-

文章来源:未知 发布时间:2019-04-03 20:24 作者:admin   

浅析印度烈火系列导弹

烈火系列导弹是由印度军工复合体国防研究与发展组织(DRDO)研制的中远程弹道导弹家族。早在20世纪70年代,印度就制定了一项以发展三级液体导弹为目标的勇士计划,但是在1983年这

  烈火系列导弹是由印度军工复合体“国防研究与发展组织”(DRDO)研制的中远程弹道导弹家族。早在20世纪70年代,印度就制定了一项以发展三级液体导弹为目标的“勇士”计划,但是在1983年这项计划就被更为完善也更加雄心勃勃的“综合导弹研制计划”取代。这项计划的核心是发展“三位一体”的核打击力量,目标在于开发一系列集世界最先进弹道导弹技术于一身的固体导弹家族。它包括了:大推力固体火箭发动机技术;捷联式惯性导航系统和末端复合制导技术;多级火箭分离技术;采用多向加固碳化纤维预成型(简称MRCP)技术的再入飞行器等。为了实现这些高远的目标,从1989年5月22日,印度试射烈火导弹的试验型号——烈火技术验证型(烈火-TD/TTB)以来,DRDO开发并试验了一系列带有技术验证性质的中远程导弹,包括烈火2型(1999年4月11日首次试射);烈火1型(烈火2的单级版本,为了填补近程的大地导弹和烈火2的火力空白,1999年由印度政府批准,2002年1月25号首次试射);烈火3型(2007年成功试射);烈火4型(2011年11月15号成功试射); 烈火5型(2012年4月19号成功试射)等。其中试验时间最长的就是烈火2型两级固体中程导弹,它在印度导弹发展进程中起承上启下的关键作用,研制时间也是最早,因此我们将从烈火2导弹开始向读者介绍印度的中远程导弹家族。

  印度官方公开的资料显示,烈火2中程导弹长20米,弹径1米,重量16吨,射程3300千米,有效载荷1000千克,弹头装药可选1.5-20万吨当量的核弹头、整体式高爆弹头或者油气温压弹头,导弹可实施公路机动(由8×8太脱拉发射车)发射,也可以铁路机动发射。烈火2的第一级是直径1米,长10.3米,总重10.8吨的固体火箭,其内部装有9342千克的固体燃料,燃料比重约为0.865,推力海平面为46.39吨,线CDV6钢制成,采用常规轧制和定位焊接技术。发动机燃料为AP-AL-HTPB复合推进剂,它由含氧量较高的高氯酸胺(AP,又称过氯酸胺)(氧化剂)和端羟基聚丁二烯(HTPB燃料)组成,为提高能量和密度还加入铝粉(Al)作为可燃剂,理论比冲为225~265秒(2200~2600牛•秒/千克),密度1.65~1.80克/立方厘米,危险等级1.3级。烈火2第一级推进剂装填密度为78%,推进体与绝缘体之间有衬垫结构,采用的复合推进剂使用浇铸法制造,工艺简单,适宜于制造各种尺寸的药柱,综合性能良好,使用温度范围较宽,能量较高,力学性能较好。发动机燃料柱为三段式,采用内孔燃烧药柱,特点是:空心药柱,端面包覆,整个内孔燃面同时由内向外燃烧。药柱横截面可制成各种几何形状,烈火2导弹药柱横截面为星型结构,燃面较大,能产生较大的推力。

  烈火2导弹第一级发动机喷管属于收敛-扩散型喷管(即拉瓦尔-DeLaval喷管),由入口段(收敛段)、喉部(喉衬)、出口锥(扩散段或扩张段)构成,它的作用是将燃烧产物的热能转换为高速射流的动能从而产生推力,而且采用了效率较高的钟型喷管,燃气膨胀率为6.7:1。与液体发动机使用的冷却喷管不同,烈火2的固体火箭发动机使用的是烧蚀喷管,喷管工作环境都是高温高压,特别是喉衬要耐受摄氏2500至3000度高速气流冲刷,因此喷管入口段和喉衬使用耐高温的碳基复合材料;出口锥由多层材料制造,内壁使用耐烧蚀的碳基复合材料,外壳是出口锥的承力结构件,使用15CDV6钢制成,外壳与内壁之间为隔热层,使用胶粘剂对内壁外壳和隔热层进行粘贴固化,此外还有至关重要的防热环(O形密封圈)。此外,烈火2导弹第一级的全轴摆动喷管可以绕导弹中轴线做全向摆动,以获得控制力矩使导弹作俯仰、偏航或滚转运动,这样导弹就能按预定轨道飞行。

