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空对空导弹气动控制

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发表于 27-9-2013 07:15 PM | 显示全部楼层 |阅读模式
传统飞行翼片
一般的导弹的气动控制都由几种气动控制面达成:尾翼(tail)、主翼(wing)、或鸭翼(canard)。这些气动控制面都是排列成轴向对称的十字形。
而多数的空对空导弹的气动布局是尾翼加鸭翼。可控制的翼片可以是单单鸭翼、或单单尾翼、或鸭翼和尾翼。然后气动面可以作多种变化,如全动翼面、或固定翼面加上副翼(aileron)或活动瓣(flap)。
主翼与鸭翼的区别所在,是主翼面积较大,所占据位置是在导弹中端;而鸭翼面积较小,所占据位置是在导弹前端。

美国超视距空对空导弹AMRAAM AIM-120(下图)应用的是固定主翼和全动尾翼。


美国中距空对空导弹麻雀AIM-7(下图)应用的是全动主翼和固定尾翼。


俄罗斯中距空对空导Vympel R-27(下图)应用的是轴向对称的十字形排列的固定鸭翼,全动主翼和固定尾翼。
四个独特的大型“蝴蝶”主翼是由独立的液压驱动器供给压力液,以致同一个主翼不但可以控制导弹的俯仰度(pitch)和偏航度(yaw),还可以控制导弹的翻滚(roll)。


美国近距格斗导弹响尾蛇AIM-9从早期的B型至后期的M型(下图)都是应用全动鸭翼和固定尾翼。
AIM-9的固定尾翼翼端还加上了滚轮(rolleron)。这滚轮是一种被动式稳定陀螺仪,说穿了它其实是圆周有着凹槽的金属轮,它的作用是防止导弹翻滚。
当导弹高速飞行时,气流经过凹槽推动滚轮高速转动,而产生陀螺性稳定作用。任何弹体滚动趋向将被滚轮的陀螺性运动所抵消。



以色列蟒蛇Rafael Python-5近距格斗导弹(下图)所应用的是双鸭翼和全动尾翼。
第一组鸭翼是固定的,用来平伏迎面大仰角气流,提供稳定气流于第二组鸭翼。
第二组鸭翼是全动式的,控制俯仰度和偏航度。而翻滚控制是由一对在鸭翼后面的小桨片来达成。
大角度后掠边条(strake)的作用是提高尾翼气流的稳定性。而后掠尾翼的设计可以减小在高G大仰角转弯时的翻滚力矩。




推力矢量控制 TVC
除了传统飞行翼片,火箭马达喷嘴处还可以装有导流叶片来达成推力矢量控制。导流叶片可以依据制导控制系统的数据来转动,当热流通过导流叶片时,火箭马达所喷出来的热流不再是在导弹纵轴的方向了,而是导流叶片转动的方向。这比起单靠传统飞行翼片来达成导弹转向更直接、更有效。但是这种气动控制有一个弱点,就是当火箭燃料烧完之后就没有作用了。所以推力矢量控制多数是用在近距格斗导弹,因近距格斗只是维持几秒钟而已。

传说中俄罗斯的Vympel R-73(下图)的高机动性除了靠双鸭翼和固定尾翼加上副翼(副翼用来保持翻滚稳定性),还有就是靠推力矢量控制的功劳。
R-73的成功,造就了后来其他国家研制了推力矢量控制的近距格斗导弹,如法国的MICA IR、德国领导发展的IRIS-T、美国的响尾蛇AIM-9X、还有中国的PL-10


响尾蛇AIM-9X近距格斗导弹(下图)。注意尾翼已经没有滚轮了。那四个黄色的东西就是导流叶片。
AIM-9X TVC.PNG


反应喷射控制(JRC
反应喷射控制在太空领域被广泛的应用,但在大气层内的导弹科技还是一门很新的科技。导弹弹身有一组喷嘴阵列可以瞬间提供高达数千磅的横向推力,来控制导弹的转向。喷嘴可以是连接着导弹固体火箭马达,或是多个独立的固体火箭马达。热气的流量是由高速反应阀来管理。噴嘴依据制导控制系统的数据所需依次喷射,来控制导弹的俯仰度和偏航度。新一代近距格斗导弹将装有这一类系统,其灵活性和机动性是无以伦比的,所以追击大仰角目标能力是大幅度提高了。导弹反应喷射控制还是个很新的科技,外界对这种科技还不是很了解。

雷电(Raytheon)所宣传的反应喷射控制海报图(下图)
Raytheon RCS.png

神秘的洛赫马丁CUDA导弹(下图)被猜测是装有反应喷射控制的导弹。那些黑点就是喷嘴阵列所在。
CUDA missile for F-35.PNG

CUDA导弹还有一个很有趣的事实:它是没有弹头(warhead)的。它标榜的是直接撞击歼灭(hit to kill),因为洛马对自己开发的反应喷射控制很有信心,相信CUDA的机动性和准确性可以让它省却弹头。这使CUDA成为名副其实的导向子弹。就因为它没有弹头,所以体积也相对减小了。比起其他较大体积的导弹,在同一个容量的弹仓可以装上比较多的导弹。如下图,CUDA导弹只是AIM-120三分之一体积而已。洛马也以这一卖点向美国空军推售CUDA导弹为F-35的基本武力装备。
CUDA to AIM-120.PNG

