俄R-27导弹设计师很傻很天真?奇葩导弹背后有学问!

苏联俄罗斯的R-27中程空空导弹是一个很奇葩的导弹。当然,我们上学的那会儿,“奇葩”可是个好词,经常

苏联俄罗斯的R-27中程空空导弹是一个很奇葩的导弹。当然,我们上学的那会儿,“奇葩”可是个好词,经常被用到文章的标题里,比如说《XXX中的奇葩》,那是夸它很厉害。只不过这些年,奇葩这个词被用坏了。说R-27很奇葩,确实他有很多与众不同的地方,这背后都是学问。我们最后看下被目前的R-27淘汰的方案,就知道苏联设计师其实进行了大量的研究,而目前的方案则是基于当时苏联工业水平的最优方案了。

我们首先来复习一下R-27空空导弹家族。毕竟,这是一款诞生于上世纪80年代的老导弹,关于它的介绍已经满坑满谷了。先说说它的编号,有的文献说是Р-27,有的文献说是R-27,前者是俄文,后者是对应的英文,两种都没错,但是不能混用,比如Р-27ER这种前面俄文后面英文的表述就是不对的。鉴于更多的人还是比较熟悉英文字母,本文均以英文字母来表述。

R-27家族的几种基本型号。又长又粗的是增程型,给苏-27用,小的给米格-29用。

R-27 是三角旗设计局于1970 年代中期主导发展的中远距空对空导弹,用来取代老旧的K-13 和R-23 系列导弹,北约编号AA-10,代号“阿拉莫”。

该导弹有一个庞大的家族。第一个分支安装半主动雷达导引头,以尾缀R表示雷达制导,R-27的这一类包括R-27R(出口型为R-27R1)和增程型的R-27ER(出口型为R-27ER1)。第二个分支为安装红外导引头的R-27T (出口编号R-27T1)和增程型R-27ET(出口编号R-27ET1)。第三类为被动雷达导引头,主要针对空中辐射目标,例如预警机、电子干扰飞机,型号为R-27P1和R-27EP1(P代表被动制导)。上述导弹型号,特别是出口型都是俄罗斯战术导弹公司目前提供的型号。

其中基本型主要是给小一些的米格-29用的,性能和当时美国的“麻雀”相当;而增程型则为苏-27研制,更大,射程更远。当时运用了模块化的研制思路,这也是比较超前的。

此外,西方媒体盛传该弹还有两种采用主动雷达导引头的改进型,也就是R-27EA和R-27EM,除了使用主动雷达导引头以外,两者的射程也有增加,据称达到110公里到130公里,于上世纪90年代服役的。但是至少目前该弹没有出现在战术导弹公司的可卖品名单中。

在空空导弹中,R-27个头算是大的。

R-27 的外形极具特色,弹体中段的4 片大型倒梯形(又被称为蝶形)弹翼构成主要的控制面,在寻的头段有4 片梯形翼(有人认为这是稳定翼,但实际上它的作用是让导弹气动上不那么稳定,提高导弹的机动性)和弹体未段的4 片固定式尾翼。

倒梯形的舵面面积大,而且后缘后掠角小,前缘实际上是前掠,在一定飞行包线内的舵效高,特别是在导弹的被动飞行阶段(也就是发动机停止工作后靠惯性飞行的阶段),如果加上双推力发动机就更完美了,但是也有阻力大的问题。有人说,当时俄罗斯用这种控制面的一个重要原因是舵机的功率不够,包括我们的10号弹也用了这种形状的控制舵面,大概也是因为最初的舵机功率不够,但是后来技术发展了,舵机就都不是事了。其实R-27这种蝶形翼还有另外一个好处,就是降低了对尾部弹翼的洗流影响,有利于导弹的滚转控制。而不像其他鸭式布局导弹那样,要么在尾翼上加陀螺舵、副翼或者转动环等措施,要么在鸭翼上做做文章。总体来看,这种别出心裁的设计使其在飞行包线内的机动性能高于当时的AIM-7“麻雀”。

麻雀是典型的旋转弹翼式布局方式,位于弹体中部的可偏转弹翼很大,即是主要升力面,还能动。

它的布局形式也很奇葩。你查遍所有的国内资料,几乎都说他是“偏转弹翼”(或叫旋转弹翼)布局。什么叫旋转弹翼?在传统的导弹中,弹翼通常是主升力面,比较大,但是弹翼不能偏转,不能动。舵面产生控制力,但是舵面比较小。旋转弹翼的布局方式,它的弹翼比较特殊,既是主要的升力面,属于传统的弹翼的范畴,而且它还能偏转,产生控制力,所以叫它偏转弹翼式布局。偏转弹翼式布局是在鸭式布局的基础上发展过来的。主要区别是可偏转的弹翼要比传统的鸭翼更大,位置更为靠后,位于弹体重心附近。这样可以把导弹头部用于布置比较大的雷达导引头。像麻雀、SA-6都采用这种布局方式。

麻雀(上)和AIM-120(下)的对比,麻雀使用的是旋转弹翼布局,而AIM-120使用的则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,所以其弹翼很小,减少阻力。弹体本身产生很大的升力。注意,两枚弹都是训练弹。

