机动发射方式由于导弹的储运方式以及发射方式和导弹发射时燃气流所产生的环境效应不同而有所不同。机动发射导弹储运方式分为双联装、“品”字形三联装、四联装等,随着装备技术和发射技术的发展,车载导弹单元的数量不断增加,而且一架多弹的共架发射也成为未来机动发射技术的发展趋势。对于导弹的不同装载方式,双联装发射装置一般适用于比较小的导弹如反坦克导弹等,燃气射流影响较小;“品”字形三联装发射装置主要用于巡航导弹发射;四联装发射装置导弹发射时燃气射流对相邻导弹影响较大,对相邻发射箱体会产生比较严重的烧蚀,容易产生导弹误点火等。
车载发射方式主要分为两种:倾斜发射与垂直发射。
倾斜发射装置一般由起落架、回转装置、基座、发射箱等部分组成。倾斜发射的优点主要体现在:导弹起飞后不需要很大转弯就可以进入巡航飞行,导弹所需承受的过载小;设计发射架相对跟踪雷达的跟踪规律,可获得较小的杀伤区域近界;导弹易于捕获;缩短了目标截获时间;所得到的导弹飞行航迹阻力减小,利于减轻导弹的起飞质量。其缺点主要体现在:燃气射流影响范围广,特别是在发射初始阶段,导弹的燃气射流会对发射装置中的电子元器件、传导线路等产生烧蚀,工作人员避让不及会造成致命性的伤害,对发射装置以及工作人员的危害较大;发射装置复杂(发射装置与跟踪雷达同步随动系统等);初始弹道稳定性差;射击低空目标时弹道会因重力而下沉;武器系统的反应时间和火力转移时间相对较长。国外著名型号如美军的“爱国者”(图5.144)导弹以及国内的HQ-12(图5.145)型防空导弹采用的就是倾斜发射方式。
图5.144 “爱国者”
图5.145 HQ-12
垂直发射装置主要是导弹贮运发射筒,导弹贮运发射筒主要由筒体、易碎前盖、金属保护盖、底座、后支座、弹射装置、燃气发生器、电插头收起装置等八部分组成。垂直发射的优点主要体现在:发射装置设备简单,工作可靠,操作方便,反应时间短,发射速率高;加速段阻力损耗小,加速发动机的推力质量比可以减小;爬高迅速;发射装置安排紧凑,发动机的喷气流影响范围小,相对而言对发射装置以及工作人员的影响较小;采用了冷弹发射技术,弹筒可以重复使用,安全、经济、实用;大幅度减少了维护人员和维护费用;有利于射击高机动性的目标。其缺点主要体现在:技术实现难度较大;导弹的平均速度减小;杀伤区域近界相对较大。著名的型号是俄罗斯生产的S-300 防空导弹(图5.146)。(www.daowen.com)
垂直发射系统虽然喷气流影响范围小,但高温高速的燃气射流沿弹体纵轴向喷管后方喷射出去,产生强大推力的同时,对发射装置也会产生强烈的冲击,而对于飞航导弹,助推器相对于弹体纵轴倾斜一定角度,一般大约为10°~15°,其射流冲击范围加大,对发射装置和人员产生更广泛的冲击和烧蚀等破坏作用,这样必须考虑采取一定的防护措施,对燃气射流进行有效的排导,以将燃气射流引向无破坏作用的方向。
图5.146 S-300 防空导弹
导流器作为车载导弹垂直发射技术中燃气射流热防护的一个重要组成部分,其作用是承受燃气射流的冲击,并把燃气射流排导到有利于导弹发射的方向和空间,以防止固体火箭发动机喷出的燃气射流对发射装置产生烧蚀和对人员造成伤害。对于燃气射流的排导可分为燃气内排导和燃气外排导两种方式,前者可以实现自主式排导,存在独立的燃气排导装置;而后者发射系统需要附近配置燃气导流设备,是常见的燃气排导方式。
同心筒式发射装置是燃气射流内排导的代表。该装置由五部分组成:内筒、外筒、半圆形端盖、底板和支撑内筒的纵梁。内筒起支撑导向作用;内外筒之间构成燃气射流排导通道。该装置没有导流器,外筒的半圆形后端盖起导流作用。导弹发射时燃气射流在端盖的导流作用下转过180°,进入环形空间向上排导。该导流装置结构简单,同心发射筒无运动部件,不会发生磨损,不需要维修(舰艇不需要检修甲板下结构);利用新材料可使发射筒重量减轻,使舰艇、运载车辆能携带更多的武器;可以实现导弹垂直、水平、任意角度发射;可用于发射导弹、鱼雷、遥感装置等武器设备。同心筒式结构可采用各种导弹通用的发射方法,形体设计基本相同,可实现发射装置标准化。
燃气外排导一般多采用导流器使得燃气射流按照预定方向排出。车载导弹垂直发射装置采用的导流器有单面导流器、双面导流器、圆锥形导流器、三面棱锥形导流器、四面棱锥形导流器。其具体的选定应根据火箭发射装置的结构来确定。对车载导弹垂直发射导流器及其周围地面的温度压强进行数值模拟和分析,针对车载导弹垂直发射时燃气射流的流动特性进行数值研究,研究结果将有助于优化设计导流器的气动外形,合理安排发射装置的布局,对燃气射流进行防护和排导,最大限度降低火箭导弹燃气射流对发射设备和周围人员的冲击效应,提高弹体发射安全性、稳定性和可靠性。
总体来说,导弹机动发射类似于运载火箭发射,高温高压燃气流所产生的冲击和烧蚀作用主要集中作用在导弹发射车以及导流槽上,但与运载火箭发射所不同的是,机动发射导流设备属于开放性排气装置,燃气导流通畅性较好,对于导流装置需要考虑的影响以冲击和烧蚀为主,但由此也造成燃气流排焰距离较长,有效安全距离随之增大。其对发射阵地的开阔性有一定的要求;同时由于导流槽与发射车距离较短,燃气流不可避免地要冲击到发射车上,因此须对发射车进行受力和热分析,以保护车载设备正常工作。机动发射燃气射流噪声影响也较之运载火箭和地下井发射程度小很多,机动发射导弹燃气射流所造成的噪声效应请参考5.2.4 小节,本节不再赘述。本书主要以车载垂直热发射导弹为例进行仿真分析,比较导流槽双面和单面排导的效果以及燃气射流对发射车的影响。并在此基础上就车载导弹导流器的排导规律进行简要的概述,为导流器及发射车的设计与更新提供参考。
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