为了使战斗部动态杀伤区恰好穿过目标的要害部位,必须正确地选择引信的引爆位置或时刻。显然,在目标周围空间存在这样一个区域:战斗部只有在这个区域内起爆,其动态杀伤区才会穿过目标的要害部位,破片才有可能杀伤目标。我们称这个区域为战斗部的有效起爆区。任何引信的引爆都是有条件的,能使战斗部在有效起爆区内起爆的引信正常引爆战斗部的区域称为引信的实际引爆区。只有当引信的实际引爆位置落入战斗部的有效起爆区内时,战斗部的动态杀伤区才会覆盖目标的要害部位。
对于采用定向战斗部的地空导弹,引战配合问题更为复杂。定向战斗部爆炸后,远处的目标固然不可能被杀伤,近处的目标也未必一定能被破片击中。只有当目标的要害部位恰好处于战斗部的动态杀伤区内时,目标才有可能被杀伤。
引战配合条件应主要满足下列要求。
(1)引信的实际引爆距离不得大于战斗部的有效杀伤半径,否则杀伤概率为零。
(2)引信的实际引爆区与战斗部的有效起爆区之间应力求协调。
(3)引信的实际引爆区的中心应力求接近战斗部的最佳起爆位置,以便获得尽可能大的杀伤效果。
影响引战配合的因素主要有遭遇条件、目标特性、战斗部参数、引信参数等。提高引战配合效率的措施,主要包括调整引信的启动区、调整战斗部的动态飞散区等。
动力装置(推进系统)是导弹飞行的动力源,动力装置是导弹上的发动机及其附件的统称,动力装置用于产生足够的推力,保障导弹达到必要的飞行速度、高度和射程。现代的地空导弹普遍采用固体火箭发动机和固体冲压组合发动机,早期的地空导弹型号采用液体火箭发动机和固体助推器。
一、液体火箭发动机
液体火箭发动机是使用液体推进剂的火箭发动机。液体火箭发动机主要由推力室、推进剂、推进剂贮箱和输送系统组成。推进剂是火箭发动机的能源,由燃烧剂和氧化剂组成,液体推进剂则是指发动机所用的燃烧剂和氧化剂均为液体状态。目前,液体火箭发动机都使用双组元推进剂。液体火箭发动机由推进剂输送系统(分挤压式输送系统和涡轮泵式输送系统两种)、流量调节控制活门、推力室(燃烧室和喷管的总称,液体火箭发动机的燃烧室和喷管做成一体),以及冷却系统和固定零部件的发动机架等部分组成。其中,推力室是液体推进剂进行混合和燃烧,燃气进行膨胀以高速喷出而产生推力的部件。推力室包括喷注器、燃烧室和喷管三部分。喷注器的作用是把推进剂喷入燃烧室,使之雾化并混合均匀;燃烧室是液体推进剂进行雾化、混合和燃烧的地方,所以它具有一定的形状和容积;喷管的作用是为了将气流加速到超声速,喷管通过先收敛后扩张的外形,在喷管的收敛段先将气流从亚声速加速到声速,而后在喷管的扩张段再将气流从声速加速到超声速。常用的喷管有锥形喷管和特型喷管。
液体火箭发动机与固体火箭发动机相比,推进剂成本低,比冲高,性能稳定,适用高度、速度范围无限制,推力调节方便,可实现多次开关机,可长时间工作。对于大推力、长时间工作的发动机,液体火箭发动机自身尺寸小、质量小,因此,液体火箭发动机在早期的导弹系统中被广泛应用。在目前的航天运载工具中,液体火箭发动机仍是主要的动力装置。液体火箭发动机的不足是:系统结构复杂,造价高;很多液体推进剂都具有很强的毒性和腐蚀性,使用维护复杂,勤务处理繁杂,所以不适于战术导弹,近些年已逐渐被固体火箭发动机替代。
二、固体火箭发动机
固体火箭发动机所使用的推进剂呈固体状态。固体火箭发动机主要由推进剂、燃烧室、喷管和点火装置等部分组成。固体火箭发动机具有推进剂密度大,结构简单、紧凑,工作可靠,造价低,适用高度、速度范围无限制,勤务处理方便的特点,因此被广泛应用于各种战术导弹上。固体火箭发动机的不足是:比冲低,工作时间不宜过长,推力调节困难,并难以实现多次开关机,对环境温度较敏感,装药缺陷(裂纹、脱粘等)较难发现而导致事故。
