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导弹的“歪鼻子”是不走心的设计还是另有玄机?

科普小知识2022-10-24 22:15:30
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英国《镜报》4月16日报道称,一名现场记者在阅兵式上发现了一枚“弹头倾斜到一个奇怪角度”的导弹。记者在报道中称自己“看到了不寻常的景象”。于是他们制造了一个“大新闻”——朝鲜的导弹是一个纸板模型,甚至没有从心脏走出来,形状被扭曲得可笑。

导弹的“歪鼻子”是不走心的设计还是另有玄机?

然而,人们很快发现,新闻报道是“自己的目标”,因为照片中的弯鼻导弹不是模型,而是苏联20世纪60年代制造的一种著名的S-200防空导弹,其形状完全相同。“歪鼻子”也不属于导弹主体,而是四枚捆绑式固体助推火箭。

导弹的“歪鼻子”是不走心的设计还是另有玄机?

S-200防空导弹作为模型

S-200系列防空导弹是前苏联为防止美国超音速战略轰炸机和超音速侦察机在20世纪五六十年代的入侵而专门设计的远程中程防空导弹系统。事实上,它也是世界上射程最远的高空远程防空导弹武器系统之一。它的射程远、速度快、威力大,比其他导弹都大。如此巨大的物体自然需要更强的动力来跟上那些超音速目标。因此,S-200在主推进器上绑了四枚固体助推火箭。这四枚助推火箭能使它在发射后的短时间内(根据公开信息可能是发射后5.1秒),会迅速加速,以在最短时间内达到击中目标的目标。

我们所说的“弯曲的鼻子”实际上是指这四枚助推火箭的整流罩的形状。它还有一个更好的名字,叫做斜锥光顺。事实上,对于喜欢战斗机的朋友来说,S-200助推火箭整流罩的气动外形设计应该并不陌生,因为它与众所周知的前掠翼战斗机的气动外形非常相似。助推火箭可以被视为导弹飞行中的四个短“翼”,而S-200可以被视为一个具有四个翼的前掠翼战斗机。众所周知,前掠翼的气动布局可以使飞机在高仰角飞行时获得更大的升力(导弹发射阶段是典型的高仰角飞行姿态),在亚音速飞行时具有更好的机动性。S-200作为拦截敌方高速飞机的防空导弹,在发射初期亚音速时具有更灵活的机动性,也有助于更快地调整飞行姿态和飞行轨迹。

导弹的“歪鼻子”是不走心的设计还是另有玄机?

风洞试验证明,前掠翼气动布局具有良好的机动性。

然而,当四枚捆绑式固体助推火箭的燃料耗尽时,它对导弹没有用,但也会增加导弹的飞行阻力和无效载荷。这时,另一个“歪鼻子”的功能出现了。与普通圆锥形设计相比,这种斜圆锥形气动外形设计在导弹高速飞行过程中会产生更多垂直于弹体的径向力。当助推火箭停止工作,助推火箭本身的推重比大于导弹本身的推重比时,弹体将在径向力的作用下自动脱离助推火箭。这种分离方法称为气动分离。

简而言之,当助推火箭工作时,助推火箭的推力将抵消飞行中产生的各种阻力,包括径向力,并加速导弹的飞行。然而,当导弹的速度越来越快,助推火箭刚刚停止工作并失去推力时,“弯鼻”的空气动力学形状将引导越来越强的气流“按时”将助推火箭“吹”离导弹体,从而使导弹体能够继续“轻装前行”。

导弹的“歪鼻子”是不走心的设计还是另有玄机?

气动分离示意图

事实上,这个“歪鼻子”结构并不是导弹家族中唯一的一个。一些需要高加速度的超音速导弹也采用类似的空气动力配置。例如,俄罗斯著名的KH-31空基反辐射导弹和中国的霍克-91反舰导弹的助推火箭都有“弯曲的鼻子”。不同的是,这两种导弹的助推火箭不是捆绑在一起的,而是嵌在导弹体内的。当它们停止工作并被“吹走”时,原来的位置变成了导弹主推进器的进气口。

导弹的“歪鼻子”是不走心的设计还是另有玄机?

KH-31空基反辐射导弹也有类似的“歪鼻子”

值得一提的是,俄罗斯今天的超燃冲压发动机飞行试验是从一个基于S-200“弯鼻”助推火箭技术的高超音速飞行试验系统开始的,他们的第一个高超音速试验飞行器Kholod也是从S-200带入试验所需的高海拔和高速环境的。

现在,下一代高超音速飞行器已经被一个接一个地测试。如果老的S-200导弹有一天需要面对他们,看看比他们快几倍的年轻一代,也许那些被束缚的火箭的鼻子真的会变形。

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