导弹发射箱圆的好还是方的好?原来各有门道
前文介绍了导弹发射箱的基本类型和构成,以及导弹的“冷”和“热”两种发射方式,下面我们就看看--
影响导弹发射箱外形设计的因素
从各国导弹发展情况看,导弹发射箱的形状有圆柱形、长方形和菱形等,目前基本已经趋于圆柱形和矩形两种。那么,选择哪种形状的影响因素有哪些呢?
发射方式导弹发射的冷发射和热发射方式对发射箱的要求不同:热发射时,导弹在发射箱中点火,并贯穿发射箱高速飞行,考虑到重复使用和安全,要求发射箱必须具备一定的阻燃和耐高温性能。而截面为矩形的发射箱在内容物外廓一致的情况下截面尺寸较圆形要大,其排出高温气流效果好,高速、高压、高温燃气流对箱体内壁的冲刷烧蚀相对小。而冷发射时,燃气将在发射筒中产生瞬时高温、高压气体(速度较低),因为需要高压燃气将数吨重的导弹高速推送出发射筒,对发射筒密闭性和耐压性能要求很高,而圆柱形发射箱的内部承压较矩形要好很多,因为矩形发射箱内壁四角截面应力结构使其先天承压能力较低。前面谈到,冷发射时高压气体需要通过类似活塞的适配器推动导弹快速出筒,显然圆形活塞要比“矩形”的可靠性、密闭性和单元承压能力都要高。
正在装填“海麻雀”舰空导弹,可见其发射箱内部结构
储运方式从储存效率和方便运输的角度看,矩形发射箱显然要优于圆形发射箱。多个矩形发射箱部署时,可以较为紧密配置,占用空间较小;而圆形发射筒筒间无法紧密配置,距离较大,占用空间较大。例如,美国“爱国者”和俄罗斯S-300的导弹配置方式相似,但“爱国者”更加紧密,这在地面机动时问题并不大,但在空间较为局限的舰艇上则较为突出。美国舰载MK41垂直发射系统中各单元可以较为紧密的部署,而苏式舰载垂直发射系统只能采用圆形布局方式,同样空间内导弹容量明显要小。此外,矩形储存/发射箱在运输中基本不需要固定,而圆形发射筒在转运中则需要使用专用固定的矩形装置。可见,矩形箱体更容易固定,振动也小;而圆柱形箱体不易固定,振动大,但抗外力冲击、扭曲等性能好,厚度也可以适当降低,重量也随之减少。
采用矩形发射箱的“爱国者”PAC-3,布置比较紧凑
导弹外廓由于大部分导弹都在大气层稠密的40千米以下空间飞行,需要充分利用空气动力,因此都设计有形态各异的弹翼和空气舵等。这些弹翼、尾翼增大了导弹的外廓尺寸,使发射箱设计不得不增大尺寸,并采用适配的外形。我们知道,早期的导弹弹翼不能折叠,或只能半折叠,由于导弹通常采用两副对称弹翼,因此其外廓呈正方形,所以发射箱用长方体能更好的容纳弹翼。随着技术进步,为减少空间占用,大多数导弹都采用了折叠弹翼,这使圆柱形发射箱的普及成为可能。圆柱形箱体外截面尺寸小,内部空间利用率高,体积减小,可以有效提高平台的载弹量。例如,法国“飞鱼”导弹从MM40导弹开始改用圆柱形储运发射箱,其由玻璃纤维制造的圆柱形箱体和前后可弹开的端盖组成。由于采用折叠弹翼,原装1枚“飞鱼”MM38导弹的空间现可装4枚“飞鱼”MM40导弹,从而加强了单舰火力。
我国“红旗”-7防空导弹采用圆形发射筒倾斜发射
工艺材料为了降低导弹贮运发射箱的重量,提高性能,从上世纪90年代开始,各国大多采用复合材料制造贮运发射箱,基本实现了轻型化和小型化。复合材料贮运发射箱技术主要是利用玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维以及凯芙拉纤维增强复合材料来设计箱体结构,并通过改进纤维缠绕工艺、真空辅助树脂传递模塑工艺和拉挤成型工艺来降低发射箱的制造成本。例如,法国“飞鱼”MM40贮运发射箱采用复合材料的圆筒式设计后,不但如前所述体积减小,而且比基本型“飞鱼”MM38钢质贮运发射箱轻了约三分之二。但复合材料与金属材料比,成型加工工艺难度较大。例如,玻璃纤维增强复合材料(又称玻璃钢)大都用高强度玻璃纤维和热固性环氧树脂复合加热固化而成,在用于导弹发射筒时,用玻璃纤维带材缠绕在芯模上经热压固化而成,内壁不需机械加工,但要求芯模具有良好的尺寸精度、较高的表面光洁度以及热膨胀系数。从成本上看,这种制造方法增加了成本,单件生产时,玻璃钢发射筒的制造成本和金属发射筒的大体相当,但随着批量增加,其制造成本就会低于金属发射筒。正是由于这种经芯模热压固化的工艺导致玻璃纤维、碳纤维制作箱体时多制成圆形截面,而没有采用方形截面设计,所以箱体多呈圆柱形。而长方形箱体一般用多个铝合金板组合,结构强度稍弱,需要多个加强框加固。加强框之间的蒙皮中心点是变形最大的地方,间隔越大蒙皮越脆弱。所以美国导弹的长方形发射箱多采用内外双层箱体结构,中间用泡沫材料填充。