这种进气道的进口安排在弹身头部,其主要优点是进气口流场是未受扰动的,可保证是高度均匀的速度场。但这种进气道也具有一系列的缺点,比如大攻角时,将导致速度场不均匀,使总压恢复系数和效率降低;其次,进口安排在弹身头部,致使弹身从头到尾都有发动机及其进、排气通道,占用了大量的弹身空间,势必引起部位安排的复杂化及结构质量的增加,最终影响导弹的性能;其三,对寻的制导的导弹,则难以在弹身头部安置雷达导引头的抛物面天线或红外导引头的位标器。
②非头部进气道
采用冲压发动机的现代有翼导弹,将进气道安排在弹身两侧和腹部。非头部进气道的缺点是进口流场易受弹体的干扰,特别是弹身附面层的影响。为消除这种影响,要求进气口至弹身表面的距离大于当地附面层的厚度。相对于腹部进气,两侧进气对攻角和侧滑角的变化较敏感。攻角和侧滑角增大时,总压恢复系数下降,紊流度增大。由于腹部进气对攻角和侧滑角不太敏感,因而此类导弹特别适合在正攻角情况下工作,但对于大负攻角适应性较差。
(4)涡轮喷气和涡扇发动机
涡轮喷气和涡扇发动机大多置于弹身尾部,采用S形进气道。和冲压发动机类似,进气道的安排也是一个重要问题。其进气道位置不仅要考虑附面层的影响,还要避开气流分离区,这是因为分离区的气流参数极不稳定,如进气口处于气流的分离区内,会造成供油参数偏低和供油压力脉动等现象,导致发动机工作不正常。
由于迎风面的进气道流量系数和总压恢复系数要比背风面高,因此,对主要是正攻角情况下机动的导弹,采用腹部进气比较有利。
防空导弹是指由地面、舰船或者潜艇发射,拦截空中目标的导弹,西方也称之为面空导弹。防空导弹是指由地面、舰船或者潜艇发射,拦截空中目标的导弹,西方也称之为面空导弹。由于大多数空中目标速度高、机动性大,故防空导弹绝大多数为轴对称布局的有翼导弹;动力装置多采用固体火箭发动机,也可以采用液体火箭发动机、冲压式空气喷气发动机和火箭冲压发动机。世界上的防空导弹已研制了三代,目前还在发展第四代。
一、初期阶段
防空指挥控制模型研究的发展,与空袭兵器的出现和发展、防空兵器的产生和发展、军事学术理论和实践的发展及军队战斗行动的组织形式和方法等紧密联系在一起。按研究内容的深度,可分为初期阶段、发展阶段和成熟发展阶段。
初期阶段大约开始于第一次世界大战前夕,第二次世界大战结束时结束。
第一次世界大战前夕,军队开始使用飞机,最初用于侦察,而后便用于轰炸部队了。第一次世界大战结束时,飞机已变成战场上不可忽视的力量,当然飞机本身也成了重要的空中目标。军事专家不断努力寻找和发展攻击飞机的手段,1914年俄国研制并生产了反飞机火炮,并组建了高炮连以掩护部队。
出于高炮射击指挥的需要,俄、美、英等国的军方开展了防空射击指挥模型研究,开始是用于高炮射击指挥的高炮射击诸元模型,如1927年前苏联研制了高炮射击指挥板,1929年至1932年期间,又研制成高炮半自动射击指挥仪,能比较精确给出目标坐标和其它相关射击诸元。根据一次大战防空作战经验和取得的数据,苏、英等国改进了射击指挥仪,更新了高炮射击指挥模型,研制了体视测距仪,能在更大范围内,求得射击诸元,用机电装置传给高炮,使高炮不间断地瞄准目标并能对机动目标实施射击。
第二次世界大战中,德国用约5000架飞机(大多为轰炸机)支持地面部队,并对前苏联城市、工业目标、交通枢纽等进行突击。为有效防空,前苏联迅速更新高炮装备及其指挥控制设备,利用实战数据,改进嵌入的指挥控制模型,将机械解算的高炮指挥仪改为机电解算。战争实践证明,不研究合理的高炮射击指挥控制模型,没有防空指挥自动化,对越来越快、越高的目标进行瞄准射击将无法实施。
总之,防空作战指挥控制模型研究的初期,是受防空作战特别是第二次世界大战中高炮武器运用牵引的。这个时期形成两个不同的研究侧面,一个是英、美等国的科学家应邀与军队作战指挥部门相结合,对雷达、高炮等防空装备的作战运用理论与实践进行研究,取得了较丰富的研究成果;另一个是俄国及后来的前苏联在激烈而繁重的防御作战中,不间断地改进高炮射击指挥系统取得的实际成果,虽然理论上的贡献较少,但很多嵌入的射击指挥模型为后来的研究提供了重要参考。
二、发展阶段
