul (小白兔), 信区: AerospaceScience
标  题: 冲压喷气发动机在导弹上的应用
发信站: 紫丁香 (Tue May 18 18:21:22 1999), 转信

                   冲压喷气发动机在导弹上的应用

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                               彭圻基

    对于重量相同的导弹，采用冲压喷气发动机比采用固体火箭发动机攻击力要大
出一倍多。因此，在导弹设计中采用冲压喷气发动机有着很大的吸引力。但是，在
过去很长一段时间里，由于冲压喷气发动机尺寸太大，难以用在空空导弹上，因此
空空导弹很少采用这种动力装置。目前冲压喷气发动机的发展已经取得了重大突破
，可以研制出适用于超视距空空导弹的小型冲压喷气发动机。
    英国国防部目前正在为英国皇家空军的欧洲战斗机２０００招标研制超视距空
空导弹。
    在这诚（进中程空空导弹）�*较高的峰值速度，而冲压喷气发动机则有较高的
巡航速度。在使用空空导弹作战时，能量多就意味着生存力强。
    英国宇航公司的一位军事顾问认为，目前的中程武器由于总能量不够，无法完
成杀伤高度机动灵活目标所需的机动动作，因此，这些武器的有效杀伤区相对较校
根据经验，在超视距作战中，导弹需要至少有３倍于目标的机动能量，才能杀伤目
标。也就是说，如果目标以１０ｇ的加速度过载跃升进行规避机动时，导弹需进行
３０ｇ的加速度过载转弯机动方能杀伤目标。
    有消息表明，在英国皇家空军进行的苏２７飞机及其导弹与携带ＡＩＭ-１２
０Ｂ导弹的欧洲战斗机２０００的对抗模拟中，后者明显处于下风。这也说明，需
要为欧洲战斗机装备一种在超视距上有更大有效杀伤区的导弹。一般来讲，超视距
作战的距离在４０公里左右。下一代超视距空空导弹的作战距离将可能在１００公
里左右。
    除了绝对射程增加外，更重要的是采用火箭助推器/冲压喷气主发动机可以扩大
有效杀伤区。采用冲压喷气主发动机的空空导弹有可能使有效杀伤空域增大两倍，
并在这一空域仍有很高的杀伤概率。
    采用冲压喷气发动机后，导弹性能虽然提高了，但成本也要加大，约是固体火
箭发动机方案的两倍。但是，由于火箭/冲压喷气型导弹在超视距作战中有很多优点
，因此成本的增加显得并不重要。因为多花点钱改进动力装置以提高导弹的攻击力
总比在空战中损失一架价值４０００多万美元的战斗机要合算。
    参加英国超视距空空导弹竞争的两大阵营已经形成。一个以英国宇航公司（现
为马特拉·英国宇航动力公司）为首，包括意大利的阿列尼亚公司、德国的戴勒
奔驰宇航公司、国的ＧＥＣ马可尼公司和瑞典的萨伯公司，推出流星导弹参加投
标；另一个由休斯英国公司牵头，用ＡＩＭ１２０先进中程空空导弹的冲压喷气
发动机型(未来中程空空导弹)参与竞争，合作伙伴有法国宇航公司、福克公司、肖
特公司和汤姆逊肖恩公司。
    冲压喷气发动机的优点之一是设计简单，仅有进气道、燃烧室、燃料喷嘴和燃
料贮箱几个主要部分，不需要活动部件。由于冲压喷气发动机在开始工作前需加速
到约２马赫，这需要与固体助推器一起使用。助推器目前一般采用整体式无喷管方
案。
    冲压喷气发动机总的设计原则都是一样的，但具体设计方案依据所选用的燃料
