火箭与导弹发展概论

国防科学技术大学本科课程自修报告第I页目录1火箭、导弹系统组成与工作原理.......................................................................21.1火箭、导弹发展概述................................................................................21.2火箭、导弹系统组成................................................................................41.3火箭、导弹工作原理................................................................................52巡航导弹发展与特点...........................................................................................62.1巡航导弹概述............................................................................................62.2巡航导弹的发展历程................................................................................62.3巡航导弹的特点........................................................................................92.4巡航导弹的发展趋势...............................................................................113导弹推进系统.........................................................................错误!未定义书签。3.1导弹推进系统概述...................................................................................143.2导弹推进系统分类...................................................................................153.3导弹推进系统工作原理..............................................错误!未定义书签。参考文献..................................................................................................................19国防科学技术大学本科课程自修报告第2页1火箭、导弹系统组成与工作原理1.1火箭、导弹发展概述自1957年10月4日苏联发射世界上第一颗人造地球卫星以来，世界各国已研制成功150余种运载火箭，共进行了4000余次航天发射活动。以运载火箭为主要支撑的航天技术已发展成为一种新兴高技术产业，它是人类对外层空间环境和资源的高级经营，是一项开拓比地球大得多的新疆域的综合技术，它不仅为人类利用开发太空资源提供技术保障，而且还为人类现代文明的信息、材料和能源3大支柱作出开拓性贡献，给世界各国带来了巨大的政治、社会与经济效益。图1：执行“阿波罗”登月任务的土星五号运载火箭纳粹德国的V2火箭被认为是现代导弹的先驱。虽然V2火箭在很多性能上还都很低下，但是它已经初步具备了现代导弹的各个系统，也为二战之后各国的导弹技国防科学技术大学本科课程自修报告第3页术发展指明了方向。图2：二战中的V2火箭二战结束后，大批德国火箭与导弹的专家、技术人员被带到美国和苏联，与本国的技术人员一起进行导弹的研制。在随后的几十年中，导弹技术得到了突飞猛进的发展，弹道导弹、巡航导弹、面空导弹、空空导弹、空地导弹和反坦克导弹等相继面世，现在已经发展到第三代、第四代，甚至是第五代。越来越多的国家拥有导弹并掌握了研制导弹的技术。各类导弹在其技术得到迅速发展的同时，也被用于实战。在阿以战争、英阿马岛战争、海湾战争以及科索沃战争中，导弹的作用越来越大，也越来越为人们所重视。火箭和导弹是两个发展历程紧密结合，结构组成紧密联系的飞行器。二者在大多数特征上极为相似，现在普遍认为二者的主要区别在于火箭不具备制导系统，其有效载荷多为科研目的的仪器、卫星以及载人设备，其主要目的是运载。而导弹具备制导系统，其有效载荷为不同种类的战斗部，主要目的在于杀伤或毁伤。国防科学技术大学本科课程自修报告第4页1.2火箭、导弹系统组成1.2.1火箭的系统组成火箭是以火箭发动机为动力装置，能按精度要求将有效载荷送至空间/地面预定位置，并使其速度矢量达到预定要求的飞行器。其主要功能是“运载”。火箭的组成主要包括：I)有效载荷—火箭运载服务对象（如:卫星、空间探测器、气象仪）II)箭上电气设备—火箭飞行的控制、遥测、数据记录及电源等设备III)火箭发动机—为火箭飞行提供动力IV)尾翼（箭翼）—为火箭飞行提供气动稳定力矩（升力）V)箭体结构—装载箭上载荷、设备，连接发动机，安装翼面图3火箭的系统组成1.2.2导弹的系统组成导弹是载有战斗部、依靠自身动力装置推进、由制导系统控制其飞行轨迹并导向目标的飞行器。其功能是“毁伤目标”。导弹基本组成包括：I)战斗部：导弹直接用于毁伤目标的部件，是导弹的有效载荷。作战中应根国防科学技术大学本科课程自修报告第5页据目标特性，选择战斗部的类型。