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中国东风-15B和美国潘兴II有血缘关系么?(转载)  

2009-02-25 14:09:35|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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中国东风-15B和美国潘兴II有血缘关系么?(转载) - r-windy - 焕然

这篇文章,曾发表在1994年《导弹与航天运载技术》上,本善做了一下整理,这是迄今为止潘兴II导弹最详细地介绍,可以作为资料保存。潘兴II导弹比较有意思,其战斗部越看就越象国产东风-15B导弹,或许二者之间有些血缘联系,或许是因为都采用雷达区域相关末制导而导致工程设计上的殊途同归?

本文来自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_53ae0b700100c3xl.html

                        科罗廖夫 2009-02-22

 

潘兴II机动式地地中程弹道导弹

1、前言

潘兴II导弹为机动式地地中程导弹,是北约为了与前苏联研制的SS-20分导式多弹头中程机动导弹相抗衡,进而抵消前苏联在欧洲的这一优势,而让美国陆军具体负责研制的。

潘兴II于1974年开始研制,主承包商是马丁·马丽埃塔公司,此时潘兴II的射程要求仍与潘兴Ia的相同。

1975年马丁公司继续进行潘兴II新型弹头和新型制导系统的研制。

雷达区域相关末制导系统的研制工作始于1972年。在潘兴且研制开始之前,需首先证实该雷达末制导系统的可行性,因此在高级研制试验期间及全尺寸工程研制阶段,对该末制导系统进行了长期的载飞试验。载飞试验的目的是验证末制导系统的精度、工作能力以及参考数据是否足够,载飞结果如愿以偿。

1977年11月-1978年5月,用改进的潘兴Ia型导弹作运载器,装上带雷达末制导系统的新型潘兴且弹头进行飞行试验。飞行试验的目的是:(1)将带末制导的弹头投送到目标;(2)验证弹头的机动能力;(3)验证所要求的精度;(4)验证钻地弹头结构的完整性;(5)验证钻地弹头的性能。原计划飞行试验进行6次,实际上只进行了5次,上述试验目的均已达到。

1978年年底潘开始进人全尺寸工程研制,此时其射程要求已增大到1800km。

1982年7月,潘兴II开始进行全尺寸工程研制飞行试验。原计划飞行试验要进行28次(14次研制试验和14次实用作战试验),后改为18次。到1983年9月完成了这18次飞行试验。1983年年底开始在西德部署潘兴II导弹。

潘兴II打击的目标包括加固的与软的导弹阵地、机场、海军基地、武器贮存地(核、生物、化学)、指挥与控制中心、司令部、弹药与汽油贮存设施、部队集结地、铁路站场、道路网点及大坝、船闸、隧道等。

潘兴II的研究与研制经费总计约6.257亿美元。每枚潘兴II的成本按1983财年计算为550万美元。

1987年12月,美苏签署了《美苏消除两国中程和中短程导弹条约》,条约规定销毁美苏各自的潘兴II和SS-20等导弹,该条约于1988年6月1日起生效。到1991年6月为止,潘兴且导弹已全部销毁完毕。

2、潘兴II导弹的主要性能

潘兴II是潘兴Ia的改进型,是机动发射的固体中程弹道导弹,有一级和二级两种构型,二级构型见图1。潘兴II导弹的主要性能见表1

 

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图1   潘兴II导弹结构图

 

