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9月28日,朝鲜公布了高超音速导弹发射的图片。老实说,看到消息的时候是将信将疑的。但10月11日,朝鲜举办国防展,金正恩参观展品,其中的高超音速导弹不是最显眼的,但确实是最重要的。看到这图,恍然大悟了,不用怀疑,朝鲜的高超弹是真的。$ p( `2 h! p, A2 C v7 u" p; _% }
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( F- u' j( k P0 z必须说,朝鲜的高超音速导弹和中国的东风17在外观上很想象,远看还真不好分辨。这不等于说朝鲜的高超音速技术来自中国。中国首先在军控方面始终是负责任的国家;其次高超音速技术的敏感度高,中国未必愿意转让。在琳琅满目的珠海航展上,中国展出了高度隐身的无人机,展出了射程达到甚至超过战术地地导弹下界的制导火箭炮弹,但是没有展出高超音速导弹,具有再入-拉起能力的火箭炮弹不算,那更多的是增程技术,与有意义的高超音速技术还有距离。
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10月11日,金正恩参观朝鲜国防展,高超音速导弹值得注意, ^ b' G8 b% r0 Q: Q( ]) L* I
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在外观上与中国的东风17很相像3 p5 ?; I; k6 ~, I; M
1 }# n* ~! R7 W, w* x9 ^* r必须说,粗看起来,两者的外观很像。但细节决定水平,两者还是有细微但是重要的差别的。2 z/ D. L: w! @
& V) U" \0 \5 O3 ^; ~( W运载车辆的差别并不与导弹本身相关,这是朝鲜在重型运载车辆技术方面的差距。朝鲜是有更大的运载车的。高超弹用的是5轴车,“超大型武器”用的是8轴车,就够长了,但那成本太高,没必要。* V4 ]7 J# x$ M) p4 U7 P5 u
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! |5 Q/ S; |+ }, R- v朝鲜高超弹的下弹翼很小 Y: q( M# w. }% I* Z
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5 g3 G1 p1 J7 l9 B东风17的下弹翼和上弹翼一样大
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东风17的侧弹翼的安装位置是在弹体两侧“削平”的部位,也就是说,侧弹翼可有显著的转动范围。这意味着东风17具有强大的俯仰控制力矩。朝鲜高超弹也有这样的结构,所以侧弹翼也可以偏转,控制俯仰。
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/ p1 Q4 r5 W# Q+ F( I最大的差别在于底面,朝鲜的高超弹的底面是平直的& X. g9 r0 b/ ~( N- M" E0 Q6 [! f
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东风17的底面就是饱满的弧线
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但朝鲜高超弹的底面是简单的两个平面搭接,下弹翼很小。东风17的底面是饱满的弧面,下弹翼和上弹翼一样大。8 }5 J7 Z, r A& ^0 h
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有说法东风17采用的是不彻底的乘波体,这是对的。彻底的乘波体是没有弹翼结构的,只有很有特征的箭簇体。东风17的弹翼可能有玄机。一种猜想是:东风17在滑翔的主要飞行段里是以乘波体构型飞行的,侧棱和弹体形成的激波把尾部的弹翼“笼罩”住了,弹翼在乘波体飞行时不起多少作用。在速度降低到乘波体速度下限时,转入依靠弹翼升力的普通超音速滑翔。这不仅增加射程,也容许卫星导航、弹载雷达发挥作用。在高超音速滑翔阶段,卫星导航和弹载雷达受到黑障影响,无法正常工作。$ u; [0 Y( h6 c* X
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在乘波体向弹翼升力过渡时,气动控制面控制跃升-拉平机动。这时速度尚高,但在乘波体滑翔中,高度已经掉了不少。在跃升中用速度换高度,然后拉平转入超音速滑翔,增加射程。在最后到达目标上空时,转入俯冲,高速冲向目标。 o% p# r2 X0 _6 d
% i. F7 h4 A5 t0 U: z朝鲜高超弹可能也是一样的机制,问题在乘波体这段,东风17采用更加先进的乘波体设计,而朝鲜高超弹还是用简单粗暴的平面激波设计。
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压缩升力的原理和滑水很相像
