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匕首高超音速导弹:首次高超音速武器实战,究竟是什么技术?

俄罗斯国防部发言人伊戈尔?科纳申科夫少将称,“匕首高超音速航空弹道导弹击毁了乌军在伊万诺-弗兰科夫斯克州‘杰里亚京’居民点的大型导弹和航空弹药地下仓库。

据俄方专家称,这是人类历史上首次在实战中使用高超音速武器!“匕首”究竟是一种什么样的导弹,用的又是哪一路的高超音速路子?下文就来探究一番!

匕首高超音速导弹

先来看看维基是怎么介绍的:

匕首导弹的全称为Kh-47M2 Kinzhal,是俄罗斯开发的具有高超音速能力的空对地导弹,据称其射程超过2000公里,能以10马赫的速度飞向目标,并且在飞行的各个阶段还能规避机动。

匕首导弹可以携带常规弹头以及核弹头,可以从Tu-22M3轰炸机或MiG-31K截击机上发射,这款导弹可以突破北约的防空系统以及北美防空系统,直接摧毁目标。

据维基资料,这款导弹可以攻击静态与动态目标,包括驱逐舰以及航空母舰,10倍音速下没有任何武器可以拦截,匕首的重量是战斧导弹的三倍,速度几乎是战斧的十二倍,其巡航动能是战斧导弹的432倍,即使不爆炸,高速穿透也能摧毁目标。

据塔斯社报道, Kinzhal的首次发射是在2019 年11月中旬,载机是奥莱尼亚空军基地的一架 MiG-31K,导弹击中了“彭博伊”试验场的地面目标,速度达到 10 马赫。

2022年3月18日首次用于实战,摧毁了乌克兰武装部队在Deliatyn的地下武器库,从发布的视频来看,高超音速导弹直接穿入地面后发生了大爆炸,其爆炸规模比常规导弹击中后略大一些,不过看爆炸的规模,弹药似乎没有殉爆。

匕首导弹用的是哪种超音速技术

高超音速导弹其关键技术无疑是如何达到高超音速,一般高超音速技术有如下几种路子:

1、火箭暴力推进

2、滑翔高超音速

3、超燃冲压高超音速

首先要确定一点,超音速和高超音速是有区别的,对于高超音速的定义是至少5倍音速以上,因此很多所谓的伪高超音速就纷纷显形了。

火箭暴力推进的缺点

火箭实现高超音速是最简单的,向太空发射卫星的火箭,至少需要将末端入轨速度达到7.8千米/秒左右,也就是海平面音速的23倍左右才能入轨,因此能发射卫星的国家统统都能达到高超音速?

AIM-120

其实完全不是这样,因为火箭自带燃料与氧化剂,差不多只能携带一半的燃料,而另一半被“没啥用处”的氧化剂占了,火箭因为要离开大气层,所以只能携带氧化剂,但导弹不需要,所以携带同样质量的“燃料”,用大气层氧气的飞机航程要高很多。

滑翔高超音速的难点

因此火箭是不合格的高超音速推进发动机,不过它可以将目标弹头推进到高空,然后使用滑翔的方式抵达目标,这就是滑翔高超音速技术,这种技术使用的是控制滑翔角度与轨迹直至命中目标。

它有一个特点,门槛相对较低(没有高超音速发动机技术),但对空气动力的滑翔技术要求很高,同时蒙皮的绝热以及耐高温技术要求同样很高,因为高超音速下的极端摩擦(其实是高超音速激波加热)会让外壳升温至600度以上。

超燃冲压发动机的地狱级难度

冲压发动机估计大家都听过,这种结构超级简单推力却极大,并且还能适应超音速的发动机简直就是理想动力,但它的缺点是只能在超音速条件下启动。

通过进气道的压缩,经过燃烧室的气流降低到音速以下,此时喷入燃料,点燃做工,从尾喷管喷出,这就是亚燃冲压发动机的做功过程。

一般在5倍音速下亚燃冲压发动机是可以胜任的,但到了5倍以上,压燃冲压不是无法再提高速度就是燃烧室燃烧不稳定,无法持续做功,那么必须要开发一种燃烧室内气流是超音速的发动机,这就是超燃冲压发动机的来历。

燃烧室不到一米的距离,超音速气流通过的时间也就数毫秒,要在如此短的时间内完成混合燃料并点燃做功,真的很难!

旋转爆震发动机

上文中没有说明旋转爆震发动机,这种发动机是脱离了燃烧机制的发动机,将燃料的燃烧变成爆轰的过程,其优点是可以0速度启动,并且还能适应高超音速,优点满满,但到现在为止测试结果都有公布,但还没有实际装备到某种飞行器或者导弹上。

匕首导弹到底用了哪种发动机?

如果不是滑翔高超音速以及暴力火箭推进的话,高超音速导弹一定有个进气道,比如美国测试的X-51就是这种类型:

但从匕首的外形来看光溜溜的根本就没有放置进气道,比如米格-31上挂载的导弹:

似乎看起来实在不太像装了超然冲压发动机的导弹,不过这是发射前窗台,发射后怎样却不太清楚,假如是超燃冲压发动机的话,发射第一步是火箭发动机启动,将其推进到超然冲压发动机能点燃的速度,同时露出进气道,因为超然冲压发动机要使用大气中的氧气作为氧化剂。

从这张来路不明的匕首导弹的结构中能看出是一种固体燃料的发动机,中间留出了进气道,从前方进入的气流在燃料柱中的孔洞经过,然后点燃与固体燃料发生氧化反应后再从尾喷口高速喷出。

不过却仍然看不到进气道位于哪里,从启动结构分析,不是藏在鼻锥里(轴对称进气道,有些类似布拉姆斯导弹结构),就是藏在整流罩结构中,比如下图这样的结构:

冲压发动机的鼻锥将激波隔离,因为激波的破坏力太大了,而超音速气流则进入进气道内部进行压缩,最终到达燃烧室,对于固体燃料的超然冲压发动机,整个药柱都是燃烧室。

像上图3M80的周围有四个进气道,不过这种只是超音速反舰导弹而已,还达不到高超音速,因此笔者实在很好奇,匕首的进气道究竟是长什么样的,真的是整流罩上的几个开孔吗,实在有些难以想象。

整流罩上还真特么有开口

延伸阅读:高超音速武器的难点

有人说高超音速武器最难的不是超燃冲压发动机,而是如何制导,因为高超音速的激波加热会导致鼻锥处温度会升至数百度高温,现代能透波并且耐高温性能良好的材料却很难找到,因此问题是实现了高超音速却发现制导这关被拦住了去路。

从后方注入制导指令是没问题的,毕竟除了鼻锥以外其他位置的温度还是比较低的,但这对攻击运动目标的导弹来说,就需要发射后制导,一来距离受限,因为后方的载机雷达会受到地球曲率影响。二来也不能发射后不管,载机暴露在危险空域太久,后果不堪设想。

据说中俄都解决了这个问题,似乎美国遭遇到了一些难题,当然这些都是道听途说,各位不必当真,笔者就说着玩玩的哈。