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表1   潘兴II导弹的主要性能

潘兴II导弹的优点可归纳为3条:有继承性,操作简便,战术性能好。其战术性能好。

主要有5点:(1)射程增大了,最大射程为1800km,是潘兴Ia射程740km的两倍多,可以打击前苏联西部地区的大部分军事目标;(2)弹头命中精度高,由于采用雷达末制导系统,使弹头命中精度大大提高,CEP达到30m左右,比潘兴Ia(CEP=370m)提高了1个数量级;(3)生存能力和突防能力强。潘兴II不仅采用机动发射,而且反应时间较短,发射准备时间只有5分钟,再加之其弹头是机动弹头,且全程飞行时间较短,最长不过11-12分钟,因而防御并拦截它比较困难;(4)由于命中精度高,可采用较低当量的核弹头去摧毁预定要打击的目标,从而可减轻对居民的杀伤;(5)潘兴且在开始设计时就考虑了装备几种弹头,如空爆弹头、地爆弹头、钻地核弹头以及钻地常规子母弹头,因而提高了潘兴II导弹的作战效能和使用灵活性。

由于潘兴II有继承性,潘兴Ia的人员易于掌握潘兴II的操作、使用与维护技术,因而大大减少了操作发射人员,每个潘兴II导弹营人员为938人,比潘兴Ia的1368人减少了约31%。由于运输车辆和地面辅助设备相应地减少了,潘兴II的寿命周期操作费用估计可减少约25%。

3、潘兴II弹头

潘兴II弹头为带末制导的机动弹头,又可称为精密制导弹头,其结构外形见图2,设计要求见表2。

 

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图2  潘兴II弹头外形结构

 

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表2  潘兴II弹头的设计要求

潘兴II弹头具有细长的双锥外形,长4.043m,带上适配器4.703m。弹头直径粗略,估算约为0.842~0.854m,头部半径约为20mm,前半锥角(天线罩)约15度,后半锥角约3.30~3.36。

弹头由3部分组成:雷达部分,有效载荷(核装置)部分和制导与控制部分。这3部分结构上采用快速连接。

3.1 雷达部分 

雷达部分(见图2与图3)位于弹头前部,长1.434m,后端直径约0.5348m。它包括端头帽、天线罩和连接环框。端头帽用钛铬铂合金制成,其内装有触发引信和射频能量吸收器。端头帽耐烧蚀,不透电磁波,射频能量吸收器用于吸收散射的电磁波,使其不影响雷达天线辐射方向图。天线罩由熔融二氧化硅铸造而成,用于透过雷达波为了获取目标区的正确可靠的图象进行匹配,对天线罩的电性能和烧蚀性能有较严格的要求,同时对其机械性能也有相当高的要求,对其厚度和厚度变化的要求也较严格。天线罩内装有末制导雷达和弹头电子设备用的电池。天线罩长90.8cm,底部直径45.85cm。

 

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图3

3.2 有效载荷(核装置)部分

有效载荷位于弹头中部,中部壳体为铝合金。防热层在设计初期曾选用石棉酚醛,但是,由于石棉毒性较大,加上对于播兴II这样大型的弹头其壳体厚度比较薄的情况,采用橡胶改性的二氧化硅酚醛防热层比石棉酚醛更好、更合适,因此后来防热层就改为采用像胶改性的二氧化硅酚醛。中部壳体内装有可变低当量的W85核装置,187.8kg,当量为5k~50ktTNT,可空爆或地爆,长106cm,直径30.5cm。还曾设计、研制并试验过W86钻地核弹头,当量在ktTNT以下。W86为细长锥柱体,其壳体用高强度钢制成,重1800kg,于1980年9月停止研制。早期还曾为潘兴II研制过常规反机场跑道钻地子母弹头,弹头母舱内可装76个小型钻地子弹头(见图4),每个子弹头重7.65kg或8.lkg,内装烈性炸药1.44kg或1.575kg。76个子弹头共重581.4kg或615.6kg。子弹头长65.8cm,直径约6.5cm。子弹头释放后用尾翼稳定,尾翼为折叠式,了弹头抛散前尾翼折叠起来,这样可大大减小子弹头在母舱内占据的体积,抛撒后尾翼展开。这种子弹头可穿透0.6m左右的混凝土层,适用于攻击机场跑道,可能是由于美国陆军部认为攻击机场跑道不是他们的作战任务,因此这种子母弹头的研制中途停止了。

