俄R-27導(dǎo)彈設(shè)計師很傻很天真?奇葩導(dǎo)彈背后有學(xué)問!
蘇聯(lián)俄羅斯的R-27中程空空導(dǎo)彈是一個很奇葩的導(dǎo)彈。當(dāng)然,我們上學(xué)的那會兒,“奇葩”可是個好詞,經(jīng)常被用到文章的標(biāo)題里,比如說《XXX中的奇葩》,那是夸它很厲害。只不過這些年,奇葩這個詞被用壞了。說R-27很奇葩,確實他有很多與眾不同的地方,這背后都是學(xué)問。我們最后看下被目前的R-27淘汰的方案,就知道蘇聯(lián)設(shè)計師其實進行了大量的研究,而目前的方案則是基于當(dāng)時蘇聯(lián)工業(yè)水平的最優(yōu)方案了。
我們首先來復(fù)習(xí)一下R-27空空導(dǎo)彈家族。畢竟,這是一款誕生于上世紀(jì)80年代的老導(dǎo)彈,關(guān)于它的介紹已經(jīng)滿坑滿谷了。先說說它的編號,有的文獻說是Р-27,有的文獻說是R-27,前者是俄文,后者是對應(yīng)的英文,兩種都沒錯,但是不能混用,比如Р-27ER這種前面俄文后面英文的表述就是不對的。鑒于更多的人還是比較熟悉英文字母,本文均以英文字母來表述。
R-27家族的幾種基本型號。又長又粗的是增程型,給蘇-27用,小的給米格-29用。
R-27 是三角旗設(shè)計局于1970 年代中期主導(dǎo)發(fā)展的中遠距空對空導(dǎo)彈,用來取代老舊的K-13 和R-23 系列導(dǎo)彈,北約編號AA-10,代號“阿拉莫”。
該導(dǎo)彈有一個龐大的家族。第一個分支安裝半主動雷達導(dǎo)引頭,以尾綴R表示雷達制導(dǎo),R-27的這一類包括R-27R(出口型為R-27R1)和增程型的R-27ER(出口型為R-27ER1)。第二個分支為安裝紅外導(dǎo)引頭的R-27T (出口編號R-27T1)和增程型R-27ET(出口編號R-27ET1)。第三類為被動雷達導(dǎo)引頭,主要針對空中輻射目標(biāo),例如預(yù)警機、電子干擾飛機,型號為R-27P1和R-27EP1(P代表被動制導(dǎo))。上述導(dǎo)彈型號,特別是出口型都是俄羅斯戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈公司目前提供的型號。
其中基本型主要是給小一些的米格-29用的,性能和當(dāng)時美國的“麻雀”相當(dāng);而增程型則為蘇-27研制,更大,射程更遠。當(dāng)時運用了模塊化的研制思路,這也是比較超前的。
此外,西方媒體盛傳該彈還有兩種采用主動雷達導(dǎo)引頭的改進型,也就是R-27EA和R-27EM,除了使用主動雷達導(dǎo)引頭以外,兩者的射程也有增加,據(jù)稱達到110公里到130公里,于上世紀(jì)90年代服役的。但是至少目前該彈沒有出現(xiàn)在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈公司的可賣品名單中。

在空空導(dǎo)彈中,R-27個頭算是大的。
R-27 的外形極具特色,彈體中段的4 片大型倒梯形(又被稱為蝶形)彈翼構(gòu)成主要的控制面,在尋的頭段有4 片梯形翼(有人認(rèn)為這是穩(wěn)定翼,但實際上它的作用是讓導(dǎo)彈氣動上不那么穩(wěn)定,提高導(dǎo)彈的機動性)和彈體未段的4 片固定式尾翼。
倒梯形的舵面面積大,而且后緣后掠角小,前緣實際上是前掠,在一定飛行包線內(nèi)的舵效高,特別是在導(dǎo)彈的被動飛行階段(也就是發(fā)動機停止工作后靠慣性飛行的階段),如果加上雙推力發(fā)動機就更完美了,但是也有阻力大的問題。有人說,當(dāng)時俄羅斯用這種控制面的一個重要原因是舵機的功率不夠,包括我們的10號彈也用了這種形狀的控制舵面,大概也是因為最初的舵機功率不夠,但是后來技術(shù)發(fā)展了,舵機就都不是事了。其實R-27這種蝶形翼還有另外一個好處,就是降低了對尾部彈翼的洗流影響,有利于導(dǎo)彈的滾轉(zhuǎn)控制。而不像其他鴨式布局導(dǎo)彈那樣,要么在尾翼上加陀螺舵、副翼或者轉(zhuǎn)動環(huán)等措施,要么在鴨翼上做做文章。總體來看,這種別出心裁的設(shè)計使其在飛行包線內(nèi)的機動性能高于當(dāng)時的AIM-7“麻雀”。

