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4.1 發(fā)動機殼體
按照印度媒體的報道,，烈火3一級發(fā)動機裝藥約30噸，二級裝藥約9噸,，殼體材料是馬氏體時效鋼。馬氏體時效鋼是一種高合金超高強度鋼，常被選作制造固體發(fā)動機殼體的材料,。超高強度鋼是最早采用的一種固體發(fā)動機殼體材料，與復(fù)合材料相比,，其屈服強度/質(zhì)量比不高,，但成本較低，加工簡單,，因此仍被廣泛用作下面級固體發(fā)動機殼體,。據(jù)報道,，位于海德拉巴的印度國有Midhani鋼鐵公司可以生產(chǎn)屈服強度250psi級(1720 Mpa)的馬氏體時效鋼，已用于印度PSLV運載火箭火箭的一級固體發(fā)動機殼體,。由于馬氏體時效鋼中含有較多（8~9%）的貴金屬鈷,，成本較高，我國一般不采用這種材料,，自行研制了性能相當而成本較低的低合金406鋼（用于JL-1/DF-21）,、D406A鋼（用于DF-31系列）。而在上面級發(fā)動機中,，我國的型號已經(jīng)普遍采用了復(fù)合材料殼體,，如玻璃鋼、芳綸纖維,、碳纖維,，殼體材料也基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化。由于烈火3采用了金屬材料殼體,，其發(fā)動機質(zhì)量比較低,，這是造成其裝藥/起飛質(zhì)量比（~39/50=0.78）低的主要原因。作為比較,，我國40年前研制的DF-3導(dǎo)彈的裝藥/起飛質(zhì)量比就已經(jīng)達到了0.914,。參照采用金屬材料殼體的PSLV運載火箭火箭一級固體發(fā)動機，烈火3的兩級發(fā)動機質(zhì)量比可能只有0.82~0.83,，遠低于我國的金屬材料殼體發(fā)動機（如DF-31一級質(zhì)量比達到0.88）,。PSLV運載火箭的三級固體發(fā)動機采用Kevlar-49殼體材料，裝藥7.58 t,，質(zhì)量比為0.866,。而我國采用復(fù)合材料殼體的發(fā)動機質(zhì)量比要高得多，如90年代初研制的長征二號E遠地點發(fā)動機EPKM采用玻璃鋼殼體,，裝藥5.4 t,，質(zhì)量比為0.907；DF-21A二級發(fā)動機采用玻璃鋼殼體,，裝藥3.7 t,，質(zhì)量比為0.893；DF-31A二級發(fā)動機采用F-12芳綸纖維殼體,，裝藥約8 t,，質(zhì)量比為0.904。何況印度本國無法生產(chǎn)Kevlar-49纖維,，所需材料完全依賴進口,，這可能是烈火3二級發(fā)動機不得不仍然采用金屬材料殼體的原因。而我國的宇航級高強度芳綸纖維和碳纖維都已經(jīng)形成小批量生產(chǎn)能力,，可基本滿足國內(nèi)型號需求,，正逐步擴大生產(chǎn)能力并提高性能,。
4.2 推進劑性能
烈火3應(yīng)該與PSLV運載火箭、GSLV火箭助推器一樣采用HTPB中能推進劑,，一級海平面比沖為229~237,，比我國和美、俄等國類似尺寸的HTPB下面級發(fā)動機比沖都要低（243~255）,，更不要說和NEPE和HTPB+HMX這些高能推進劑相比了,。推進劑實測比沖不僅與其理論比沖有關(guān)，還與燃燒室壓強和噴管設(shè)計有關(guān),。一般而言,，燃燒室壓強越大，實際比沖越高,�,？梢姡《鹊墓腆w發(fā)動機燃燒室壓強較低,，這同樣說明了其較低的殼體材料性能和加工水平,。
4.3 發(fā)動機推力