不过,R-27的上述特征并不明显,它的可偏转的前翼不是很大,比尾翼小不少,不是主升力面。而且其位置也要比传统的旋转弹翼布局的导弹弹翼更靠前,更接近鸭式布局。所以笔者对这一布局一直很疑惑。直到看到俄罗斯自己人写的书,谈到该导弹时就说该弹的布局近似鸭式布局。

R-27的布局形式介于鸭式布局和旋转弹翼布局之间。

根据俄罗斯战术导弹公司官方网站的信息,R-27系列的主要性能如下表所示。由于,R-27R系列是该系列弹药装备使用最多的型号,也是这次苏-35主要使用的型号。所以本文重点讨论半主动雷达制导型的R-27ER1。

表:R-27系列空空导弹及RVV-AE(R-77)空空导弹性能对比(信息来源俄战术弹道公司)

对空空导弹的性能,人们往往最关心的还是射程,但这里的“猫腻”很多。相对于一些西方数据动辄超过100公里甚至120到130公里的射程,上述数据至少还是比较靠谱的,另一份资料可以印证。苏联公开的苏-27飞行教令提供了如下信息。R-27R对相同目标的迎头有效杀伤距离2-42.5公里,尾追为0.7到7.5公里。最大射程73公里,载机与目标高度差为+/- 10 公里。R-27ER 迎头攻击为2 到65.5 公里,尾追为0.7 到16.5 公里,最大射程为117 公里,高度差12公里,发射条件是过载不高于5G,滚转速率小于50 deg/s

米格-29在这个高度发射基本型R-27,由于阻力大,飞机初速小,导弹基本打不出视距。

当然,也不能太把这些数据当真,因为你根本不知道其发射式飞机和目标机的参数。

其实,说射程是一个很笼统的概念,不谈发射条件的射程就是耍流氓。空空导弹的射程与很多因素有关,载机和目标机的高度以及两机的高度差,载机和目标机的速度,目标机的机动过载情况都会影响射程。制造商说的射程往往是在目标机和载机均处在中高空(因为阻力小),以正高度差,也就是载机高于目标机的态势发射,目标机以超音速状态,而目标机几乎不做机动的情况下的射程。

当然,还要注意的是,目前很多文章中提到的“射程”根本就不是射程,而是发射距离。所谓射程,是指发射点距离命中点的距离,而发射距离则是载机发射导弹时两机的距离,哪个更远不难理解。战术导弹公司提供的R-27的攻击距离信息实际上就是发射距离。这就会产生这样一个后果,在一定范围内,目标机的速度越快,这个最大发射距离就越远。

R-27ER的发射包线。图片来自公开资料。

目前采用比例引导法的导弹,由于速度远远大于飞机,要求导弹可用过载是目标过载的3-5倍。例如,目标以6G过载机动,导弹这时候就要有18-30g的过载,否则就可能被甩掉。当然,导弹的可用过载越大,就越能精确地跟上目标。而在依靠气动力控制的情况下,导弹可用过载与高度和当时的速度有关。高度越低(此时空气较为稠密)、速度越快其可用过载就越大。大多数固体燃料导弹发射后,发动机燃烧时间很短,大部分时间处于被动飞行阶段,由于受到阻力作用,其速度不断降低,也就导致可用过载不断降低。如果目标在高空不做机动或者很少机动,空空导弹自然能够在很远的距离发起攻击,因为当导弹飞行末端尽管速度很低,但是仍然能够控制其以命中正常飞行的目标。但是如果目标进行了大过载机动,导弹对这类目标的射程就会大大降低。因为导弹在机动过程中也会增加阻力,不断丧失动能和速度,这又导致导弹的可用过载大大降低。

很少见的被动雷达制导型的R-27P。

这里,需要解释的是目前对导弹的主动飞行段有一种错误的理解是“动力射程”。实际上,动力射程是指载机以一定速度发射的导弹的实际射程,减去发射载机速度与导弹飞行时间的乘积得到射程。因为空空导弹的射程和发射载机的速度、目标高度差有着非常大的关系,动力射程则在很大程度上排除了发射载机的速度等因素对导弹射程评估的影响。

但是,几乎不会有导弹生产商用动力射程做广告,因为这个射程通常都很难看。很多人对动力射程有一个误解,感觉这个射程是指导弹发动机工作时的飞行距离,但是实际上这叫导弹的主动飞行段,与之对应的是被动飞行段。大多数攻击都发生在被动飞行阶段。此外,还有一个概念,不可逃逸区。这个不可逃逸区不能简单的理解为目标做任何机动也无法逃脱的距离。而是目标以一定过载机动时,导弹仍能够以一定概率命中目标的区域。最常用的是6G不可逃逸区,因为飞机能够进行持续稳定盘旋的过载大概也就在这个上下。对于3代机来说,如果以角点速度飞行,其进行9G的机动坚持的时间非常有限。

最后来张比较罕见的图,三角旗设计局在初期设计阶段设计的R-27方案实际上是一个常规布局方案,看上去像米卡啊。

所以导弹纸面性能往往有数十公里的攻击距离,但是实战中往往只能在20-30公里左右发射导弹才能保证对战斗机类目标有一定的杀伤力。但是具体的条件和性能往往不是那么随便公之于众的。这就让简单的对比导弹射程失去了意义。(看空天)

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