麻雀是典型的旋轉(zhuǎn)彈翼式布局方式,位于彈體中部的可偏轉(zhuǎn)彈翼很大,即是主要升力面,還能動。
它的布局形式也很奇葩。你查遍所有的國內(nèi)資料,幾乎都說他是“偏轉(zhuǎn)彈翼”(或叫旋轉(zhuǎn)彈翼)布局。什么叫旋轉(zhuǎn)彈翼?在傳統(tǒng)的導(dǎo)彈中,彈翼通常是主升力面,比較大,但是彈翼不能偏轉(zhuǎn),不能動。舵面產(chǎn)生控制力,但是舵面比較小。旋轉(zhuǎn)彈翼的布局方式,它的彈翼比較特殊,既是主要的升力面,屬于傳統(tǒng)的彈翼的范疇,而且它還能偏轉(zhuǎn),產(chǎn)生控制力,所以叫它偏轉(zhuǎn)彈翼式布局。偏轉(zhuǎn)彈翼式布局是在鴨式布局的基礎(chǔ)上發(fā)展過來的。主要區(qū)別是可偏轉(zhuǎn)的彈翼要比傳統(tǒng)的鴨翼更大,位置更為靠后,位于彈體重心附近。這樣可以把導(dǎo)彈頭部用于布置比較大的雷達導(dǎo)引頭。像麻雀、SA-6都采用這種布局方式。

麻雀(上)和AIM-120(下)的對比,麻雀使用的是旋轉(zhuǎn)彈翼布局,而AIM-120使用的則是尾控的正常式布局,控制舵面在后部。由于AIM-120最大速度增大,所以其彈翼很小,減少阻力。彈體本身產(chǎn)生很大的升力。注意,兩枚彈都是訓(xùn)練彈。
不過,R-27的上述特征并不明顯,它的可偏轉(zhuǎn)的前翼不是很大,比尾翼小不少,不是主升力面。而且其位置也要比傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)彈翼布局的導(dǎo)彈彈翼更靠前,更接近鴨式布局。所以筆者對這一布局一直很疑惑。直到看到俄羅斯自己人寫的書,談到該導(dǎo)彈時就說該彈的布局近似鴨式布局。

R-27的布局形式介于鴨式布局和旋轉(zhuǎn)彈翼布局之間。
根據(jù)俄羅斯戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈公司官方網(wǎng)站的信息,R-27系列的主要性能如下表所示。由于,R-27R系列是該系列彈藥裝備使用最多的型號,也是這次蘇-35主要使用的型號。所以本文重點討論半主動雷達制導(dǎo)型的R-27ER1。
表:R-27系列空空導(dǎo)彈及RVV-AE(R-77)空空導(dǎo)彈性能對比(信息來源俄戰(zhàn)術(shù)彈道公司)

對空空導(dǎo)彈的性能,人們往往最關(guān)心的還是射程,但這里的“貓膩”很多。相對于一些西方數(shù)據(jù)動輒超過100公里甚至120到130公里的射程,上述數(shù)據(jù)至少還是比較靠譜的,另一份資料可以印證。蘇聯(lián)公開的蘇-27飛行教令提供了如下信息。R-27R對相同目標(biāo)的迎頭有效殺傷距離2-42.5公里,尾追為0.7到7.5公里。最大射程73公里,載機與目標(biāo)高度差為+/- 10?公里。R-27ER?迎頭攻擊為2 到65.5?公里,尾追為0.7 到16.5?公里,最大射程為117?公里,高度差12公里,發(fā)射條件是過載不高于5G,滾轉(zhuǎn)速率小于50?deg/s

