東風10導彈只需500升煤油,射程就達2000公里,用了什麼發動機?_風聞
科大二助-2021-10-28 13:29
作者| 科羅廖夫
來源| 科大烽火
巡航導彈的彈體長度和重量都比較有限,但射程卻非常可觀。例如中國東風-10巡航導彈和美國“戰斧”式導彈的長度都未6米左右,彈重1.5噸左右,彈頭重量450公斤,最大射程能達1200-2000公里。俄羅斯研製的陸基9M729和海基“口徑”巡航導彈,射程也有1500~2000公里。這些巡航導彈的最遠射程和中國的東風-21D彈道導彈比較接近,但顯然彈道導彈的重量和體積都要龐大得多。

巡航導彈擁有的與自身體積重量明顯不對稱的巨大射程,主要是因為巡航導彈的推進效率更高,遠高於彈道導彈。巡航導彈推進效率更高的奧秘,就在於發動機和彈翼設計。
擁有比較平直的大展弦比彈翼,是巡航導彈射程很遠的重要原因。巡航導彈飛行時的升力有80%是由彈翼提供的,為了擁有更大的升力,巡航導彈設計有大面積的平直彈翼,平時摺疊收縮在彈體中,發射後才自動伸出。巡航導彈裝備渦扇發動機和較大的彈翼後,幾乎擁有和現代客機一樣的極高燃油效費比,巡航導彈除了在發射上升階段最為耗費燃料,其餘飛行階段都是相當省油的。

(美國AGM-84魚叉反艦導彈的動力,J402-CA-400渦輪噴氣發動機)
此外,巡航導彈的飛行速度比較低。有很多人以為,超低空掠海飛行的現代亞音速反艦導彈,與巡航導彈的飛行速度是一樣的。其實二者的速度差別巨大,這導致配備的發動機也不同。
例如美國魚叉,法國飛魚和中國鷹擊-83反艦導彈,都是典型的超低空掠海飛行的亞音速反艦導彈,都以高亞音速飛行。反艦導彈在海上飛行無需顧忌陸地山體,所以彈道控制比較簡單,能夠高亞音速飛行,加之現代海軍反艦目標指示最多也就三五百公里,因此導彈射程控制在300公里以內即可,所以可配備適合跨音速飛行的油耗高但速度快的渦噴發動機。

我國鷹擊83導彈的渦噴發動機跟法國TRI60小渦噴很相似,魚叉使用J402-CA-400渦噴,三者都是300公斤級渦噴發動機,巡航段飛行速度大約0.9馬赫,摺合1100公里/小時,每秒300米以上。如果射程280公里,那麼只需要飛行15分鐘就能到達目標。至於油耗,由於不要求上千公里的射程,相對多耗費的那點煤油,無所謂了。
有網友提問,不是很多人説渦噴發動機比較落後,比較費油嗎?渦扇發動機更先進更省油嗎?魚叉導彈為何不使用戰斧巡航導彈那種渦扇發動機?

導彈使用何種發動機,是根據作戰任務決定的。渦噴發動機費油,但涵道比較小,阻力低,適合高速飛行。渦扇發動機省油,但涵道比較大,阻力也大,適合低速飛行。
按照航程佈列蓋公式,飛行器航程=巡航升阻比 x 飛行器速度 / 發動機油耗x發射時重量 / 燃料耗盡時重量的對數,這意味着在相同條件下,導彈的速度越小,發動機油耗越低,升阻比越大,則射程越遠。

美國戰斧和中國東風-10那樣的巡航導彈,其明顯特徵是飛的比較慢,比反艦導彈飛的慢,巡航導彈通常的巡航速度只有0.6~0.7馬赫,也就是每秒200~230米左右,如果射程2000公里,需要飛行2個多小時。
因此,在彈體氣動結構差不多的情況下,為了追求高速,反艦導彈要配備渦噴發動機,而巡航導彈就需要配備一台非常省油的渦扇發動機。美國戰斧和中國東風10導彈的射程較遠,需要在陸上進行超低空地形匹配飛行,飛行速度較慢,都需要選用油耗較低的渦輪風扇發動機,

東風10和戰術戰斧的F107-WR-102或F415-WR-402渦扇發動機(推力267公斤),都屬於250公斤左右的小推力發動機,發動機重量僅為65公斤,燃燒高密度烴類燃料,其實就是高等級航空煤油,但閃點和粘度都比一般航空煤油高得多,因此成本也很高,很貴。戰斧導彈燃料載荷在175到550公斤之間,即大約250~650升。渦扇發動機油耗比魚叉和鷹擊83所用的大推力渦噴發動機低得多,因而射程也遠得多,當然,速度肯定要慢的多,戰斧和東風10巡航速度僅有0.7馬赫,摺合850公里/小時,每秒只有230米。
當然,有利也有弊,巡航導彈本質上就是一架小型的無人駕駛飛機。巡航導彈裝備渦扇發動機以後,儘管擁有很高的燃油效費比,但渦扇發動機無法讓巡航導彈擁有更高的飛行速度,一般只能是進行中等亞音速飛行。巡航導彈的飛行速度慢、機動能力低、飛行模式古板,容易被現代的防空攔截。

因此設計人員都在想盡辦法提升巡航導彈的速度和突防打擊能力,採用吸氣式衝壓發動機,但同時還要克服衝壓該發動機的巨大油耗,以便獲得更大的射程。例如在2019年國慶閲兵式上中國首次亮相大量東風-100超音速巡航導彈,這是目前世界上首款服役的陸基遠程超音速巡航導彈。至於具體性能,不告訴你!