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

巡航导弹的弹体长度和重量都比较有限,但射程却非常可观。例如中国东风-10巡航导弹和美国“战斧”式导弹的长度都为6米左右,弹重1.5吨左右,弹头重量450公斤,最大射程能达1200-2000公里。俄罗斯研制的陆基9M729和海基“口径”巡航导弹,射程也有1500~2000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,但显然弹道导弹的重量和体积都要庞大得多。

巡航导弹拥有的与自身体积重量明显不对称的巨大射程,主要是因为巡航导弹的推进效率更高,远高于弹道导弹。巡航导弹推进效率更高的奥秘,就在于发动机和弹翼设计。

拥有比较平直的大展弦比弹翼,是巡航导弹射程很远的重要原因。巡航导弹飞行时的升力有80%是由弹翼提供的,为了拥有更大的升力,巡航导弹设计有大面积的平直弹翼,平时折叠收缩在弹体中,发射后才自动伸出。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。

(美国AGM-84鱼叉反舰导弹的动力,J402-CA-400涡轮喷气发动机)

此外,巡航导弹的飞行速度比较低。有很多人以为,超低空掠海飞行的现代亚音速反舰导弹,与巡航导弹的飞行速度是一样的。其实二者的速度差别巨大,这导致配备的发动机也不同。

例如美国鱼叉,法国飞鱼和中国鹰击-83反舰导弹,都是典型的超低空掠海飞行的亚音速反舰导弹,都以高亚音速飞行。反舰导弹在海上飞行无需顾忌陆地山体,所以弹道控制比较简单,能够高亚音速飞行,加之现代海军反舰目标指示最多也就三五百公里,因此导弹射程控制在300公里以内即可,所以可配备适合跨音速飞行的油耗高但速度快的涡喷发动机。

我国鹰击83导弹的涡喷发动机跟法国TRI60小涡喷很相似,鱼叉使用J402-CA-400涡喷,三者都是300公斤级涡喷发动机,巡航段飞行速度大约0.9马赫,折合1100公里/小时,每秒300米以上。如果射程280公里,那么只需要飞行15分钟就能到达目标。至于油耗,由于不要求上千公里的射程,相对多耗费的那点煤油,无所谓了。

有网友提问,不是很多人说涡喷发动机比较落后,比较费油吗?涡扇发动机更先进更省油吗?鱼叉导弹为何不使用战斧巡航导弹那种涡扇发动机?

导弹使用何种发动机,是根据作战任务决定的。涡喷发动机费油,但涵道比较小,阻力低,适合高速飞行。涡扇发动机省油,但涵道比较大,阻力也大,适合低速飞行。

按照航程布列盖公式,飞行器航程=巡航升阻比 x 飞行器速度 / 发动机油耗x发射时重量 / 燃料耗尽时重量的对数,这意味着在相同条件下,导弹的速度越小,发动机油耗越低,升阻比越大,则射程越远。

美国战斧和中国东风-10那样的巡航导弹,其明显特征是飞得比较慢,比反舰导弹飞得慢,巡航导弹通常的巡航速度只有0.6~0.7马赫,也就是每秒200~230米左右,如果射程2000公里,需要飞行2个多小时。

因此,在弹体气动结构差不多的情况下,为了追求高速,反舰导弹要配备涡喷发动机,而巡航导弹就需要配备一台非常省油的涡扇发动机。美国战斧和中国东风10导弹的射程较远,需要在陆上进行超低空地形匹配飞行,飞行速度较慢,都需要选用油耗较低的涡轮风扇发动机,

东风10和战术战斧的F107-WR-102或F415-WR-402涡扇发动机(推力267公斤),都属于250公斤左右的小推力发动机,发动机重量仅为65公斤,燃烧高密度烃类燃料,其实就是高等级航空煤油,但闪点和粘度都比一般航空煤油高得多,因此成本也很高,很贵。战斧导弹燃料载荷在175到550公斤之间,即大约250~650升。涡扇发动机油耗比鱼叉和鹰击83所用的大推力涡喷发动机低得多,因而射程也远得多,当然,速度肯定要慢得多,战斧和东风10巡航速度仅有0.7马赫,折合850公里/小时,每秒只有230米。

当然,有利也有弊,巡航导弹本质上就是一架小型的无人驾驶飞机。巡航导弹装备涡扇发动机以后,尽管拥有很高的燃油效费比,但涡扇发动机无法让巡航导弹拥有更高的飞行速度,一般只能是进行中等亚音速飞行。巡航导弹的飞行速度慢、机动能力低、飞行模式古板,容易被现代的防空拦截。

因此设计人员都在想尽办法提升巡航导弹的速度和突防打击能力,采用吸气式冲压发动机,但同时还要克服冲压该发动机的巨大油耗,以便获得更大的射程。例如在2019年国庆阅兵式上中国首次亮相大量东风-100超音速巡航导弹,这是目前世界上首款服役的陆基远程超音速巡航导弹。至于具体性能,不告诉你!

要解答这个的问题,得先从巡航导弹的设计开始说起。巡航导弹也叫飞航式导弹,它主要依靠喷气发动机所产生的推力和弹翼所提供的气动升力,以巡航状态的速度在大气层内飞行。从本质上讲,巡航导弹就是一个带炸弹的小型无人机,这就让巡航导弹与其他导弹相比有很大的不同。

(美军战斧式巡航导弹)

巡航导弹的设计原理就是一架小飞机,它采用喷气式发动机,可以保证它能够以高亚音速飞行。巡航导弹的飞行速度通常在每小时700-800公里左右,这个速度根本算不上快,当然它也不会像超音速导弹那样消耗大量燃料。速度较慢,燃料消耗较低,这就让巡航导弹可以飞行很长时间,航程也变得更远。如美国战斧式巡航导弹,它采用的是F-107-WR-450涡扇发动机,以0.7马赫的速度飞行时,油耗很低,这可以支持导弹飞行很长时间,其最大航程可达2500公里。

(巡航导弹本质上是一架带炸弹的无人机)

(巡航导弹生产线)

巡航导弹的气动设计也可以有效提升导弹航程。巡航导弹与一些超音速导弹的不同点在于多了一副弹翼,而弹翼的主要作用就是为导弹提供飞行所需的升力。简单来说,弹翼就像飞机的机翼一样,通过弹翼为弹体本身提供一定升力,保证导弹以一定的速度在一定高度稳定的巡航飞行。同时,由于弹翼的存在还可以使弹体具备空气动力学特性,这有助于导弹进行机动飞行,在保证射程的同时还可以提升导弹的机动能力。

(弹翼)

正因如此,尽管巡航导弹体积不大,却可以达到几千公里的射程。同时,由于巡航导弹具有体积小、重量轻、精度高、可低空机动突防的特点,现在越来越受到人们的关注。类似飞机原理的设计,让它拥有了中短程导弹一样的射程,它也成为了很多国家的重要作战手段,在现代战争中占据着一席之地。

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