  烈火2导弹第二级直径1米,长约4.8米,重4.2吨,内部装有3570千克的AP-AL-HTPB复合推进剂固体燃料,燃料重量比0.85,线帕,发动机制造材料选择250合金钢。第一级和第二级之间的级间段采用了镂空支架连接的敞开式结构,导弹采用第一级关机,爆炸螺栓解锁,第二级点火将两级分开的热分离方式。第二级与第一级的不同之一在于喷管的设计,第二级采用了延伸喷管技术,燃气膨胀率为14.2:1,喷管的膨胀比大于第一级发动机。由于喷管喉径、出口锥构型和长度参数决定了喷管的膨胀比(或称扩张比,指喷口截面积与喉部截面积之比),直接影响到发动机的性能。最理想的状况是,当喷口处的喷流压力(喷管越长,喷口处喷流压力越低)与外部大气压力相等时,可得到最佳性能(最大推力),这称为喷管完全膨胀。实际上,由于大气压力随高度上升而降低,一个固定几何形状的喷管只能在某个特定高度获得最佳性能。当喷流压力小于外部大气压力时(低空),喷流受挤压与出口处部分喷管内壁分离,使该部分内壁对推力没有贡献,意即低空时可用较短的大口径喷管;当喷流压力大于外部大气压力时(高空),出口处喷流往外扩散而不能作用于喷管内壁,同样导致损失能量,亦即高空时要用更长喷管以减低能量损失。因此,地面启动的一级发动机往往使用较短的喷管,而二、三级发动机可以使用延伸喷管提高膨胀比以改善发动机效能。烈火2弹道第二级使用了矢量喷嘴来改变推力方向,以精确控制弹道,此外第二级的前封头装有推力终止装置,当接到关机指令后,推力终止孔打开进行反向喷射,2088tyc.com燃烧室迅速泄压,火焰熄灭,推力也就终止了,同时反向喷射提供了末级分离的推力。

  烈火2导弹除了两个主级发动机外,还有一个直径0.815米,长约2.3米的末助推级(PBV),总重约220千克,空重20-50千克,材料为钛合金,内部加压舱可装填40-180千克的MMH/N2O4(甲基联氨和四氧化二氮)液体燃料,线(公斤力),可进行速度修正,此外还有姿态控制系统和气动动作片,这些有助于提高导弹的命中精度,此外如果印度未来发展分导式弹头的话,也可以使用PBV姿控发动机精确调整速度和姿势并逐个投放多弹头和诱饵对多个目标实施打击。烈火2导弹采用较平缓的再入角度,当导弹在100千米高空重返大气层时,将采用滑行弹道,利用弹体的气动升力纠正弹道误差并减小再入段热效应,据称这样一来,导弹的机动性将加强,反导系统难以拦截。烈火2导弹的再入飞行器(搭载弹头的部分)长2.2米,直径0.8米,空重50千克,采用碳化纤维材料,两层复合结构,可以搭载700千克的核弹头或常规弹头。在试验过程中,导弹头锥体耐住了3000摄氏度的高温,而自身内部温度不过30度,以保证弹头和电子系统正常工作。

  烈火2导弹采用了捷联惯导系统,包括环形激光陀螺仪和加速度计,来控制导弹的飞行和导航。烈火2导弹引入了数据总线的概念,将惯导系统、飞控计算机、制动装置和传感器联成一体,这样可以减少线导弹的导航和制导系统还采用了与GPS定位系统相似的“抵达时间延迟”(TDOA)技术,当导弹在120公里高度,斜距150千米处冲出大气层并与二级助推器分离时,设在印度本土的地面无线电控制站不断向提供导弹当前位置和速度信息。据报道,TDOA定位系统可以使导弹的精度提高三倍,在这方面印度已经从航天发射中积累了丰富经验。据称烈火2导弹的CEP可以降至40米,不过也有资料称是100-200米CEP。此外还有消息称烈火2导弹还安装有毫米波地形测绘雷达,可以采用地形匹配末端制导。

  1999年4月11日,印度在巴拉索尔的惠勒岛4号发射台,从改装的火车车厢上,发射了烈火2导弹。根据印度官方发布的信息,烈火2导弹在试验过程中,第一级助推器在50秒内将火箭送至24-30公里的高空,第二级在接下来一分钟内将导弹提升至100-120公里,分离后,导弹爬升至400公里高空,再入段顶住3000摄氏度的高温,11分钟后落入了2000千米外的孟加拉湾。此后印度多次成功试射了烈火2导弹,不断验证各种新技术,为改进和发展更加强大的导弹奠定了技术基础。