燃烧过程而定。未来中程空空导弹采用直接喷射冲压发动机，而流星导弹则准备采
用掺硼的固体冲压喷气发动机方案。
    冲压喷气发动机的一个主要优点是它燃烧时使用的是大气中的氧而不是自带的
氧化剂。
    需解决的问题是要随着气压变化，亦即根据高度对燃烧过程进行控制。
    对这一问题最简单的解决方案就是不进行调节，南非的肯特隆和索姆切姆公司
最初采用的就是这种办法。这种办法大大简化了设计问题，但要使冲压喷气发动机
在最佳状态工作时，导弹就要在极为有限的高度范围内飞行。肯特隆公司的最初方
案是使空空导弹先在特定的高度走廊飞行，将高度问题留在末段，此时冲压喷气发
动机的性能已显得不太重要。鉴于该方案的缺点，索姆切姆公司已开始研制一种主
动机械阀装置作为节门使用。
    法国宇航公司确定了４种冲压喷气发动机基本设计方案，即自调节固体推进剂
冲压喷气发动机，掺硼固体推进剂冲压喷气发动机，直接喷射冲压喷气发动机以及
可调液体冲压喷气发动机。在休斯公司牵头的投标阵营中，法国宇航公司负责研制
推进系统。
    法国宇航公司在为休斯公司的未来中程空空导弹研制推进系统的过程中进行了
几项研究工作。８０年代末９０年代初，该公司完成了适于空空导弹的小口径冲压
喷气发动机（ＳＰＣ）研究工作。该公司还是马特拉公司等于１９９０到１９９５
年间实施的拉斯第克（Ｒｕｓｔｉｑｕｅ）自调节冲压喷气发动机项目的分包商。
在１９８８到１９９０年间，法国宇航公司在SPC1计划中研究了将ASMP导弹的冲压
喷气发动机改小后用于空空导弹的可行性。
在这一方案中，两个进气道相差９０°而不是１８０°。尽管这一方案从技术上讲
是可行的，但从费用上来讲，将小型的ＡＳＭＰ发动机用于战术空空导弹是行不通
的。
    在ＳＰＣ２计划中，法国宇航公司研究了改变燃料喷射结构的可行性，将燃料
喷嘴从ＡＳＭＰ进气道的弯管处移到燃烧室的前部。这一方案在技术上同样是可行
的，但调节所用的电磁阀太重而且费用太高。
    继ＳＰＣ项目之后，法国宇航公司对冲压喷气发动机采用复合材料进行了研究
，以降低费用。另外还研究了一种简化的燃料贮箱、费用低廉的增压系统和一种紧
凑的直接喷射系统。后来，这一项目并入了１９９４年开始实施的简单调节冲压喷
气发动机（ＳＲＳ）项目中，目的是充分利用法国宇航公司近年来在小口径冲压喷
气发动机研究方面的成果。
    通过研究，法国宇航公司倾向于液体直接喷射冲压喷气发动机方案和在ＳＲＳ
项目中研究的调节技术。该公司认为可调式固体冲压喷气发动机之所以不适合，是
因为其技术风险以及研制和生产费用都很高。自调节冲压喷气发动机适用于反辐射
导弹，但不适用于空空导弹。这是由其固有的高度制约因素决定的。马特拉公司更
主张采用在ＭＰＳＲ计划中开发出来的“自调节”方案。ＭＰＳＲ计划的试验弹的
调节是通过对大气压力变化敏感的流率来实现的。
    用在ＡＳＭＰ导弹可调液体冲压喷气发动机，从技术上来讲是可行的，但从经
济上也是不可行的。法国宇航公司的直接喷射冲压喷气发动机方案，是在燃料贮箱
内使用了一个弹性叶片。
    该叶片与一个减压阀相连，燃料通过一个四喷嘴组件送入燃烧室。
    在选择推进方案时，法国宇航公司也曾考虑过采用掺硼或铝等金属添加剂的固
体推进剂，然而这样一来便存在着容易被敌方探测到的危险。因为未燃烧的金属粒
子具有良好的雷达散射特性，排出的羽烟容易被雷达探测到。此外，在导弹飞行中
