空射巡航导弹发射技术
空射巡航导弹发射难点
空射巡航导弹既可以通过载机的航程增加远程打击的射程，又可以通过远距离发射回避敌方的防空拦截，提高载机安全性。此外，由于载机和巡航导弹本身的航迹多变，其也是应对导弹防御和地面防空系统的较佳选择。正因如此，当前军事强国都在积极发展空射巡航导弹，但目前掌握巡航导弹空射技术的国家并不多，空中发射巡航导弹面临着载机、投放和导弹设计等诸多问题。
飞机携载难武器外挂使载机阻力大幅增加。如F-111战斗机在高空无外挂时最大速度可达M2.5，而在挂满外挂时最大速度只有M0.8左右。武器外挂的另一影响是限制了飞机的机动性。一架飞机在没有外挂时过载可以拉到7甚至更高，加外挂后很难持续拉到3。因此F-22和F-35都把武器挂在机内，在不考虑阻力和雷达反射时挂在机外。巡航导弹相对一般导弹而言，长度和外廓尺寸均较大，除了大型轰炸机可用内置弹舱装载，大部分巡航导弹载机只能用外挂，这大大削弱了飞机的性能，影响到了飞机航程及自卫武器的携带。
导弹投放难空中发射巡航导弹的投放瞬间，载机的飞行姿态会发生较大变化，而且导弹很容易受到气动效应的影响。例如，在导弹与载机分离的瞬问，导弹将受到载机的姿态、姿态变化速度和线性速度的影响。此外，还将受到弹射力和力矩的影响，同时还有初始攻角和侧滑角造成的气动力。在这些初始条件作用下，控制系统必须能稳定导弹的姿态，使它的弹道不能误触载机。如果使用B-52那样的舱内旋转发射架，导弹与飞机之间会保持很大间隙，目气动力也很小，不会造成很大的发射安全问题。实践证明，在AGM-86C从B-52上无控弹射分离时，机翼外挂架上后排内侧的导弹是向内侧斜下方弹射的，如果弹射速度很慢，就有可能与打开的机身弹舱门或者机身相撞（有时外挂架和机身弹舱内的导弹需要同时发射，此时弹舱门打开）。另外，气体流场导致导弹尾部来回运动，可能与外挂架上后排中间的导弹相撞。飞机与导弹之间的气动力不仅会引起碰撞，还带来导弹稳定问题，其它外挂物的存在对后排内侧导弹上局部气流也有很大的影响，因此在投放中需要主动弹射装置和强制的投放程序。
武器设计难大部分巡航导弹都采用了海空陆通用模式，而从陆基或海基发展为空射时都会进行改造。一方面由于巡航导弹有自己的气动布局，与载机大相径庭，会对载机飞行产生不利，同时按照载机的姿态飞行也会对导弹气动部件造成损坏，另～方面是巡航导弹进气道内的涡轮叶片会在载机飞行时受气流影响而高速旋转，最终破坏发动机。因此在导弹设计中，应采取措施减少机弹相互干扰，保证导弹的燃气流、火焰、噪声、气浪不危及载机。另外，要考虑到飞机发射导弹与发射其它武器的通用性。
平台改造难对轰炸机来说，巡航导弹通常挂在机内，悬挂投放装置主要是导弹架和导弹钩、弹射器、弹舱门操纵机构等。对战斗机和攻击机来说，巡航导弹、吊舱等绝大部分悬挂物都放在机翼和机身下，除了影响飞机机动性和航程，还增大了雷达反射。飞机外形设计上要避免三种情况：一是空腔和角反射器，它们能在较宽的扇区内产生高的雷达反射面积值；二是镜面入射的平板，它们在窄的扇区内产生高的雷达反射面积：侧圆柱体，它们在所有方位上都产生较高的雷达反射面积。而外挂架与机翼或机身的连接处恰好是一个典型的角反射器，应尽量避免，因此为携带巡航导弹而对载机进行的改造难度较大。
空射对巡航导弹设计的影响
导弹布局以流线形为主巡航导弹弹体根据战斗部、导引头天线盘、发动机三者最大直径选定导弹最大直径以及长度，而导弹的直径和长度要与飞机挂架和弹舱匹配。外挂巡航导弹需要与载机的飞行速度及姿态相适应。一般来说，半圆或椭圆形导引头具有最高的强度和透波率，但也具有最大的气动阻力。超音速导弹头部呈尖锥形或尖拱形，使头部具有足够的长细比以减少头部阻力。尾部形状对弹体阻力影响也较大，平底具有相当大的底部阻力，因此一般选择收缩形的尾部。根据不同的飞行需求，可对尾部长细比和尾部收缩比进行合理选择，使底部和尾部的综合阻力最小。弹体中段的长度由设备容积确定，从弹体强度、刚度和气动的综合效果出发，应保持导弹弹体长细比适中。