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图4 潘兴II导弹常规子母弹头构型及子弹头释放

3.3 制导与控制部分

制导与控制部分位于弹头后部,其结构为2014铝蒙皮加整体焊接隔框的硬壳式结构。4个空气舵呈叉形装于后端壳体外部,其所在一段采用A356-T6铸铝框结构。防热层为橡胶改性的二氧化硅酚醛。该部分是由制导段与控制段两段组成的密封结构,其内装有惯性制导装置、计算机与数字相关系统、液压作动系统、反作用控制系统、冷却系统、分离机构以及电缆。舱内的温度和压力可以控制。控制环(空气舵安装结构)A356-T6铝铸件最厚部分的名义厚度(舵轴孔处)不小于25.4mm,最薄部分的厚度为2.54mm,它是按照军标MIL-A-21180制造的,对它要求的最低拉伸极限强度为262MPa,屈服极限强度值为193MPa,延伸率为5%。

弹头后盖为往外凸的隔热的半球形铝合金罩。适配器后底部设有抗电磁脉冲/电磁干扰的防护层。

以上3部分均采用玻璃-环氧复合材料制成的连接框环快速连接。

4、潘兴II弹头制导系统

潘兴II弹头的制导系统只有1套,装在弹头内。制导系统由惯导系统和雷达区域相关末制导系统组成。惯导系统由惯性测量装置与计算机组成,主要用于潘兴II主动段制导并且配合末制导系统完成弹头末段制导。

4.1惯导系统

惯导系统由1个KT-70四框架(方位角、内俯仰、滚动与外俯仰)平台,3个陀螺和3个加速度表组成,由美国辛格尔·基尔福特公司研制。发射前惯性测量装置与计算机配合,能够自动对准正北方向而不需外部基准设备提供方位基准,从而使发射时间缩短,提高了对准精度。在主动段,它提供制导与控制信息,在末段它还能稳定雷达的常平架。惯性测量装置由5块多层印刷板制成,重14.4kg,尺寸约为22cm X27cmX32cm。

计算机是由本迪克斯公司研制的BDX-900型计算机。它由中央处理器(CPU)、数据和程序贮存、输人输出接口以及电源4部分组成,重15.75kg,尺寸约为32cmX35cmX19cm。CPU采用低功率元件,计算速度高。存贮器为磁芯存贮器。计算机为制导与控制两用计算机,同时还承担着实测目标区数字化图象与预贮的目标区数字化基准图象相关比

较的处理工作。CPU为16位并行微程序处理器,加法速度约420000次/S。存贮器有16Kx16K位,有奇偶校验位,存贮周期为1.2Eis,有13个优先中断级,可进行直流与交流模拟,电源为25.5-32.5V的直流电源。

4.2雷达区域相关末制导系统

该末制导系统(图3)是由美国古德伊尔公司于70年代中后期研制的较先进的末制导系统,由1部全天候J波段雷达、三自由度稳定的切割抛物面天线、数字化相关器以及电源转换器组成。经初步分析得出的雷达主要性能如下:

雷达天线 切割抛物面天线   波束H面半功率波瓣宽度 >2.2 0

雷达长度 约90cm      波束E面半轴功率波瓣宽度 22度+-2度

雷达直径 约45cm      天线效率 >50%

J波段工作频率 20GHz                最大增益方向与弹头轴线夹角 约10度

天线反射功率 60kW                   雷达质量 45.4kg

作用距离 >22km                         相关器质量 11.6kg

天线增益 26~29dB

雷达装置包括调频磁控管、对数接收机、调制器、跟踪本地振荡器以及有关的波导开关和半硬同轴电缆。它们装在铸造壳体内,壳体盖为射屏屏蔽盖。稳定天线装置由三自由度天线、驱动马达、解算器发送器组成,它采用单独的测量天线和地形测量天线。