段，羽烟中未耗尽的金属粒子会影响发射载机与导弹之间的制导数据传输。因此，
使用掺硼推进剂的动力装置有很高的技术风险。
    德国宇航公司下属的动力装置制造商贝恩切米公司负责为流星导弹研制冲压喷
气巡航发动机。该公司不赞成法国宇航公司的主张，并已给德国国防部写信表示反
对法国宇航公司对掺硼固体冲压喷气发动机所持的观点。
    贝恩切米公司声称，对于掺硼固体冲压喷气发动机面临的技术风险，该公司已
进行过几次技术验证，证明是没有问题的。至于羽烟中残存的金属粒子问题，该公
司称到目前为止已进行的试验令人鼓舞，结果并不像法国宇航公司所说的那么坏。
    贝恩切米公司争辩说，固体冲压喷气发动机有较高的燃料密度，因此，在相
同的空间中，后者可有更多的推进剂能量。
    该公司还声称，他们之所以选用固体冲压喷气发动机，是因为小口径液体冲压
喷气发动机在高空飞行剖面上的燃烧稳定性不好，英国宇航公司的海标枪导弹使用
的冲压喷气发动机就有这方面的问题。另外，未来中程空空导弹选用了ＪＰ１０作
为巡航发动机的燃料，但是由于这种燃料具有腐蚀性，是否适于长期贮存令人怀疑
。
    预计英国国防部将在今年７月宣布哪种方案中标。究竟哪家中标，哪一种方案
能在竞争中占上风，我们将拭目以待。
    上一期我们讨论了冲压喷气发动机的优点、设计方案以及英国超视距空空导弹
的招标情况。本期我们再介绍一下冲压喷气发动机在各种导弹上的应用情况。

超视距空空导弹
    对增程超视距空空导弹需求的日益增长，必然促使导弹设计部门寻求将冲压喷
气巡航发动机作为空空导弹的动力装置。英国皇家空军的未来中程空空导弹并不是
第一种采用冲压喷气发动机方案的导弹。
    早在几年前，美国海军曾经实施过一项先进空空导弹（ＡＡＡＭ）计划，准备
用其来替换ＡＩＭ５４不死鸟导弹。这项计划要求在导弹的射程和末段运动特性
方面都要有所提高，这就需要采用一种混合型动力装置。当时美国的公司提出了冲
压喷气发动机和固体发动机两种方案。
    通用动力公司和西屋公司提出了一种固体发动机方案，采用一台助推器和一台
双脉冲主发动机，但需解决分离和点火方面的问题。休斯和雷锡恩公司提出了一种
整体式火箭冲压喷气发动机方案，但是这种方案只有一个进气道，与两进气道或四
进气道设计方案相比，末段机动性要差。
    最后美国海军虽然取消了这项计划，但它仍然需要一种替换不死鸟的导弹。休
斯公司用冲压喷气发动机改型的ＡＩＭ１２０先进中程空空导弹正好可以满足其
需要。
    在未来中程空空导弹竞争中，英国宇航公司推出了一种与其Ｓ２２５Ｘ导弹一
样的双推力固体火箭发动机方案。这种方案存在的问题是，采用固体发动机不如冲
压喷气发动机射程远。由于这一问题的存在，再加上要求这种导弹装在欧洲战斗机
２０００的凹进处，这就意味着固体发动机设计方案会因射程不够而遭到淘汰。
    欧洲的法国、德国和瑞典等国都已表示对增程超视距武器感兴趣。南非和以色
列都在研究冲压喷气发动机技术在空空导弹上的应用。１９８７年晚些时候，南非
的索姆切姆公司开始研究冲压喷气发动机技术，并已在阿尔坎特潘靶场进行了几次
冲压喷气发动机试验飞行器试飞。这种试验飞行器装在其设想中的远程战术导弹上
，将主要用在南非肯特隆公司研制的射程在１００公里以上的Ｓ突击者空空导弹
上。
    以色列拉斐尔武器局的马诺尔分部也在研究冲压喷气发动机技术。以色列和南