  烈火1型导弹是烈火2导弹的单级版本,采用了烈火2 导弹的第一级发动机,长度减为15米,弹径1米,发射重量12吨,有效载荷800-1000千克,射程可达850千米,圆概率误差约为120米。可以公路或铁路机动发射。由于射程较短,弹头再入的气动加热效应较小,所以在烈火1导弹的再入段上取消了鳍状尾翼,再入角增大,再入速度快。此外烈火1导弹保留了与再入飞行器连在一起的末助推级,可以实现导弹的全程制导。

  烈火3导弹,长17米,直径2米,重达45吨左右,可以看做是烈火2的放大版。由于烈火2导弹比较细长,不能装载在潜艇里发射,因此为了建设完善的二次核反击系统,并实现搭载分导式多弹头的能力,印度开发了烈火3导弹,与烈火2 相比,烈火3导弹长度缩小,直径扩大以适应装载多弹头和潜艇水下发生的需要。导弹的第一级质量约为32吨,长7.7米,第二阶段的质量约为10吨,长3.3米,采用柔性喷管。烈火3可以将2000至2500公斤重的有效载荷投送至3500公里之外,导弹的再入速度高达6千米/秒,再入飞行器隔热层需要经受6000摄氏度的高温,对弹载电子系统的抗过载能力也提高要求。据称DRDO正在开发烈火3 的减重版,计划采用更多高强度/刚度、韧性好、耐高温、密度小的轻质复合材料来减轻结构重量,长度计划缩短到12米左右,弹径减小至1.8米。此外导弹的弹体发动机技术、级间分离技术与制导控制系统等均由烈火2发展而来。在发射过程中,烈火3导弹的第一级将导弹送至35千米高空,此时导弹速度1.5千米每秒,第二级将导弹送至250千米高空后分离,导弹飞行高度大于450公里,再入大气层速度高达4.5千米每秒。

  烈火2导弹在试射中虽然多次成功,但是仍然存在很多技术难题,并未正式服役,所以印度至今仍未停止对烈火2进行完善。据印度国防部2014年1月20日报道,4000千米射程、可携带核弹头的“烈火”-4(AGNI-IV)弹道导弹于当地时间1月20日上午10:52从靠近奥迪萨邦海岸的惠勒岛成功发射。“烈火”-4导弹从印度本土研制的公路机动发射架发射,起飞后上升至850千米以上高空,约20分钟后达到预定射程,以两位数的精度击中目标;满足了所有任务目的,证明了导弹的能力。位于沿岸的远程雷达和光电跟踪系统(EOTS)跟踪监测了飞行全程的参数。位于目标点附近的两艘监测船跟踪了导弹,并见证了最后击中的时刻。指挥发射的官员称,该导弹现在已具备列装条件,序列生产即将在明年开始。这是该导弹连续第三次成功试射,是研制阶段系列发射试验的最后一次。这标志着经过二十多年的努力,印度即将实现正式列装烈火中程导弹的目标。