该末制导系统的基本工作原理(见图5)如下:将末制导雷达实时测得的目标区数字化图象与预贮在弹头上的目标区数字化基准图象在相关器内进行相关比较,算出弹头位置误差,输给弹上计算机,修正惯导系统,引导弹头飞向目标。该末制导系统具有以下特点:(1)可以使潘兴II机动弹头对其弹道误差进行末段修正,这种修正是在弹头进行机动的过程中进行的;(2)采用了雷达区域相关器和高度表来修正惯导位置误差;(3)制导精度高,允许采用较小当量的核装置。

 

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图5  雷达区域相关末制导原理示意图

5、执行机构

潘兴II机动弹头的执行机构由两部分组成:空气舵系统和冷气反作用系统。弹头在大气层外飞行时,靠冷气反作用系统控制弹头的姿态。再入时,当弹头动压达到1000Pa时(高度约在65km),其姿态就转由空气舵控制。使喷管摆动和空气舵偏转的液压作动系统为组合式自容液压作动系统。冷气反作用控制系统由1个高压氮气瓶、4个推力为8.8N的喷管(两个用于俯仰控制,两个用于偏航控制)和4个推力为4.4N的滚动控制喷管组成。高压氮气从气瓶引出,经调压并由电磁阀门控制,通过收缩扩散喷管排出,产生反作用控制力。喷管以脉冲方式工作,脉冲延续时间0.035s,总冲量为S10N/s。反作用控制系统装在弹头底盖外面中心处。弹头机动飞行时,操纵空气舵转动的动力来自涡轮能源系统,该系统由燃气发生器、涡轮与转子以及伺服机构3部分组成。该系统中的气动控制装置根据保险/解保控制系统正确的电信号程序,让燃气发生器点火,燃气发生器产生的高压燃气经过控制管路,按制导系统的指令驱动涡轮,从而带动转子驱动高压泵与发电机,为空气舵作动系统提供动力。气动控制装置见图6。空气舵的设计要求见表2。从图6可以看出,气动控制装置(PCD)长18.1cm,宽9.4cm,高14.2cm。

 

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图6  气动控制装置(PCD)外形结构

6、潘兴II飞行与末制导程序

潘兴II两级导弹的飞行与末制导程序见图7。潘兴II是采用速度关机的。最大飞行高度约300km。开始中段飞行时,弹头向目标方向俯仰飞行,以便为再入调定方向并减小弹头的雷达反射截面积。弹头的姿态在飞出大气层前靠弹头上的空气舵控制,在大气层外靠冷气反作用系统控制。

 

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图7  潘兴B两级导弹的飞行与末制导程序

潘兴II的末段弹道见图8。该末段弹道最突出的特点是进行拉起-下拉机动飞行来降低弹头的速度、修正弹道误差并使末段弹道最后陡直地接近目标。弹道拉起部分的指令由a(攻角)制导方程提供,而下拉部分的指令由速度矢量转动速率控制方程提供。控制飞行阶段的目的在于在修正横向误差的同时提供最大可能的拉升机动。

再入时弹头进行的第一次机动为速度控制机动,它是按预定程序在惯导系统控制下进行的。在通过大气上层后,在40km高度处将弹头拉起来,使气动阻力增大,将弹头速度减慢到雷达末制导系统能够工作的速度,估计约6~8马赫数。弹头进行拉升机动在有些情况下还可躲避敌方反导导弹的拦截。弹头拉起后,由攻角25度控制弹头飞行,