發(fā)動機燃燒室壓強低還會導(dǎo)致發(fā)動機的推力低。發(fā)動機推力大,，則加速較快,，主動段時間減小，重力速度損失減小,。盡管由于低空時加速變快,，氣動阻力造成的速度損失增加，但對于中程導(dǎo)彈和洲際導(dǎo)彈,，重力速度損失遠大于氣動阻力速度損失,，因此總是追求更大的發(fā)動機推力和起飛推重比。此外,，主動段時間減小還對突防有利,。但是發(fā)動機推力也不能隨意增大，除了受到發(fā)動機燃燒室壓強和推進劑燃速的限制外,，還對整個導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)設(shè)計造成影響,。當發(fā)動機推力增加，一方面導(dǎo)彈的軸向過載增大,，另一方面主動段工作時間減小,，彈道轉(zhuǎn)彎速率加大，導(dǎo)彈攻角及橫向過載增大,，因此與軸向過載和橫向過載有關(guān)的結(jié)構(gòu)都需要加強，在材料性能給定的條件下有可能需要增加結(jié)構(gòu)重量,�,？傊�,，只有殼體和結(jié)構(gòu)材料性能高、加工工藝好,、載荷設(shè)計合理,，才能實現(xiàn)較大的發(fā)動機推力。
美蘇等國導(dǎo)彈的推重比大致為（P0x為x級開始工作時的推重比）：
單級液體導(dǎo)彈：P0=1.67~1.82,；
兩級液體導(dǎo)彈：P01=1.33~1.82,，P02=1.11~1.43；
兩級固體導(dǎo)彈：P01=2~2.5,，P02=3.3~5,；
三級固體導(dǎo)彈：P01=2~2.5，P02=3.3~5,，P03=6.6~5,。
我國的導(dǎo)彈型號也基本在這個范圍，而法國研制中的新型潛地洲際導(dǎo)彈M51的起飛推重比更是達到了驚人的3.2（180 t/56 t）,。
筆者在網(wǎng)上找到了一段DRDO發(fā)布的烈火3第四次試射的錄像（http://www.youtube.com/watch?v=WqkmDUOiFCs
）,。從導(dǎo)彈起飛段推算，烈火3的起飛加速度約為0.4~0.5 g,，即起飛推重比只有約1.4~1.5,，30噸裝藥的一級發(fā)動機海平面推力還不到75噸，明顯偏低,。而根據(jù)公開報道,，我國研制中的35噸裝藥運載火箭固體助推器推力可達120噸，軍用發(fā)動機型號的推重比還要更高,。這也再次說明了印度的固體發(fā)動機性能明顯低于我國,。
4.4 發(fā)動機其他性能
當給定燃燒室壓力和推進劑燃速時，固體發(fā)動機的四個參數(shù)（推力,、直徑,、長細比、推重比）相互制約,，以速度增量為優(yōu)化目標函數(shù)時,，可以確定各級發(fā)動機最佳裝藥長細比：g1=4~5, g2=2.5~3.5, g3=1.5~2.5。因此,，陸基多級固體導(dǎo)彈的上面級常比下面級直徑小,。烈火3導(dǎo)彈的二級發(fā)動機長細比只有1.55，明顯不合理,，這也影響了發(fā)動機的性能,。根據(jù)印度媒體的報道，烈火3的兩級發(fā)動機都采用了柔性擺動噴管,。我國的DF-31導(dǎo)彈發(fā)動機首次采用了柔性擺動噴管,，而更先進的JL-2導(dǎo)彈的三級發(fā)動機已經(jīng)采用了可拋式雙級延伸噴管,，比烈火3的水平高得多。
按照印度媒體的說法,，ISRO是純民用的,，因此DRDO有自己獨立的固體發(fā)動機生產(chǎn)線。軍民結(jié)合是各國（包括我國）固體發(fā)動機研發(fā)的普遍規(guī)律,，但印度似乎是個例外：民用的發(fā)動機水平不高,，軍用的居然性能更低。不知道這是由于部門利益的阻礙,，還是出于“愛好和平”的目的,。
順便指出，按照印度媒體的報道,，烈火5只比烈火3重1噸,，這實際上違反了導(dǎo)彈設(shè)計的基本常識。根據(jù)固體導(dǎo)彈設(shè)計的一般規(guī)律（有興趣的網(wǎng)友可以去參考相關(guān)專業(yè)教科書）,，多級導(dǎo)彈的各級發(fā)動機工作質(zhì)量比（本級燃盡時和開始工作時的質(zhì)量比）基本相同,。對于烈火3和烈火5，這一數(shù)值大約是20/50=0.4（一級數(shù)據(jù)）,。按照筆者的估算,，烈火5應(yīng)該比烈火3重大約3噸。不過考慮到烈火5可能會對下面兩級發(fā)動機進行減重（采用復(fù)合材料殼體等）,，因此在上表中我們暫時采用51噸的數(shù)據(jù),。