让我们拭目以待吧。




本帖最后由 hypang 于 3-10-2013 08:57 AM 编辑

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发表于 27-9-2013 07:30 PM | 显示全部楼层


无弹头的将来会成为美国,苏联和中国5代机的主流空空导弹!
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发表于 29-9-2013 03:45 PM | 显示全部楼层
为什么没有独特设计的R-77?还有很好奇s300是不是JRC的???
看来JRC的机动性和稳定性是最佳的,可是肯定会影响导弹的射程。。。所以如果用来打飞机实在是太多余啦~对付飞机使用翼已经很足够了
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发表于 29-9-2013 04:44 PM | 显示全部楼层
笑吼 发表于 29-9-2013 03:45 PM
为什么没有独特设计的R-77?还有很好奇s300是不是JRC的???
看来JRC的机动性和稳定性是最佳的 ...

r77_6659_179.jpg

對,R-77的網狀尾翼設計真的是空對空飛彈的經典~
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 楼主| 发表于 30-9-2013 09:52 AM | 显示全部楼层
笑吼 发表于 29-9-2013 03:45 PM
为什么没有独特设计的R-77?还有很好奇s300是不是JRC的???
看来JRC的机动性和稳定性是最佳的 ...

R-77 用的是叫栅格翼(grid fin /lattice fin)。栅格翼的优点是翼chord)比平板翼小,所需要的扭转力矩也相对地小。小翼的另一好处是在大仰角气流中不易失速,所以栅格翼比平板翼较有效地控制气流。小翼的第三个好处是面积小,所占据位置也小,容易折叠在导弹身上,收纳在弹仓也相对容易。
R-77 grid fin.PNG

在不同的气流速度中,栅格翼有不同的空气动力特性。在低亚音速,栅格翼与平板翼的空气动力特性相同。在跨音速区域(马赫0.81.3),弓型冲击波会在栅格翼前面形成,造成的阻力比平板翼高,不能有效地控制气流。在低超音速,斜激波会在栅格内形成,阻力也比平板翼高。
而在高超音速,斜激波是在栅格翼的后缘形成,有效气流控制面积比平板翼大。R-77的极速是马赫4.0+,所以栅格翼在高超音速控制气流的有效性可以被充分地利用。

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发表于 30-9-2013 06:23 PM | 显示全部楼层
detectivebinbin 发表于 29-9-2013 04:44 PM
對,R-77的網狀尾翼設計真的是空對空飛彈的經典~


PL-13
全球体格最大格斗导弹

“霹雳-13”导弹的长度约为3.0米,直径170毫米,翼展500毫米。这一数据要超过目前世界上现役所有格斗导弹,接近于兼顾中程拦截的法国“米卡”导弹。美媒对“霹雳-13”的出现表示忧虑,认为这种导弹将大大提升中国空军的空战能力,对美国空军和海军航空兵构成严重挑战。


 原文配图:网友绘制霹雳-13空空导弹在歼-20发射瞬间。
近日,外媒报道,中国已经为歼-20战机研制了最新的“霹雳-13”(PL-13)导弹。军事专家李莉在接受媒体采访时表示,这款导弹的优势在于射程大、速度快,或许能达到4至5个马赫。
  报道称,“霹雳-13”导弹的长度约为3.0米,直径170毫米,翼展500毫米。这一数据要超过目前世界上现役所有格斗导弹,接近于兼顾中程拦截的法国“米卡”导弹。从气动外形来看,“霹雳-13”采用边条翼设计,边条翼的形状和在弹体上的位置接近于俄R-77的弹翼,导弹尾部的气动舵面外型类似俄R-27导弹的倒梯形外型,尾部可能采用了推力矢量设计。
  美国曾组织过F-22的同型机空战,发现隐形机之间空战很可能会演变成近距离的格斗空战。中国显然也接受了这一理论,“霹雳-13”导弹很可能就是这一理论的产物。如果“霹雳-13”近期投产,将可与远程预警机结合使用;预警机将远距离探测到的目标信息通过数据链发给挂载有“霹雳-13”的歼 -11B和歼-10,使解放军具备超远程空中攻击能力

http://www.wenxuecity.com/news/2013/09/29/2694164.html
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发表于 1-10-2013 01:49 PM | 显示全部楼层
hypang 发表于 30-9-2013 09:52 AM
R-77 用的是叫栅格翼(grid fin /lattice fin)。栅格翼的优点是翼弦(chord)比平板翼小,所需要的扭转力 ...

我觉得第三个优点使得这类设计很适合用在j20或j31这种内卦形战斗机。因为可以省位~可是栅格翼的阻碍力比起平板翼大,会影响速度。。。
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