继而弹头开始作锥形运动,弹头由a控制转到由Y控制。当弹头飞到足够低的高度,使雷达因此有足够功率测高时,雷达天线朝下,进行一系列距离测量。在开始地形图象相关之前,要进行一次或多次高度修正。高度的最新数据要就当地地形高程的变化加以修正。当弹头下拉飞到低于15.25km高度时,雷达开机,开始相关器修正。雷达天线以2r/s的速率对下方目标区的地形进行圆形扫描,其中一转用于获取目标区的图象,另一转用于测定高度。天线的扫描范围在4500m高度处为35平方公里,雷达获取的目标区图象被变换成由128 x 128个象素矩阵组成的数字化基准图象,与预贮的由256 X 256个象素矩阵组成的数字化基准图象在相关器内进行相关比较,由计算机进行相关处理。可采用双速搜索缩短比较时间,对感兴趣的区域慢慢仔细搜索,反之则快速通过。经过计算机处理,得出精确的缩尺位置误差和击中目标所需的位置修正量,以此修正惯导系统,发出操纵指令给空气舵,操纵弹头击中目标。

 

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图8  潘兴II末段弹道

存贮器内存有4个目标区基准图象矩阵,每个图象矩阵的详细程度不同,高度越低,矩阵代表的地图越详细,它们提供了每个高度上所需的不同景象解。每个高度带上相关过程要进行一次或几次,相关过程一直进行到900m左右的高度为止。

对于末制导来说,除了要求它把弹头准确地投往飞行终点处的指定瞄准点外,对它还有弹道倾角及命中精度的约束,这些约束主要适用于钻地核弹头,但也适用于空爆/地爆核弹头。由于有垂直度的约束,空爆/地爆方案称作垂直投送方案。只适用于空爆/地爆核弹头的另一方案为准弹道式投送方案,在需要弹头高速接近目标时就采用这一方案。在这些任务中,弹头在拉起一下拉机动飞行中的减速很小,并且这种减速仅仅是为保护弹头免受过高的动压而设计的。在准弹道式弹道中命中弹道倾角名义上是垂直的,目的是便于相关器工作,但是在允许的情况下,命中时的弹道倾角比垂直投送飞行时偏离垂直弹道更大。

命中前必须控制弹头的攻角。对于钻地弹头来说,必须使攻角准确为零,以保证落地时正确钻地。对于地爆弹头,攻角须为零但可以不那么精确,不过应保证触发引信正确的作用,在这两种情况下都是关掉Y制导指令,用零攻角指令恢复a控制的方法来完成。为这一过程提供的时间为0.6s。

为了利用机动得到一个希望的最终速度,需要一个控制律和适当的指令信号,该指令信号定义为希望的速度一高度曲线,其最终值就是希望的命中速度。弹头的机动必须使其速度变化遵循这条曲线(见图9)。从图9看到,弹道式命中速度为2400m/s;无锥形运动时弹头速度为1200m/s;有锥形运动时的命中速度为410~1070m/s。弹头作锥形运动时圆锥角为15~20度,圆锥形运动的位移约为5OOm。

 

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图9  速度指令曲线的演变过程

如果雷达相关末制导系统失灵或发现其数据有误,惯导系统会继续工作,将弹头引向目标,不过这时弹头的命中精度要低得多。该末制导系统可全天候工作,它波束较窄,抗干扰能力较强。即使雷达扫描图上有一部分受到干扰而被遮住,仍可利用其余扫描区的回波信息继续进行相关制导。敌方伪装也基本上不会影响地形匹配,因为敌方只能把匹配区的一小部分地形伪装起来,而不可能把整个匹配区都伪装起来。

7、结束语

潘兴II导弹机动性能好、反应时间短,加上弹头是机动弹头,有较高的生存能力,又由于采用了较先进的雷达区域相关末制导系统,弹头命中精度高。因此,潘兴II导弹是一种比较先进的机动发射的固体中程导弹。

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潘兴I导弹

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潘兴II导弹

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前不久曝光的东风-15B导弹发射车

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研判这是东风-21导弹的某个改进型,上面级也采用了类似东风-15B和潘兴II的战斗部。

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东风-15导弹的另一种改进型,没有控制小翼,细长的战斗部,有人说这是钻地弹。

转载自 科罗廖夫的军事客厅 http://blog.sina.com.cn/gaosga

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