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在速度很高的时候,弹翼升力的阻力太大,可以用弹体本身直接产生升力,这时弹体本身就是升力体。简单的升力体与滑水很相像。换句话说,利用前进中对水的压力直接产生升力,在航空上也叫压缩升力。比升力体更进一步就是乘波体。升力体用弹体直接产生升力,但乘波体用弹体产生激波,然后通过激波产生升力,而弹体“坐在”激波上飞行,好像坐在魔毯上一样,故名乘波体。
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简单的楔形体用紧贴下斜面的平面激波产生升力,本身骑乘在上
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二十年前的X-43就是基于这样的原理的设计
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% k% Y5 E( x m, J8 @6 S朝鲜高超弹也是这样的基本设计,所以不能有太大的下弹翼,会破坏平面激波
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, K& t$ m: n! f% }. D/ _+ \最简单粗暴的乘波体用平坦的下弹体产生平面激波,乘波体本身骑乘在上,这就是朝鲜高超弹的基本设计。但平面激波是假定无限宽度乘波体,实际乘波体不仅不会无限宽度,宽度还常常很有限。有限宽度的乘波体不可能产生平面激波,而是锥形激波,截面形状由乘波体和速度决定。为了简化分析和设计,常用简单的圆锥形激波来近似分析,而忽略具体锥形形状的影响。现有工具反正也分析不了太具体的复杂锥形,只能做简化的近似分析。2 V. i% N) J& @' D
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可以看到,X-43的激波也不是平面的,很接近圆锥4 J# C& G& i& o! C8 B3 x$ J7 f7 Q2 b
1 n5 y. i, j# V) U& D7 b; P锥形速度越低,乘波体的截面形状影响越大,下激波越接近平面;速度越高,乘波体的截面形状越小,锥形越接近圆锥。乘波体本身都坐在锥形的底部。# O: z) l7 I- i2 Z3 p
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低马赫时,可用大锥形激波近似分析;高马赫时,可用小锥形激波近似分析4 L9 e J. p2 }! v! s
6 c% o; x+ B: c# N可以看到,速度越低,下激波越接近平面激波,乘波体的底面与下激波的锋面越近;速度越高,下激波越接近锥形激波,乘波体的底面与下激波反而有一点距离。以此推断,朝鲜高超弹的速度相对不高。正巧,X-43的设计速度为M10,一共试飞过三次,第一次失败,第二次达到在29000米达到M6.83,第三次在33000米达到M9.64。朝鲜高超弹的起滑速度估计不会超过M10-15。相比之下,东风17据说达到M20。
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- [# u. E3 [5 B7 s% m9 [朝鲜高超弹的橙色弹体上有大片黑色,那是帮助散热的防热涂料。高超音速飞行时,气动加热严重,表面对流已经不足以带走足够的热量,需要加强辐射散热。广东老太在夏天爱穿黑绸衫乘凉,一方面是因为绸料透风,另一方面是因为黑色是辐射散热的最好手段。夏天人们爱穿白色,那是因为白色在户外反射太阳的热辐射最好,但在背阴的地方,反而是黑色最有助于散热。SR-71“黑鸟”采用全黑涂装,部份原因就是有助于蒙皮散热。
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3 P) \' w, R% G- A6 u [X-43(前面的小黑东西)是通体漆黑的,后面白色的是助推器% L6 a0 D( u* D( B% m% d/ q9 t
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4 p* B1 y, y4 NX-51技术进步了,就不再通体漆黑了- R9 m$ M. D- k2 P9 \! [
9 E# e* z* h: s3 K东风17不用黑色涂料,因为更好地利用了激波。乘波体的奥妙在于,激波是致密的空气层,不仅提供升力,本身也是良好的导热体。东风17的下激波锋面远离弹体,弹体处在相对凉快的激波尾流里,热管理问题不大。朝鲜高超弹只利用激波的升力,但热管理的作用利用得不好,必须用黑色涂料加强散热。小小的下弹翼也影响末段气动控制能力,可能命中精度方面也差一点。
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高超音速飞行体的热管理是中国的独门绝技。美国高超音速导弹试验好几次就栽在热管理不善上,飞到中途就自己烧毁了。朝鲜解决不力是很情有可原的。+ o! [$ b5 a" D/ I* T! e" H" w
0 t, u4 s9 ^+ }6 t$ d说起来,朝鲜很不容易。印度和台湾的资源和技术条件都好得多,要是有朝鲜那样的倔劲,也不至于如今航天和导弹技术这么拉跨。 |
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