非以前在导弹研制方面有过合作，两国很可能共同研制过冲压喷气发动机。
    俄罗斯的导弹设计局还对冲压喷气发动机在空面导弹和面空导弹上的应用很感
兴趣。
    文佩尔导弹设计局的冲压喷气发动机型Ｒ７７导弹（ＡＡ１２）已至少在
苏２７飞机上进行了５次发射试验。
    俄罗斯空军需要一种超远程导弹，好像已经选中了诺瓦托尔导弹设计局的ＫＳ
-172设计方案。ＫＳ１７２方案与上述通用动力公司和西屋公司的先进空空导弹
方案有异曲同工之妙，它是一种由一台固体助推器和一台“常规”固体火箭发动机
提供动力的导弹。

战略空面武器系统
    在西方诸国中，法国从４０年代末起一直致力于发展采用冲压喷气发动机的空
射型防区外导弹；而美国在４０年代后期和５０年代也进行过冲压喷气发动机试验
，后来优先发展了涡轮喷气发动机，再后来为空射型防区外武器选用了涡轮风扇发
动机。
    法国于１９８６年开始装备法国宇航公司的ＡＳＭＰ中程核导弹，该弹同时在
法国空军和海军服役。法国主张采用冲压喷气发动机、速度达２到３马赫的导弹作
为其“准战略”核武器，而美国选用的是巡航导弹，因此，法国的武器要昂贵得多
。法国认为这笔开支是值得的，因为高马赫数/高空武器是突破敌防空系统的最好
工具，特别是所用的平台和导弹数量都很少。
    法国还一直在研究将冲压喷气发动机和超音速燃烧冲压喷气发动机技术用于防
区外武器。法国空军打算用ＡＳＬＰ来替换ＡＳＭＰ。ＡＳＬＰ采用液体冲压喷气
发动机，射程增加了。为此，法国宇航公司和法国国家宇航研究院开始实施切夫伦
（Ｃｈｅｆｒｅｎ）技术演示计划。该计划的目标之一是制造一种具有高度隐身特
性的武器。
    法国研制ＡＳＭＰ后继型的计划已推后了许多，目前法国宇航公司正在研制Ａ
ＳＭＰ加，而不是ＡＳＬＰ。法国宇航公司已对更先进的布局进行了研究，其中包
括为满足飞行速度５马赫以上的空射型战略导弹的需要而设计的ＭＡＲＳ超音速燃
烧冲压喷气发动机导弹。
    将冲压喷气发动机/超音速燃烧冲压喷气发动机用于防区外武器，目前在美国
又重获支持，现正在进行几项研究工作。
    俄罗斯一直对冲压喷气发动机方案感兴趣，并正在研究将该技术用于空射型
略武器上。彩虹导弹设计局在１９９５年的莫斯科航展上展出了ＧＥＬＡ试验飞行
器，但对外只是说该计划是为了探索高马赫数冲压喷气发动机方案。从设计上看，
该计划的目的很可能是研制一种空射型战略巡航导弹，来接替已取消的ＡＳＸ
１９考拉计划。不过，ＧＥＬＡ好像已遭受了与ＡＳＸ１９同样的命运。

反辐射导弹
    德国的ＢＧＴ公司在１９９６年６月的柏林航展上披露了其阿拉米斯（Ａｒａ
ｍｉｓ）反辐射导弹的设计方案。这项计划一开始由德法两国共同实施，后来法国
退出了。该弹采用双模导引头和冲压喷气发动机。
    阿拉米斯计划旨在为法国空军的阿玛特和德国使用的美制ＡＧＭ８８哈姆两
种反辐射导弹研制一种替换型号，预计于２００６年服役。作为压制敌方防空（Ｓ
ＥＡＤ）系统的武器，该弹选用冲压喷气发动机，这是很有吸引力的，但也存在不
少问题。采用这种方案，可以使射程增加，而不必使重量也成比例增加。阿拉米斯
的设计重量约２００到２５０公斤，而阿玛特重５５０公斤，哈姆重３６０公斤。
阿拉米斯的发射重量也比目前唯一列装的冲压喷气发动机型反辐射导弹，即俄罗斯
的Ｋｈ３１Ｐ（ＡＳ１７氪），要轻得多，后者的重量约６００公斤。