  烈火4导弹长20米,发射重量17吨,尺寸大小与烈火2相当,但是采用了更多先进技术来改进烈火2导弹。首先在外观上,导弹的级间分离采用了封闭式的热分离方案,第一级发动机前封头装有推力终止装置,当接到关机指令后,推力终止孔打开进行反向喷射,燃烧室迅速泄压,火焰熄灭,推力也就终止了,同时反向喷射提供了一二级分离的推力。第二级的弹体直径略小于第一级,据称第一级直径增加到了1.2米,发动机外壳采用了强度更高,同时重量更强的250高镍合金钢,燃料重量比从0.86增加到0.88。第二级发动机用重量更轻的碳纤维复合材料取代了金属外壳,从而提高了质量比,从0.82提升至0.92。这项改进对于提高导弹射程很重要,因为对固体战略导弹弹道进行仿真计算,结果表明:一、二、三级发动机的结构重量每减轻1千克,导弹射程相应地增加0.6、3 、16千米左右,所以对壳体特别是末级发动机壳体进行结构减重是战略导弹总体设计师孜孜以求的目标,而达到目标最重要的技术途径之一就是采用先进的材料。固体发动机壳体不仅要承受飞行过程的气动压力和气动加热,作为燃烧室还要承受高温高压燃气的作用,同时作为导弹的主要结构件必须承受各种机械应力作用,因此必须使用高强度/刚度、韧性好、耐高温、密度小的轻质材料。 固体发动机壳体使用的材料经过了从高强度金属(超高强度钢、钛合金等)到先进复合材料的演变。从50年代末美国北极星A2潜射导弹第二级发动机壳体使用第一代复合材料玻璃钢开始,固体发动机壳体使用的复合材料经过如下演变过程:玻璃纤维(即玻璃钢)/环氧树脂→芳纶(包括凯芙拉)纤维/环氧树脂→碳纤维(石墨)/环氧树脂。玻璃纤维/环氧壳体比钢壳体减轻20~50%,而凯芙拉/环氧壳体又比玻璃钢壳体减重35%,高强度中等模量的IM7碳纤维/环氧壳体比凯芙拉/环氧壳体减轻25~30%,而且还不断有新的更高性能的碳纤维增强材料和树脂基体材料出现。烈火4导弹射程提高到了4000千米,毫无疑问也是得益于新材料的使用。此外烈火4导弹的再入飞行器设计也与烈火2明显不同,烈火4取消了再入飞行器上面的鳍状尾翼和液体燃料末助推级,弹头再入大气层角度更大,突防能力增强。再入飞行器尾部留有安装推力矢量控制喷孔的地方,以实现全程制导,保证命中精度。

  烈火5也是印度国防研究与发展组织(DRDO)开发的远程导弹,长度17.5米,直径2米,可以携带一个1.1吨重的核弹头和一个假弹头,采用三级固体燃料发动机,起飞重量50吨,射程超过5000公里,速度可达24马赫。整个飞行过程将持续1000多秒。不同于先前依靠铁路机动运输的烈火系列导弹,“烈火5”导弹能够进行公路机动发射,而且拥有更高的命中精确度。试射时,“烈火5”直冲500公里高空,随后沿弹道轨迹飞行,直至落入印度洋。“烈火5”将把包括亚洲绝大部分、半个欧洲以及印度洋的一半纳入射程之内。

  烈火5是在烈火3基础上增加一个小型的第三级改装而来的,第一级燃烧时间为90秒,推力300吨到400吨。第三级采用和烈火4导弹相同的棕红色的弹体,说明第三级很可能也是使用碳纤维复合材料,质量比大于0.9。第二级也是采用了轻型的复合材料,以降低结构重量,提高射程。制造固体发动机复合材料壳体通常使用缠绕成型工艺,由微机控制的自动缠绕机将浸过树脂胶液的连续纤维粗纱或布带按照一定规律缠绕到与壳体内腔尺寸相同的芯模上,然后加热固化、脱模,即可制成壳体。如果由于基体材料(树脂)的耐热性不高,壳体外层还必须增加热防护涂层以抵御气动加热。第三级发动机外壳的棕红色可能就是热防护涂层。烈火5 的成功试射标志着印度的弹道导弹发展进入一个新阶段,有专家指出,印度可能刻意淡化烈火5 的投送能力,其实烈火5导弹具有8000千米的射程潜力。

  2012年5月,有报告证实印度还有一个洲际弹道导弹的发展计划——三级的烈火6导弹。它声称,导弹将在2014左右的开发,导弹的射程达到8000公里至10000公里。而且烈火6将有多个独立分导再入飞行器(MIRV)的能力。此外印度还计划开发烈火6的潜射版,为了实现目标印度正加紧从国外引进至关重要的制导技术及先进的复合材料。

  经过几十年的不懈努力,印度的中远程打击体系日益完善,特别是21世纪以来,印度明显加快了远程导弹的开发,在相对短的时间里试射了多种型号的弹道导弹。为了实现“三位一体”的核打击能力,印度加紧开发能够搭载在核潜艇上的潜射战略导弹,并且已经取得了初步的进展。在未来,印度的战略威慑能力将会跃上一个新台阶,这无疑会对南亚次大陆的战略平衡,乃至亚太地区的稳定带来深层次的影响。

  阅兵式上的印度烈火3导弹,印度的弹道导弹之路将越走越远返回搜狐,查看更多




(责任编辑:admin)

专题推荐

  • 中秋理财怎么选?团贷网、花生投、开鑫贷稳健
  • 2088tyc.com印度成功试射反卫星导弹 美国代理防长
  • 郭碧婷和向佐“相亲”成功双方父母功不可没啊
  • 外交部“外交外事知识进党校”活动走进重庆市