最近一個月以來軍圈內一些資深大佬感覺有點鬱悶或者說是有點“慌”。原因就是咱們的小鄰居忽然在9月28日射出了一枚導彈,並宣告導彈的飛行穩定,各項效能指標達到了預期的設計要求。
這枚導彈就是“火星-8”型導彈。
先看圖:
如果可能這張略具有微剪影效果的圖或許大多數的人還看不出震撼點,但是在隨後他們的2021新武器彙報展覽的照片,你會不會發現某件東西似成相識呢?
導彈發射車上的赫然就是我們的明星導彈“東風17”!看到這裡是不是很多人都坐不住了呢?
其實大可不必,我們就來討論一下最優解的問題。
每個國家都有自己的假想敵和現實中的敵人,這個國家軍隊中所採用的武器系統也都會針對著自己的作戰目標來不斷地最佳化。但是和國家與國家之間的競爭不同,我們還面對著相對統一的地球物理環境。
這就導致了很多武器系統要用相似的解決方案來解決相同的問題。
例如附面層氣流對噴氣式發動機進氣的影響。
例如這是一架F-4戰鬥機的進氣道進氣道並沒有緊貼著機身而是在附面層擋板的隔離之後離開了飛機機身一小段距離,這樣就可以躲開附面層,讓相對穩定的氣流進入進氣道。
即便是到了幾代之後的戰鬥機,例如F-22,我們也會發現對附面層的處理依舊採取了相同的解決方案。只不過那塊惱人的附面層擋板被更加合理地進氣道切口角度而取代了。
再有一個很明顯的例子就是各個國家的榴彈炮炮彈。
無論是中美俄,還是德意日、或者以特立獨行著稱的法國和瑞典,大家的榴彈炮炮縱向彈截面形狀都是一樣的——都是船形。
這裡就不存在誰抄襲誰的問題,而是炮彈在這種形狀修形後,飛行的時候空氣阻力最低,同時在發射的時候火藥燃氣的推進利用效率最高。
如果各個國家的炮彈有不同的小設計,那也就只是對自己裝備特性的一些小修改了,但總體的路子還是殊途同歸的。
這就是最優解的設計。針對於相似的炮彈初速,和相似的射程要求在相同口徑的火炮炮彈設計中往往會有且只有一個最優的設計方案。任何偏離了這個最優設計方案的設計都是效率上受到削弱的。
這也是為什麼W君一直說,咱們的直-20和美國的黑鷹並不是仿製的關係,而是在設計上都接近了中型通用直升機的最優解。
有沒有革命性質的東西來推倒目前的最優解呢?這就得藉助於外力了。以前面咱們說的戰鬥機進氣道為例子。隔離附面層在當年只可以透過讓進氣道離開機身一段距離來硬性地進行隔離。但是在計算機模擬和模擬技術不斷地發展之後,我們就可以對氣流進行有限元分析了。
接下來就讓DSI(Diverterless supersonic inlet,無附面層隔道超音速進氣道)進氣道進入了普及階段。並不是說之前沒有進行過嘗試。早在1960年代,美國就在F4戰鬥機上嘗試使用DSI技術。
只不過那時候的沒有計算模擬功能,只能一次次地吹風洞模型,所以會導致這種強烈依賴於計算的進氣道根本無法手工實現。
現在的計算機處理已經不成問題,在後面大家所看到的所有新戰鬥機,幾乎會發現DSI進氣道成了一個普遍的裝備特性。
這也就是最優解的一個升級換代過程,當然了,噴氣式戰鬥機的進氣道設計其實已經經歷了五代了。你也會發現每一代都有著相似的設計範例。
咱們回到導彈上,東風-17是咱們在2019年亮相的一型高超音速導彈。
為的就是在導彈的再入段利用獨特的空氣動力學特性可以在大氣層內高速滑翔,進而增加射程並可以在大氣層內高速機動。為了達到這個目的,東風-17有兩個很重要的設計特性:第一個是乘波體外形設計,底部扁平這就讓導彈在大氣層內高速飛行的時候可以取得升力力矩。讓彈頭可以在相對稠密的大氣層內獲得升力。
第二個則是東風17乘波體後面的小型火箭發動機陣列,這個圖暫時沒辦法給大家公佈。透過小型火箭發動機陣列的交替開機關機來實現高速乘波體在航向上的不同推力——也就是高速機動性。
這兩點其實就是東風17的精髓所在。但這兩點其實都不難仿製。尤其是外國研究機構在看到了我們的東風17的外形之後,就很容易利用計算機建模並進行分析。也達到最優解的設計水平。
其實在2019年咱們的東風17曝光之後,最近兩年已經有十幾個類似於東風17的乘波體設計被公佈出來,基本原理都是一樣的。
所以說即便是咱們小鄰居這樣的國家拿出“火星8號”導彈的設計也並不是什麼奇怪的事情。畢竟是咱們的東風17給世界立起來了一個最優解標杆——畢竟都是在地球大氣層內透過高速機動來突破某國的反導彈系統。
但是還得給小鄰居潑點冷水,從材料和塗層上看,火星8號還有一些不足。這個部分是沒有辦法從外觀上模仿的。例如東風-17的彈頭白色部分,並不是為了好看塗成白色的,這個部分是需要在高速飛行的時候不斷蒸發吸收熱量的。在這個領域上我們還是世界上最領先的國家。雖然火星8號也是採取了白色彈頭的設計,但在W君看來這個部分還僅僅是一個擺設,真正的可靠性恐怕要差了十萬八千里。
這個部分不行,就直接導致了乘波體的飛行速度不能提高到東風17的水平,同時在大氣層內飛行的時間也會受到限制。當然了,這次公佈的火星8號飛行試驗達到了設計要求,其實也是小鄰居知道這些限制,也沒提太高的預期指標所致。