目前常用的固体推进剂有双基推进剂、复合推进剂和改性双基推进剂。双基推进剂的主要成分是硝化棉和硝化甘油,双基推进剂燃烧稳定、无烟,但能量较低(比冲低);改性双基推进剂是在双基推进剂中添加过氯酸铵和金属粉末,提高推进剂的能量;复合推进剂以各种高分子复合物为燃烧基,如聚氨酯、聚乙烯、聚硫等,以过氯酸铵(AP)或过氯酸钾(AK)为氧化剂,并添加铝粉、镁粉等增加燃烧热的金属粉末或丝条。复合推进剂具有能量较高的特点,但燃烧有烟,容易暴露发射阵地。由于复合推进剂的能量较高,因此现代导弹所使用的固体推进剂大多为复合推进剂。为了减少复合推进剂燃烧有烟雾的缺陷,目前许多国家正在进行无烟或少烟固体复合推进剂的研究。
早期的固体火箭发动机采用自由装填式推进剂,即将推进剂制成柱状,在导弹使用前,将推进剂药柱装填进火箭发动机的壳体中,如SA-2导弹的固体助推器。现代的固体火箭发动机均采用整体浇注式推进剂,即将推进剂浇注进火箭发动机的壳体中,在推进剂和壳体之间粘贴有隔热层和阻燃层。固体火箭发动机推力的调节是通过药柱形状的设计实现的。药柱的形状不同,所产生的燃烧面积不同,因而所产生的推力不同。药柱出现裂纹或推进剂和壳体之间隔热层脱粘,会导致燃烧面积的急剧变化或壳体局部温度急剧升高从而导致事故。
战术导弹所使用的固体火箭发动机有单推力和双推力之分。单推力固体火箭发动机只有一种推力;双推力固体火箭发动机又称为单室双推固体火箭发动机,即在一个燃烧室内通过装药形状的设计或采用两种不同燃速的装药产生两种推力,助推段(起飞段)的大推力和续航段的小推力。
三、冲压发动机
冲压发动机的工作原理是利用导弹高速飞行时,空气在进气道中滞止产生发动机工作所必需的静压,燃料在空气中燃烧并释放出热能使气流通过发动机通道时动能增加,高速气流从喷管喷出产生反作用推力。冲压发动机主要由扩压器、带喷嘴的燃烧室以及喷管组成。冲压发动机利用导弹高速飞行产生静压,从而舍去了涡喷或涡扇发动机的压气机。冲压发动机具有结构简单、质量小、造价低、可长时间工作的特点。冲压发动机的不足是:低速时推力小,耗油率高;静止时不产生推力,因而不能自行起飞;不适于低速飞行;对飞行状态的变化很敏感,飞行高度、攻角、速度均对冲压发动机的工作、性能及应用产生直接影响。
火箭冲压发动机是由火箭发动机和冲压发动机组合成的组合发动机。它同时具有火箭发动机和冲压发动机的特性。火箭冲压发动机能够在缺乏冲压的情况下产生大推力,弥补冲压发动机无法起飞助推的缺点。火箭冲压发动机的能量特性优于火箭发动机,飞行速度和高度范围优于冲压发动机。火箭冲压发动机具有比冲压发动机更高的推力,具有比固体火箭发动机更高的比冲。火箭冲压发动机按所用推进剂不同分为液体火箭冲压发动机、固体火箭冲压发动机和混合火箭冲压发动机,按燃烧方式分为亚声速燃烧和超声速燃烧火箭冲压发动机。地空导弹所使用的固体火箭冲压发动机一般为整体式结构,将固体火箭发动机作为助推器,将冲压发动机作为主发动机,主装药的固体推进剂燃烧完毕后空出的燃烧室空间即作为冲压发动机的燃烧室。首先采用这种结构的是前苏联的SA-6地空导弹。
固体火箭冲压发动机与冲压发动机相比,结构简单,工作可靠。固体火箭冲压发动机采用贫氧固体推进剂的燃气发生器所产生的贫氧燃气作为燃料,供给冲压发动机燃烧室进行二次燃烧(补燃)。与火箭发动机相比,固体火箭冲压发动机比冲高,由于发动机结构简单、固体推进剂的密度大、比冲高、固体助推器可与冲压发动机共用同一燃烧室,因此采用固体火箭冲压发动机的导弹尺寸和质量大大减小,勤务处理简便,具有广泛的应用前景。固体火箭冲压发动机的不足为推力调节困难,协调关系复杂。
四、导弹技术的发展趋势