5，結(jié)構(gòu)設(shè)計
烈火3采用了級間熱分離方式,，即上面級先點火,，當推力達到一定大小后再與下面級分離。級間段設(shè)計成長1.1米的桿系結(jié)構(gòu),，便于分離時燃氣排出,，采用爆炸螺栓分離。熱分離方式結(jié)構(gòu)簡單,，易于設(shè)計,、加工，但對上面級的燃料有一定損失,，常用于早期的多級導(dǎo)彈,。
在導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計中，對彈性振動也必須保持穩(wěn)定,，即導(dǎo)彈在飛行過程中由于外力干擾出現(xiàn)彈性振動時能迅速地被抑制,，不致愈振愈烈，造成彈體結(jié)構(gòu)的破壞。為保持彈性振動的穩(wěn)定,，從姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計觀點來看,，希望彈性振動頻率高一些，離導(dǎo)彈飛行姿態(tài)變化的正常工作頻率遠一些,。而彈體彈性振動頻率主要與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，構(gòu)件在受一定外力條件下變形量愈小其剛度愈大,，結(jié)構(gòu)剛度愈大振動頻率也愈高,。構(gòu)件剛度的大小與構(gòu)件材料剛度性能、構(gòu)件的形式,、構(gòu)件所用材料多少有關(guān),，級間分離機構(gòu)采用爆炸螺栓的整體結(jié)構(gòu)的剛度要比采用爆炸索的結(jié)構(gòu)剛度低。這是桿系結(jié)構(gòu)級間段的固有缺點,，因此先進的固體導(dǎo)彈級間段一般都采用半硬殼式結(jié)構(gòu),，爆炸索分離。
6,，制導(dǎo)與命中精度
烈火3采用環(huán)形激光陀螺捷聯(lián)式慣導(dǎo),。據(jù)印度媒體報道，其第四次飛行試驗中首次使用了自行研制的環(huán)形激光陀螺（此報道的真實性同樣值得懷疑）,，而之前的三次試驗使用的陀螺是從美國Northrop-Grumman公司和Honeywell公司購買的,。筆者不禁感慨，連中程導(dǎo)彈用的高精度慣導(dǎo)設(shè)備印度都能買到,，美國人的所謂反擴散措施豈不是形同虛設(shè),？要知道，根據(jù)我國《導(dǎo)彈及相關(guān)物項和技術(shù)出口管制清單》,，額定漂移率小于0.5度/小時的陀螺儀和比例誤差小于0.25%的加速度表就屬于出口受管制的物品,。而印度的國產(chǎn)慣導(dǎo)水平是相當?shù)偷模驗闊o法生產(chǎn)高精度的傳統(tǒng)機械平臺式慣導(dǎo),，才改用捷聯(lián)式慣導(dǎo),。如果印度國產(chǎn)的慣導(dǎo)設(shè)備不堪用，一旦美國停止向印度出口這些實質(zhì)上的違禁品,，“烈火”豈不就成了燒火棍,？而我國的所有戰(zhàn)略導(dǎo)彈上使用的慣導(dǎo)設(shè)備都全部是國產(chǎn)的，盡管精度比美國的頂級產(chǎn)品要差一些,，但完全獨立自主,、可靠實用，不會受制于人,。慣導(dǎo)設(shè)備這樣的高精尖硬件,，體現(xiàn)的是全面的基礎(chǔ)工業(yè)能力（設(shè)計、材料、加工,、檢測等等）,，是不能投機取巧的。