确定了弹体的几何外形后，即可安排导弹气动布局。气动布局设计有两方面内容，一是正确选择各外形部件（弹体、弹翼、舵面等）的相互位置，使导弹具有良好的操纵性、稳定性和机动性；二是选择各外形部件的几何尺寸，使各外形部件具有良好的气动性能和结构特性。巡航导弹的各气动面纵向布局与动力装置、部位安排、质心定位、承力结构及主要参数选择紧密相联，往往是交错进行。外形布局经过气动计算、弹道计算及操作稳定性能计算并获得满意的结果后才能完成。
弹体截面形状突出通用性弹体是导弹主要承载部件，它把弹翼、尾翼、进气道（或发动机）等部件连成一体并在其上安装各种设备、战斗部等，因此必须有一定的容积。弹体对升力和飞行阻力的作用不可忽视，梯形截面是满足使用旋转挂架的B-52和B-IR的最优先横截面形状。AGM-86A和AGM-86B就采用类似的截面形状。实际上，多数巡航导弹，如美国的AGM-129和俄罗斯的AS-15，都是由海基改型而来，因而其弹体截面形状均为圆形。为适应潜艇、水面舰和飞机多平台使用，美国开发的新一代通用巡航导弹的弹体横截面形状，既不是方形或圆形（适合潜艇鱼雷管和大口径武器发射管）、也不是梯形（适合B-52和B-1B旋转发射架和外挂架），而是一种通用的横截面形状。
近年来，为突出雷达隐身效果，许多国家的新型巡航导弹截面形状逐渐趋于扁平。如俄新型Kh-101空射巡航导弹采用在图-95MS16战略轰炸机翼下挂载方式，8枚可能是其标准配置。Kh-101比Kh-55/555系列（长约7米）要长，其外形设计更苗条，导弹头锥部分更尖，而主弹体外形横截面为三角形扁平设计，三个折叠尾翼安装在逐渐变细的锥形尾部上，此类设计减少了雷达反射截面。
弹翼设计强调灵活性弹翼是巡航导弹的主升力面，它不仅要具有升阻比大等气动性能，还要求结构合理，工艺性好。从弹翼安排上说，“-”字形弹翼有质量小、阻力小的特点，便于机载悬挂，但侧向机动量不大，它最适合远程飞航导弹，“+”字形弹翼和“x”形弹翼均为轴对称形式，纵向和侧向都容易产生较大的机动力，适于机动性要求高的导弹。从控制形式上看，可以是主翼控制、鸭式控制或尾翼控制。通常，设计导弹的气动布局不能只从气动性能的优劣来考虑，而是从导弹的稳定性、机动性、操纵性及对制导系统和发动机工作条件加以衡量确定的。
空射巡航导弹无论内载还是外挂，为在发射架上紧密装填，弹翼和尾翼需折叠起来，导弹离机后，再将它们展开。弹翼有前掠式、后掠式或斜置式，从气动力学看，后掠式弹翼是人们最熟悉的，也是风险最小的。AGM-86B用的就是后掠式弹翼。前、后掠弹翼需要复杂的、成本高的弹翼折叠机构，并将占据弹体内宝贵的空间。舵面的设计要使其能控制导弹按一定轨迹飞行，减少或消除外界干扰因素的影响，以达到命中精度。
进气道尽可能增大截面积发动机进气道既是影响巡航导弹动力的主要因素也是其飞行的主要阻力来源。进气道的几何尺寸很大程度上由旋转发射架的外部空间所决定。研究表明，恰当的外形，较薄的整流罩，其阻力损失会较小。AGM-86B采用埋入式进气道，发射时弹出，使整个进气道暴露在外，增大了进气口面积。巡航导弹外挂时，发动机进气口必须盖住，以防亚音速或超音速气流经过巡航导弹发动机引起涡轮自旋，造成轴承损坏。此外还必须考虑到，以高亚音速或超音速飞行的巡航导弹载机，在其喷气发动机进气口周围有很强的吸力，可以将脱落的巡航导弹进气口盖快速吸入载机发动机中，因此载机的发射架上应装备一种巡航导弹发动机进气口盖快速回收系统。俄式巡航导弹则采用了头罩设计，通常用于进气道在头部的外挂式巡航导弹，如俄印联合设计的空射“布拉莫斯”超音速巡航导弹，在投放后，头罩利用侧推火箭自动抛离。
