巡航导弹是一种以巡航状态为主要飞行模式,在稠密大气层内飞行的导弹。巡航状态即导弹经火箭助推器加速达到近恒速状态后,导弹的升阻比及发动机的推重比均为1,即达到升力与重力平衡、推力与阻力平衡的状态。以近于恒速、较低弹道、弹道较为平直的状态飞行。在这种状态下,单位航程的耗油量最少。由喷气发动机产生推力,大展弦翼比弹翼提供气动升力。其飞行弹道通常由起飞爬升段、巡航(水平飞行)段和俯冲攻击段组成。
一般来讲,构成导弹自身长度主要有三大部件:战斗部(弹头)、制导系统、推进系统。其中推进系统主要由发动机和推进剂供应系统两大部分组成,其核心是发动机。导弹发动机主要有两种:即火箭发动机和涡扇发动机。前者自身携有氧化剂和燃料,因此不仅可用于导弹在大气层内飞行的,还适于在氧气稀薄的大气层外飞行,但由此推进剂供应系统需加大加长,导弹长度较高;后者只携带燃料,依靠吸收大气层内的氧气来燃烧推进剂产生推力,所以只能适用于在大气层内飞行的导弹 ,但也因此无需携带氧化剂,推进剂系统占据导弹体积比例较小,弹体长度较低。
巡航导弹因为主要飞行范围在氧气充足的大气层以内,所以主要采用涡扇发动机,或采用火箭发动机作为飞行末段突防攻击的助推器,所需推进剂相对单一,长度较低。战斧巡航导弹是目前美空军、海军远距离精确打模式当中的重要成员,主要有空基、陆基和海基共三种发射模式和型号导弹。战斧巡航导弹主发动机采用F-107-WR-450涡扇发动机,推力达267千克,助推器为固体火箭发动机,推力达3110千克。弹长6.17米,弹径52.7公分,水平翼长2.62米,最大射程可达2500千米。
巡航导弹由于飞行速度较慢,普遍速度在0.7~0.95马赫左右的亚音速飞行,面对敌方的反导体系时无法做到超音速突防。因此在隐形巡航导弹还未大规模投入实战之前,巡航导弹基本都是采用低空突防的模式对目标进行攻击。
图为美国战斧巡航导弹进行低空突防:
巡航导弹在发射升空进入巡航状态后,会根据不同环境逐步降低到一定的高度,利用对方雷达盲区突防:在海面飞行时会保持在7~15米、在平坦陆地上是50米以下、在山区及丘陵则是100米以下,而后其大展弦翼比的主弹翼产生的升力和发动机推力达到一个平衡的状态,使导弹能以近于恒速、较低弹道、弹道较为平直的状态飞行。接近目标后,火箭助推器便快速会将导弹推到一个合适的攻击高度,而后导弹会进行俯冲,对目标进行毁灭性打击。
图为新一代采用隐身突防模式的隐形巡航导弹:
图为美国战斧巡航导弹及具体构造:
巡航导弹所采用的涡扇发动机尽管在瞬间加力推力方面不如火箭发动机强,但燃油经济性相对较高 。巡航导弹一般除了初段和末段需以0.95马赫左右的高亚音速速度飞行,在巡航段都以0.7马赫左右的亚音速速度飞行,并且在巡航状态下 ,巡航导弹的大展弦翼比弹翼可提供给导弹80%的升力,发挥类似于滑翔机的作用,导弹无需过高的推力便可保持巡航状态。在这种飞行状态下,导弹单位航程的耗油量最少,间接有效地增加了航程。因此各国当中具有代表性的导弹如美国BGM-109战斧、中国长剑-10、俄罗斯Kh-55巡航导弹最大射程均可达2500千米以上。
中国长剑-10巡航导弹6.5米,弹径0.52米,发射重量约1.8吨,射程2500公里:
长剑-10在弹体外型设计上参考集成了俄罗斯Kh-55和美国"战斧"巡航导弹的特点,中段采用了类似Kh-55的大弦翼比可折叠主弹翼设计。当导弹发射升空进入巡航状态时,主弹翼便会展开,为导弹提供气动升力,发动机推力开始适当减弱,以求达到近恒速状态。后部则参考"战斧",发动机进气口位于弹体后部下方,喷口附近装有十字型折叠尾翼,有利稳定导弹的空中飞行状态,便于导弹调整改变飞行路线。
为了能使涡扇发动机拥有更多的运转时间以此获得更远的射程,长剑-10巡航导弹在起飞爬升段使用火箭助推器达到巡航速度,而后涡扇发动机才开始工作。导弹升空后在稠密大气层中靠翼面产生的气动升力和发动机推力,做等速巡航飞行。全程进行卫星和地面惯性复合制导,实施中远程精确打击。采用低空突防模式,平均飞行高度在20米以下,有效射程在1500至2500公里之间。有效射程在1500至2500公里之间,其打击威力要强于美国的战斧式巡航导弹,只需一枚命中即可将一艘7000到10000吨级的导弹巡洋舰送入海底。
长剑-10巡航导弹主要有岸基和空基两种发射模式。岸基模式主要是依靠陆基导弹发射车发射,主要用于第一岛链之内的近海防御任务。而空基模式则是由轰-6K挂载长剑-10进行远距离精确打击,拥有3500公里作战半径的轰6K再搭配射程达1500~2500公里的长剑-10巡航导弹足以对美军驻日冲绳基地、嘉手纳空军基地等及美军关岛基地等第二岛链内的军事目标进行远程精确打击,形成战力威慑。