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voidmagia
路人甲乙丙
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 Posted - 02/04/2019 : 15:06:24
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為了因應未來中國航艦，原有增程型的400公里射程已不足，因此研發渦噴增程型做為暫時型的替代方案，滿足增程型進一步增程完成前的需求。
渦噴增程型係採用雄三（而非放大後的增程型）為基礎，加裝以無後燃器的J85-GE21為動力的第一節推進段而成。尺寸大小原則上不超過增程型，以便相容於增程型的發射箱。設計目標為設計一種能在6萬英尺高空以1.6倍音速巡航900公里，並在第一節脫離後以3倍音速飛行500公里的飛彈。主要的挑戰除了改裝J85外（可能要改成可以吃JP10之類的燃料），還有雷達也要有長程尋標能力。某種X頻的AESA雷達可能是需要的。 |
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dasha
版主
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Posted - 02/05/2019 : 06:54:40
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| ......直覺是從頭到尾3Mach巡航會更省燃料,除非是因為哪種特殊原因不想高速巡航...... |
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voidmagia
路人甲乙丙
2181 Posts |
Posted - 02/06/2019 : 16:34:37
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| 從頭到尾三倍音速？可是以現在中科院的科技來看，類似3M80大小的飛彈頂多高彈道七八百公里射程，要到1400公里射程有點難 |
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fanity
路人甲乙丙
2208 Posts |
Posted - 02/06/2019 : 17:56:02
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反艦飛彈上1400KM的射程對台灣沒有意義吧 台灣能不能找到500KM以外的目標都是問題了
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cph0516
路人甲乙丙
5416 Posts |
Posted - 02/06/2019 : 18:10:13
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射程最少要有
艦用600km
陸基1000+km
用途
打擊軍用港口
或剛出海的軍用艦艇
能夠打擊三大艦隊基地
是一件很重要的事
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voidmagia
路人甲乙丙
2181 Posts |
Posted - 02/06/2019 : 19:28:27
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quote:
Originally posted by fanity
反艦飛彈上1400KM的射程對台灣沒有意義吧 台灣能不能找到500KM以外的目標都是問題了
西太平洋扣掉島鏈上可監視的洋面，在台灣1400公里內的範圍其實不大。台灣找不到，盟國找得到就行了... |
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dasha
版主
41804 Posts |
Posted - 02/07/2019 : 19:07:00
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其實雄三能獲得高層支持,是當成射程2000km速度4Mach巡弋飛彈的原型測試彈在發展,雖然4Mach的飛行效率不見得比3Mach優良,但不管打擊地面目標還是長時間(約2000秒)飛行,我們都有相關技術,問題只剩反艦搜索.
反艦搜索其實也有一些方法可以用,你真的讓飛彈在大海上任意搜索目標,那個確實很難,但假如目標設定在幾個軍港,那問題就會縮小到如何成功飛到那些軍港中,因為軍港內就算不是全屬軍艦,軍艦密度也會高很多,很多意義上很好找目標與很好打,特別是在確定戰爭要開始的時候,軍港內充當軍用的船隻會特別多,然後不是船而是其他物資堆棧,打下去常常比打船更有意義.然後港區範圍不一定大,不見得需要甚大型雷達,現有反艦飛彈雷達修改軟體參數,比方偵測距離30km然後搜索角拉大到左右各60度就好.
秦皇島與葫蘆島離台灣最北端的緯度就差15度,每個緯度距離是60海浬,加上經度還有些差距,2000km射程用來對付這些港口,差不多剛好.
講完戰略上長射程反艦飛彈的用處後,講講如何拉長射程的問題.
大氣層內飛行的阻力對長程飛彈是很大的問題,所以長程飛彈最喜歡飛離大氣層,如果不能飛離大氣層,那就要考慮以減低阻力的方式延伸射程.
飛行體次音速主要阻力有形體阻力,摩擦阻力,升力衍生阻力這三大項,超音速通常只講第四個震波阻力,因為其他三種阻力遠低於震波阻力,即使那三種阻力到超音速還會持續增加,但與震波阻力比起來,初步估算還是可以不用考慮.
而這就是一堆飛彈維持在次音速的原因,我不要為了波阻浪費推力與燃料.