空射巡航导弹发射装置的构成
发射管理系统用于管理和控制载机包括巡航导弹在内的各种悬挂物，主要由飞机接口装置、控制显示装置、挂点接口装置、悬土物管理处理机、多路数据传输总线（航空电子系统总线和军械总线）、软件等组成。它通过飞机接口装置，与飞机各有关系统（如飞控系统、惯导系统、环控系统、电气系统等）相连。其可以向导弹挂架输出开锁和弹射指令，并按定方式（单射、连射）和顺序发射巡航导弹，同时在显示屏上指示出武器就绪情况及导弹发射状态。例如，通过发射管理系统的逻辑控制，13-52从外挂架上发射AGM-86这样的巡航导弹时，为确保发射安全，发射前控制系统就开始工作，稳定导弹离机时的姿态，然后按一定逻辑程序发射。通常首先发射前排外挂架上的导弹，自动分离程序可做到只要前排内侧有导弹存在，后排内侧导弹就不会发射。先发射外挂架上前排内侧的导弹也能排除后排内侧导弹与中间导弹之间存在的气流干扰问题。为慎重起见，正常情况下是首先发射位于前排内侧的导弹，然后发射中间和外侧的导弹，再最后发射后排的导弹。
导弹发射装置由机械部分和发射控制盒组成，有轨道式和支撑弹射式。轨道式为机载导弹广泛采用，通过导轨的约束和引导，能削弱载机干扰流场对导弹发射初始段的影响，减少发射散布，提高导弹离机速度和保证载机的安全。这种发射装置适于中小型导弹，对于巡航导弹这样的较大型导弹，通常采用支撑弹射式，这是一种没有导轨，仅仅起悬挂支撑作用的导弹发射装置。导弹的发射程序是载机驾驶员通过点火电路点燃燃气发生器的火药弹，火药气体作用于协动联锁机构，解除保险并释放弹钩，同时驱动弹射机构，火药气体的推力将导弹弹离载机，并启动延迟点火机构。在导弹达到预定的距离和姿态时再点燃导弹发动机。在弹射机构设计中多采用缓燃火药增大初始容腔和节流稳压等技术措施。弹射机构按侧推炸点数可分为单点式、双点式和多点式。这种发射装置适宜采取“半埋”或“全埋”式挂载的导弹，导弹离机后可迅速摆脱载机干扰流场的影响。美俄的巡航导弹大部分采用这种发射方式，B-52的弹射器可使巡航导弹的最低弹射分离速度达到2米/秒。
巡航导弹发射架由于巡航导弹的特殊性，美俄都为巡航导弹设计了专门的发射架，包括内置旋转发射架和外挂式发射架。B-52、B-1B、图-95都有舱内旋转发射架。其优点是：导弹装填密度高、成本低、发射导弹气动干扰小，对载机飞行性能影响不大等。旋转发射架在设计中需考虑舱门打开时气流对导弹的俯仰力作用不会影响发射和分离。近年来，使用战斗轰炸机外挂发射巡航导弹越来越多。美俄现役巡航导弹多采用三联装外挂架。其优点是导弹装填密度高，减少了许多重复的发射架组件。缺点是导弹对飞机气动影响严重，为减少这种影响，需尽可能把武器挂点移到机身上侧贴近机身。如，F-16的改进型在两翼下有8个弹射挂架，为降低挂架给飞机造成的性能损失，将挂架的结构设计成大部分安装在机翼内。设计这种发射装置一方面要注意对导弹翼展的限制，另～方面解决气动力对导弹发射的影响。国外通常是在一个通用发射装置上采用一个三联装适配器，调节适配器使其适应不同尺寸的导弹。
目前，许多轰炸机同时采用上述两种发射架，如B-52装在舱内尾部的旋转发射架可携带8枚AGM-86，两翼下共可外挂12枚AGM-86。导弹通过弹上的两个吊耳固定在发射架的弹射器上，弹射器的弹射速度为2.73米/秒。旋转发射架一次弹射一枚，每枚导弹下落1.5秒后发动机点火。俄改进型图-95MS16（“熊”H）轰炸机下的4个外挂架上各挂了1对Kh-101。TU-95MS16理论上可装16枚Kh-55，10枚翼下外挂，6枚在内置式旋转挂架上。这种方式在作战中并不采用，一般使用内置挂弹方式以保证最大航程是标准作战样式。
作者：任德新
来源：《兵器知识》2013年第08期