II)推进系统：为导弹飞行提供推力的动力装置。包括空气喷气发动机、火箭发动机以及组合发动机。III)制导系统：控制导弹飞向目标的电子设备和装置。目前的使用较多的包括陀螺仪等惯性器件制导，红外、激光制导，地形匹配制导等。IV)弹体结构：一般包括：舱段结构部件、级间段/过渡段结构件、分离机构组件、空气动力翼面及舵面等。图4：导弹的系统组成1.3火箭、导弹工作原理1.3.1火箭工作原理火箭是以喷射反作用力来运送有效载荷的运载工具。它的组成部分有箭体、动力装置系统和控制系统，这三大系统称为火箭的主系统。此外，箭上还装有遥测系统、外测系统和安全控制系统等。火箭发动机就是利用冲量原理，自带推进剂、不依赖外界空气的喷气发动机。火箭发动机是喷气发动机的一种，将推进剂贮箱内的反应物变成高速射流，由于牛顿第三运动定律而产生推力。国防科学技术大学本科课程自修报告第6页1.3.2导弹工作原理导弹是“导向性飞弹”的简称，是一种依靠制导系统来控制飞行轨迹的可以指定攻击目标，甚至追踪目标动向的无人驾驶武器，其任务是把战斗部装药在打击目标附近引爆并毁伤目标或在没有战斗部的情况下依靠自身动能直接撞击目标以达到毁伤效果。简言之，导弹是依靠自身动力装置推进，由制导系统导引、控制其飞行路线，并导向目标的武器。2巡航导弹发展与特点2.1巡航导弹概述巡航导弹因为其较高的效费比和精确的打击能力在现代战争中被广泛应用，它主要是指依靠喷气发动机的推力和弹翼的气动升力、主要以巡航状态在稠密大气层内飞行的导弹，旧称飞航式导弹。导弹在火箭助推器加速后，主发动机的推力与阻力平衡，弹翼的升力与重力平衡，以近于恒速、等高度的状态飞行。在这种状态下，单位航程的耗油量最少。其飞行弹道通常由起飞爬升段、巡航（水平飞行）段和俯冲段组成。从陆地、水面或水下发射的巡航导弹，由助推器推动导弹起飞，随后助推器脱落，主发动机（巡航发动机）启动，以巡航速度进行水平飞行。当接近目标区域时，由制导系统导引导弹，俯冲攻击目标。从空中发射的巡航导弹，投放后下滑一定时间，发动机启动，开始自控飞行，然后攻击目标。国防科学技术大学本科课程自修报告第7页巡航导弹可从地面、空中、水面或水下发射（部分潜艇也可发射），攻击固定目标或活动目标。既可作为战术武器，也可作为战略武器。组成巡航导弹主要由弹体、制导系统、动力装置和战斗部组成。弹体包括壳体和弹翼等，通常用铝合金或复合材料制成。弹翼有固定式和折叠式，为便于贮存和发射，折叠式弹翼在导弹发射前呈折叠状态，发射后，主翼和尾翼相继展开。制导系统常采用惯性、遥控、主动寻的制导或复合制导。远程巡航导弹一般采用惯性—地形匹配制导系统，利用地形匹配制导修正惯性制导的误差。使用卫星导航系统比惯性导航系统（全球定位系统比起以地图为基础的系统（地型匹配导航系统（TERCOM））更精密一些。我国的北斗导航系统，定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。动力装置包括主发动机和助推器，主发动机多采用小型涡轮风扇发动机或涡轮喷气发动机，也有采用冲压式喷气发动机或火箭发动机的。战斗部为普通装药或核装，多安装在导弹前段或中段。2.2巡航导弹的发展历程2.2.1巡航导弹的历史起源在第二次世界大战，德国首先发展了导弹技术，并将其应用于实战。德国在1944年提出计划，首先在传统炸弹的基础上，发展出有一种炸弹的外形、短翼、尾部装上推动器和有简单的惯性导航系统的V-1导弹。V-1导弹是用一颗粗糙的脉冲喷射引擎推进的，其声音使V-1导弹获得了doodlebug的绰号。然而，V-1导弹并不特别精准。V-1导弹和类似的早期武器通常被称作导弹M。V-1导弹被公认为是现代国防科学技术大学本科课程自修报告第8页巡航导弹的前身。另外，在第二次世界大战，日本帝国为了获得对抗盟军的战术优势，诉诸利用携带炸弹的常规飞机的神风特别攻击队，以及作为补充的thepurpose-built和有人驾驶的火箭引擎的MXY-7樱花特别攻击机，它本身就是今天超精确巡航导弹的另一种早期前身。2.2.2二战之后的初步发展美俄两国于战后在德国导弹技术的基础上分别开始研制自己的巡航导弹。美国于40年代开始研制“鲨蛇”、“斗牛士”等型号的地地巡航导弹和“天狮星”舰载巡航导弹，并于50年代装备部队。50年代末研制出了“大猎犬”机载巡航导弹，并装备了部队。前苏联于50年代在研制弹道导弹的同时，研制出了SS-N-3舰载巡航导弹和AS-2机载巡航导弹，并先后装备了部队。这一时期的巡航导弹体积大、命中精度低、机动性能差，多数于60年代先后退役。1967年10月21日，埃及使用“蚊子”级导弹艇及苏制舰载SS-N-2“冥河”巡航导弹，击沉以色列“埃拉特”号驱逐舰，开创了用巡航导弹击沉军舰的先例。继美、苏两国之后，中、法、英、意等国也都研制了巡航导弹。2.2.370年代后的广泛发展现代巡航导弹在20世纪70年代得到了广泛的发展。1970年代，美国研制新一代的巡航导弹，采用惯性—地形匹配制导系统、效率高的小型涡轮风扇发动机、威力大的小型核弹头和微型电子计算机等新技术成果，先后研制成功AGM-86B机载巡航导弹和BGM-109“战斧”舰载巡航导弹。后者还改制成机载型和车载型。其中，车载陆基“战斧”巡航导弹采用了运输—起竖—发射三用车，平时可在基地隐蔽，国防科学技术大学本科课程自修报告第9页战时进行机动发射。苏联也研制了SS-N-12舰载巡航导弹和AS-6机载巡航导弹，还研制了新型SS-NX-21潜射巡航导弹、SSC-X-4等陆基巡航导弹，并对现役型号的导弹进行了技术改进。一枚价值100万美元的战斧巡航导弹可以击毁一艘价值8000万美元的舰艇，自从1991年扬名海湾战争以来，巡航导弹因为其极高的效费比被广泛应用于现代战争。巡航导弹已成为美国三位一体核威慑力量的一根支柱，已作为核反击力量和常规攻击力量广泛布置于欧洲前沿防线、海军水面舰艇、潜艇和空军的轰炸机。图5：美国战斧巡航导弹2.3巡航导弹的特点2.3.1便于各种平