烈火3的命中精度是印度專家津津樂道的一個指標,，根據(jù)他們的“感覺”,，烈火3的精度要高于中國DF-21和DF-25。不過他們同時拒絕披露烈火3命中精度的數(shù)值,。印度專家們顯然沒有注意去年我國的國慶閱兵中已經(jīng)公開所謂DF-25其實是DF-21C,。對于執(zhí)行核打擊任務(wù)的DF-21和DF-21A來說，由于其彈頭是幾十萬噸當量,，以1 km左右的CEP打擊城市一類的面目標已經(jīng)是綽綽有余,，再加以提高并沒有實用價值，且與美蘇法等國的類似型號相當,。而對于執(zhí)行常規(guī)打擊任務(wù)的DF-21C,，采用了全程制導(dǎo)（慣導(dǎo)+星光定位+雷達圖像匹配末制導(dǎo)），命中精度已達到CEP<50m,，與美國的Pershing II相當,。至于烈火3的精度，由于印度官方?jīng)]有公開數(shù)據(jù),，我們只能加以推測,。據(jù)印度媒體報道，其關(guān)機速度誤差為0.1 m/s量級,。假設(shè)這個數(shù)據(jù)是真實的,，在3000 km射程上對應(yīng)的縱向偏差約為150 m。但是,，我們不知道這個關(guān)機速度誤差是遙外測數(shù)據(jù)差的實測值,，還是設(shè)計指標值。一般來說,，外測設(shè)備的測量誤差應(yīng)該比被測量值小一個量級,，印度的航天測量設(shè)備能否達到速度測量精度0.01 m/s是很值得懷疑的。畢竟,，目前美國人將GPS的P碼用于靶場外彈道測量后,，其外測的速度精度才達到0.01 m/s左右。
影響彈頭命中精度的因素還有再入氣動效應(yīng)造成的隨機偏差,。一般而言,，彈頭越大、再入速度越低,，此偏差越大,。美國60年代研制的洲際導(dǎo)彈上使用的小型化再入載具Mk12底部直徑53.3 cm,，長183 cm，再入氣動效應(yīng)造成的隨機偏差況且有270 m,。對于烈火3這樣再入速度慢,，體積巨大的彈頭，此偏差不太可能小于300m,。
不過最令人感到驚奇的是,，在DRDO公布的第四次飛行試驗錄像中，烈火3導(dǎo)彈的實測彈道與設(shè)計彈道居然出現(xiàn)了肉眼都可以看得出來的偏差,！筆者只能說,，烈火3的命中精度實在是個謎團。
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紅色的實測彈道明顯偏離白色的設(shè)計彈道
8,，發(fā)射方式
烈火3導(dǎo)彈由于質(zhì)量太大，比世界上最重的陸基機動導(dǎo)彈──俄羅斯的白楊M還要重,，實在無法裝載在公路機動發(fā)射車上,，不得不采用所謂的“鐵路機動”發(fā)射方式。從網(wǎng)上的這段錄像（http://www.youtube.com/watch?v=8BgRvZLL8Qs）中可以看到,，烈火3導(dǎo)彈飛行試驗準備的大致流程是：在技術(shù)陣地測試好導(dǎo)彈─吊裝到導(dǎo)彈發(fā)射車上─轉(zhuǎn)運到發(fā)射陣地─射前準備─發(fā)射,。烈火3導(dǎo)彈的所謂“鐵路機動發(fā)射車”，只是一個非常簡易的發(fā)射裝置,，更像一個軌道式轉(zhuǎn)運車,。有人開玩笑說，按照印度的標準,，我們的CZ-2F火箭也可以算是“鐵路機動發(fā)射”了,。
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印度獨創(chuàng)的公路-鐵路混合“機動”發(fā)射方式
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在普通鐵軌路基上千斤頂如何支撐？底盤如何調(diào)平,？
尤其搞笑的是,，試驗中一些設(shè)備居然由一輛卡車裝載到現(xiàn)場與軌道發(fā)射車對接。難道印度的卡車也可以在鐵路上行駛嗎,？而且這個軌道發(fā)射車發(fā)射前居然需要千斤頂來支撐,，地面還要臨時設(shè)置排焰道。這意味著在普通鐵軌路基上是根本無法進行底盤調(diào)水平的,，導(dǎo)彈如何發(fā)射,？況且，烈火3的彈體裸露,，彈上設(shè)備能否經(jīng)受日曬雨淋,？ |
發(fā)表于 2010-4-7 12:52:46
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