发展阶段大约从第二次世界大战结束至20世纪80年代。
从第二次世界大战得到认识,军事运筹学家们认为,无论是防空还是其它军事领域,“进行着复杂作战的大量人员和设备的行为是惊人地有规则的,因此我们对这种作战的结果所作的预测,可以达到大多数自然科学家未能预见的程度”。运筹科学观察运行系统现象,创造出一些理论,运筹工作者称它为模型。用这些理论(模型)描述条件变化时将发生什么事情,并根据新的观察检验这些预测。防空作战模型研究,就是其中一个十分有成效的研究领域。
这一时期,发生了朝鲜战争、越南战争、中东战争等,牵引着空袭兵器不断采用现代技术,性能迅速提高。1950年,出现了喷气飞机,此后,作战飞机的作战半径、飞行速度、升限、机动性大幅度提高,机载武器威力更大、种类不断增加。在作战运用上,开始采用高空突防、机动飞行和电子干扰。20世纪70年代后,则采用低空突防、支援伴随和自卫电子干扰+反辐射导弹压制。
面对上述日益严重的威胁,许多国家不断改进高炮和射击指挥自动化系统。1954年,发达国家军队装备了地空导弹及其指挥控制系统,到1980年,世界各国服役的地空导弹有近60余种型号,不同级别的防空指挥控制系统有20余种。激烈而多变的空防对抗,已成为这时期各次战争的焦点,也是军事强国试验其空袭、防空武器及其指挥控制系统的试验场,每次防空作战一结束,直接和间接参战国家军事专家都亲临现场,考察、收集防空作战数据,邀集运筹专家、数学家、物理学家和工程技术专家,改进防空装备硬件和地空导弹射击指挥控制模型,更新软件,以使下次作战以出其不意的优势压倒对方。该阶段前期,指挥控制模型研究与工程技术研制交织在一起,是非系统、嵌入的,如射击指挥中预测地空导弹拦截目标遭遇距离,是一项极重要的工作,当时典型地空导弹(如S-75)的射击指挥仪,由防空运筹专家研究遭遇距离数学模型,工程技术专家设计模型生效的模拟电路。20世纪70年代,数字计算机进入防空指挥控制装备,防空指挥控制模型及依此编制的软件,发展成一个极富创造性和智力密集的研究领域,软件(含模型)成为地空导弹武器及其指挥控制系统的关键分系统,许多地空导弹武器只提供指挥控制软件的功能,不提供软件源代码和模型,使“模型”由过去的“显式”转为“隐式”。
三、成熟发展阶段
20世纪80年代初到现在,是地空导弹射击指挥控制模型研究和应用成熟时期,具体表现在:建立了科学构建模型(运筹)方法;提高了防空武器作战效能;与系统分析紧密结合;基础结构有效;多学科支持;向新的探索和应用领域扩展。
随着地空导弹射击指挥控制模型研究和应用的成熟,近程快速反应地空导弹(如法国“响尾蛇”、俄罗斯“DOL”)、中远程地空导弹(如美国PAC-1、俄罗斯的S3OOPMU)、导弹防御武器(如“爱国者”PAC-3、S3OOPMU2)等,都装入了模块化和通用性强的指挥控制模型。当威胁和硬件改变时,只要更新模型中的部分模块或增加新模块,便能适应新威胁并提高武器作战效能。例如,PAC-1和S3OOPMU地空导弹武器,设计时都有反战术弹道导弹(TBM)潜力。1991年海湾战争后,TBM成为现实威胁,为能拦截600千米射程的TBM(如“飞毛腿-侯赛因”),分别将探测跟踪雷达的发射机和接收机、导弹导引头、引信和战斗部等,做了相应的改进,修改了射击指挥控制模型,在3年~8年时间内,便推出具有反导功能的S3OOPMU1、S3OOPMU2和制导增强型“爱同者”(PAC-2GEM)、反导型“爱国者”(PAC-3)。PAC-2GEM和PAC-3,在2003年的伊拉克战争中,拦截了9枚“萨姆德-2”和“阿巴比尔-100”战术弹道导弹。俄罗斯还研制了地空导弹团指挥控制系统83M6E,嵌入的指挥控制模型凝聚其40多年的防空作战经验,可有效控制6个S3OOPMUI火力单元拦截空气动力学目标和弹道目标。
这样看来,地空导弹射击指挥控制模型是运筹学和防空系统分析汇聚交融的领域,正如运筹学发展初期,英国为对付德国的空中威胁,聘请科学家进行一系列紧急试验,从地面发送出无线电波,然后检测来自敌机的反射波,从而确定敌机的位置,不久就有了雷达一样。今天,防空系统分析与运筹学紧密结合,将使地空导弹射击指挥控制模型研究更加成熟,应用更有效。