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導彈的「歪鼻子」是不走心的設計還是另有玄機?


英國《鏡報》4月16日報道,一名現場記者發現閱兵中出現的一種導彈「彈頭歪向奇異的角度」,該記者在報道時形容自己「看到了不尋常的景象」。於是他們搞了個「大新聞」——朝鮮的導彈是紙板模型,甚至還做得不走心,造型歪得離譜。



導彈的「歪鼻子」是不走心的設計還是另有玄機?


不過很快,大家就發現這條新聞報道「烏龍」了,因為畫面中出現的歪鼻子導彈,並不是什麼模型,而是蘇聯六十年代制的大名鼎鼎的S-200防空導彈,該導彈的造型本就如此。「歪鼻子」也並不屬於導彈主體,而是四枚捆綁式固體助推火箭。



導彈的「歪鼻子」是不走心的設計還是另有玄機?



被當做模型的S-200防空導彈

S-200系列防空導彈是上世紀五、六十年代,前蘇聯為了防止美國的超音速戰略轟炸機和超音速偵察機入侵,而專門設計的遠程中高空防空導彈系統。實際上,它也是目前世界上射程最遠的高空,遠程防空導彈武器系統之一。射程遠,速度快,威力大使得它的體型也要比其他導彈更加龐大,而如此龐大的身軀,想要跟上那些超音速的目標,自然也就需要更強勁的動力。所以,S-200就在主推進器的身上,捆綁了四枚固體助推火箭。這四枚助推火箭能讓它在發射後的短時間(根據公開資料可能為發射後的3-5.1秒)內,將速度迅速提升,以達到用最短時間擊中目標的目的。


而我們所說的「歪鼻子」,實際上指的正是這四枚助推火箭的整流罩形狀,它有另一個更好聽的名字,叫做斜錐型整流罩。實際上S-200助推火箭整流罩的這種氣動外形設計,對喜歡戰鬥機的朋友來說應該並不陌生,因為它與大家熟知的前掠翼戰鬥機的氣動布局非常相似。助推火箭在飛行中可以視為導彈的四個短小的「機翼」,而S-200則可以視作一架擁有四個機翼的前掠翼戰鬥機。眾所周知,前掠翼的氣動布局可以讓飛行器在大仰角飛行時(導彈發射階段是典型的大仰角飛行姿態)獲得更多的升力,在亞音速飛行時具備更優異的機動性能,而S-200作為攔截敵方高速戰機的防空導彈,在發射初期的亞音速階段具備更靈活的機動性,也有助於它更快的調整飛行姿態和飛行軌跡。



導彈的「歪鼻子」是不走心的設計還是另有玄機?



風洞測試證明前掠翼氣動布局具有優秀的機動性能

而當這四枚捆綁式固體助推火箭的燃料耗盡,再「賴」在導彈身上既沒有用處,反而還會增加導彈的飛行阻力和無效載荷。這時,「歪鼻子」的另一個作用就顯現了出來。這種斜錐式的氣動外形設計,相較於普通的圓錐形設計,在導彈高速飛行的過程中會產生更大的垂直於彈體的徑向力。當助推火箭停止工作,助推火箭本身的推重比大於導彈自身的推重比後,導彈主體會在徑向力的作用下,同助推火箭的自動分離。這種分離方式叫做氣動分離。


簡單來說,當助推火箭工作時,助推火箭的推力會抵消掉飛行中產生的,包括徑向力在內的各種阻力,帶著導彈加速飛行。而當導彈速度越來越快,助推火箭又恰好停止工作失去推力時,「歪鼻子」的氣動外形就會引導越來越強大的氣流「準時」將助推火箭從導彈主體上「吹」走,好讓導彈主體繼續「輕裝上陣」。



導彈的「歪鼻子」是不走心的設計還是另有玄機?



氣動分離示意圖

其實,這種「歪鼻子」結構,在導彈家族裡並不是獨一份,一些對加速度要求高的超音速導彈也採用了類似的氣動布局,比如俄羅斯大名鼎鼎的KH-31空基反輻射導彈、我國的鷹擊-91反艦導彈,它們的助推火箭都長著「歪鼻子」。所不同的是,這兩種型號導彈的助推火箭並不是捆綁式的,而且被嵌入到導彈主體上,當它們停止工作並被「吹」走後,原來的位置就變成了導彈主推進器的進氣口。



導彈的「歪鼻子」是不走心的設計還是另有玄機?



KH-31空基反輻射導彈也具有類似的「歪鼻子」

值得一提的是,俄羅斯如今開展的超燃衝壓發動機飛行試驗,正是始於建立在S-200的「歪鼻子」助推火箭技術基礎上的高超音速飛行試驗系統,而他們的第一種高超音速試驗飛行器Kholod也是由S-200帶入到試驗所需的高空、高速環境。


如今下一代高超音速飛行器已陸續試飛,若真有一天老舊的S-200導彈需要面對它們,望著比自己還快數倍的晚輩們,也許那些捆綁火箭的鼻子真的會被氣歪吧~


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參考資料:


https://en.wikipedia.org/wiki/S-200_(missile);


https://en.wikipedia.org/wiki/Kh-31;


https://en.wikipedia.org/wiki/YJ-91;


《實驗流體力學》, 1994(4):10-16 模型—助推器並聯組合的氣動問題;


《戰術導彈總體設計》 北京航空航天大學出版社


《超燃衝壓發動機原理及設計方法研究》 清華大學航天航空學院,高超音速空氣動力學課程論文


《前掠翼氣動特性研究》 西北工業大學學報 1989(3):321-328


《運載火箭固體捆綁技術研究》國防科學技術大學 碩士學位論文

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