    由于阿拉米斯的重量比哈姆要轻，因此，德国空军的狂风战斗机可载带４枚阿
拉米斯导弹，而通常情况下，该机只能载带２枚哈姆导弹。这样一来阿拉米斯导弹
的载机除了可以携带反辐射导弹外，还可以携带自卫武器，从而扩大了飞机的作战
能力。
    法国认为，第二代反辐射导弹虽然能够对付防空监视雷达，但就对导弹瞄准雷
达的反应能力来说，对飞机的保护能力太差。正是因为这一原因，促使法国加紧研
制冲压喷气巡航发动机，以使导弹的飞行平均速度加快。
    采用被动雷达导引头的反辐射导弹的缺点之一是在导弹发射以后和到达目标区
之前，雷达发射机可能已关机。目前的反辐射导弹采用两种技术来解决这一问题。
雷达关机时，哈姆导弹可恢复到记忆方式，而英国宇航公司的阿拉姆导弹则进入带
伞待机飞行状态。阿拉姆所采用的方法，可使雷达关机时间尽可能长，并可在雷达
开机后进行攻击。
    除了哈姆导弹外，美国目前还没有公开表示需要新一代的反辐射导弹，不过，
有一些计划可能是在进行反辐射导弹研制。美国空军和海军将来肯定需要一种比Ａ
ＧＭ８８哈姆导弹有更快的平均速度的武器。俄罗斯除了Ｋｈ３１外，好像也
在研制反辐射导弹，并且很可能选用冲压喷气巡航发动机作为动力装置。

面空和面面导弹
    前苏联的ＳＡ６和ＳＡ４都采用了冲压喷气发动机，所不同的是，ＳＡ
６使用的是固体推进剂，而ＳＡ４使用的是煤油。
    当固体火箭推进剂技术得到发展以后，面空导弹一般很少采用冲压喷气巡航发
动机。
    不过，南非的肯特隆公司目前正在为其ＳＡＨＶ面空导弹系统研制冲压喷气发
动机型导弹，中国台湾也在研制冲压喷气发动机型天弓面空导弹。
    冲压喷气发动机在面面导弹上已得到了较好的应用。俄罗斯目前至少装备了一
种采用冲压喷气发动机的舰射型反舰导弹。在前苏联解体时正在进行的项目，有些
很可能仍在实施。
    俄罗斯彩虹设计局的３Ｍ８０（ＳＳＮ２２晒斑）是一种采用冲压喷气发
动机的大型反舰导弹，据报道这种导弹于８０年代服役。该弹的发射重量４吨多一
点，射程达１２０公里。它在攻击末段的速度达２马赫，可在约７米的攻击高度采
取预编程规避机动，对舰船极具威胁。俄罗斯的另一家导弹设计局机械制造科学生
产联合体正在研制雅克红（Ｙａｋｈｏｎｔ）导弹。这也是一种采用冲压喷气发动
机的反舰导弹，其岸射型称为堡垒（Ｂａｓｔｉｏｎ）。这两项计划的目前进展情
况尚不清楚。
    机械制造科学生产联合体还可能负责ＳＳＮ１９沉船反舰导弹的研制工作
。目前还没有ＳＳＮ１９的详细资料，不过，从近来的图片上看出，该弹采用
了环形冲压喷气发动机进气道。
    法国宇航公司在反舰导弹的研制中发挥了其冲压喷气发动机方面的专长。该公
司在法国政府的支持下，正在研制飞鱼导弹的后继型新一代反舰导弹（ＡＮＮＧ）
。
    法国宇航公司将根据一项２亿美元的研制合同，为新一代反舰导弹研制维斯塔
(Vesta)试验装置并定于２００１年开始进行发射试验。新一代反舰导弹将用来装
备欧洲的地平线护卫舰。
    美国海军以前一直优先发展亚音速系统（如麦道公司的捕鲸叉）来满足其对反
舰导弹的要求。现在美国海军已开始寻求捕鲸叉导弹的后继型，并正在考虑多种方
案，是否仍采用亚音速导弹目前尚不得而知。

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