米格-29在這個高度發(fā)射基本型R-27,由于阻力大,飛機初速小,導(dǎo)彈基本打不出視距。
當(dāng)然,也不能太把這些數(shù)據(jù)當(dāng)真,因為你根本不知道其發(fā)射式飛機和目標(biāo)機的參數(shù)。
其實,說射程是一個很籠統(tǒng)的概念,不談發(fā)射條件的射程就是耍流氓??湛諏?dǎo)彈的射程與很多因素有關(guān),載機和目標(biāo)機的高度以及兩機的高度差,載機和目標(biāo)機的速度,目標(biāo)機的機動過載情況都會影響射程。制造商說的射程往往是在目標(biāo)機和載機均處在中高空(因為阻力?。哉叨炔?,也就是載機高于目標(biāo)機的態(tài)勢發(fā)射,目標(biāo)機以超音速狀態(tài),而目標(biāo)機幾乎不做機動的情況下的射程。
當(dāng)然,還要注意的是,目前很多文章中提到的“射程”根本就不是射程,而是發(fā)射距離。所謂射程,是指發(fā)射點距離命中點的距離,而發(fā)射距離則是載機發(fā)射導(dǎo)彈時兩機的距離,哪個更遠不難理解。戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈公司提供的R-27的攻擊距離信息實際上就是發(fā)射距離。這就會產(chǎn)生這樣一個后果,在一定范圍內(nèi),目標(biāo)機的速度越快,這個最大發(fā)射距離就越遠。

R-27ER的發(fā)射包線。圖片來自公開資料。
目前采用比例引導(dǎo)法的導(dǎo)彈,由于速度遠遠大于飛機,要求導(dǎo)彈可用過載是目標(biāo)過載的3-5倍。例如,目標(biāo)以6G過載機動,導(dǎo)彈這時候就要有18-30g的過載,否則就可能被甩掉。當(dāng)然,導(dǎo)彈的可用過載越大,就越能精確地跟上目標(biāo)。而在依靠氣動力控制的情況下,導(dǎo)彈可用過載與高度和當(dāng)時的速度有關(guān)。高度越低(此時空氣較為稠密)、速度越快其可用過載就越大。大多數(shù)固體燃料導(dǎo)彈發(fā)射后,發(fā)動機燃燒時間很短,大部分時間處于被動飛行階段,由于受到阻力作用,其速度不斷降低,也就導(dǎo)致可用過載不斷降低。如果目標(biāo)在高空不做機動或者很少機動,空空導(dǎo)彈自然能夠在很遠的距離發(fā)起攻擊,因為當(dāng)導(dǎo)彈飛行末端盡管速度很低,但是仍然能夠控制其以命中正常飛行的目標(biāo)。但是如果目標(biāo)進行了大過載機動,導(dǎo)彈對這類目標(biāo)的射程就會大大降低。因為導(dǎo)彈在機動過程中也會增加阻力,不斷喪失動能和速度,這又導(dǎo)致導(dǎo)彈的可用過載大大降低。

很少見的被動雷達制導(dǎo)型的R-27P。
這里,需要解釋的是目前對導(dǎo)彈的主動飛行段有一種錯誤的理解是“動力射程”。實際上,動力射程是指載機以一定速度發(fā)射的導(dǎo)彈的實際射程,減去發(fā)射載機速度與導(dǎo)彈飛行時間的乘積得到射程。因為空空導(dǎo)彈的射程和發(fā)射載機的速度、目標(biāo)高度差有著非常大的關(guān)系,動力射程則在很大程度上排除了發(fā)射載機的速度等因素對導(dǎo)彈射程評估的影響。
但是,幾乎不會有導(dǎo)彈生產(chǎn)商用動力射程做廣告,因為這個射程通常都很難看。很多人對動力射程有一個誤解,感覺這個射程是指導(dǎo)彈發(fā)動機工作時的飛行距離,但是實際上這叫導(dǎo)彈的主動飛行段,與之對應(yīng)的是被動飛行段。大多數(shù)攻擊都發(fā)生在被動飛行階段。此外,還有一個概念,不可逃逸區(qū)。這個不可逃逸區(qū)不能簡單的理解為目標(biāo)做任何機動也無法逃脫的距離。而是目標(biāo)以一定過載機動時,導(dǎo)彈仍能夠以一定概率命中目標(biāo)的區(qū)域。最常用的是6G不可逃逸區(qū),因為飛機能夠進行持續(xù)穩(wěn)定盤旋的過載大概也就在這個上下。對于3代機來說,如果以角點速度飛行,其進行9G的機動堅持的時間非常有限。

最后來張比較罕見的圖,三角旗設(shè)計局在初期設(shè)計階段設(shè)計的R-27方案實際上是一個常規(guī)布局方案,看上去像米卡啊。
所以導(dǎo)彈紙面性能往往有數(shù)十公里的攻擊距離,但是實戰(zhàn)中往往只能在20-30公里左右發(fā)射導(dǎo)彈才能保證對戰(zhàn)斗機類目標(biāo)有一定的殺傷力。但是具體的條件和性能往往不是那么隨便公之于眾的。這就讓簡單的對比導(dǎo)彈射程失去了意義。
文章轉(zhuǎn)自鳳凰軍事