例外則是衝壓引擎,那是利用內外速度差,讓氣流的動能換成壓力,這時速度快比較有效率,所以一定要衝到超音速,以現在的技術,燃燒室維持次音速流的衝壓,約在3Mach效率最高,像SR-71可以做到壓縮比50,MiG-25/31也有壓縮比40,而現在渦輪引擎的壓縮機,最新的還有能到40的,還沒有能做到50的,J85就別說了,8.3而已......
而衝壓引擎的優點還不只是壓縮比高,影響燃油效率的除了壓縮比外,還有一個是反應溫度,一般噴射引擎必須限制溫度不會把渦輪葉片幹掉,燃燒溫度不能太高,衝壓就沒有活動零件燒掉的問題,所以在這部分也能用更高溫燃燒,有更高的效率.
所以現在常見的設計,用渦輪引擎,不管渦噴還渦扇,就是維持在次音速,要超音速巡航,那就是用火箭加速以後用衝壓,用中間半調子的速度,不管從延伸射程還是從迴避敵人攔截來說,都是無意義的半調子作為.
所以實際上以渦輪噴射引擎加速到超音速以後,才切換成衝壓引擎的設計,僅見於載人噴射機,因為載人機會有比較多飛安或任務相關的考量,需要常調整速度.
然後飛彈的大小與重量,主要是看承載物,不裝J85的話,主要重量是雷達與彈頭,加上J85會讓承載增大,推力與燃料需求就會跟著增大,形成擴大的惡性循環.
現在的衝壓飛彈,助推火箭燃料通常有一部分佔據燃燒室,所以助推火箭的總體積明顯大於外觀看到的部份,而衝壓用燃料槽明顯小於外觀看到的部分,拉大燃料槽對整個飛彈的重量與外觀影響,比例其實不太高. |
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waffe
我是老鳥
7187 Posts |
Posted - 02/07/2019 : 19:54:04
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| 要讓熊三裝渦輪引擎還有一個好方法，縮小...................變成空射就等於間接裝了渦輪引擎。不過工程浩大阿........... |
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voidmagia
路人甲乙丙
2181 Posts |
Posted - 02/08/2019 : 00:40:52
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quote:
Originally posted by dasha
講完戰略上長射程反艦飛彈的用處後,講講如何拉長射程的問題.
大氣層內飛行的阻力對長程飛彈是很大的問題,所以長程飛彈最喜歡飛離大氣層,如果不能飛離大氣層,那就要考慮以減低阻力的方式延伸射程.
飛行體次音速主要阻力有形體阻力,摩擦阻力,升力衍生阻力這三大項,超音速通常只講第四個震波阻力,因為其他三種阻力遠低於震波阻力,即使那三種阻力到超音速還會持續增加,但與震波阻力比起來,初步估算還是可以不用考慮.
而這就是一堆飛彈維持在次音速的原因,我不要為了波阻浪費推力與燃料.
例外則是衝壓引擎,那是利用內外速度差,讓氣流的動能換成壓力,這時速度快比較有效率,所以一定要衝到超音速,以現在的技術,燃燒室維持次音速流的衝壓,約在3Mach效率最高,像SR-71可以做到壓縮比50,MiG-25/31也有壓縮比40,而現在渦輪引擎的壓縮機,最新的還有能到40的,還沒有能做到50的,J85就別說了,8.3而已......
而衝壓引擎的優點還不只是壓縮比高,影響燃油效率的除了壓縮比外,還有一個是反應溫度,一般噴射引擎必須限制溫度不會把渦輪葉片幹掉,燃燒溫度不能太高,衝壓就沒有活動零件燒掉的問題,所以在這部分也能用更高溫燃燒,有更高的效率.
所以現在常見的設計,用渦輪引擎,不管渦噴還渦扇,就是維持在次音速,要超音速巡航,那就是用火箭加速以後用衝壓,用中間半調子的速度,不管從延伸射程還是從迴避敵人攔截來說,都是無意義的半調子作為.
首先呢，用渦噴引擎以比較慢（但是還是超音速）延長射程有沒有用？當然有！已經實用化且能飛行近千公里的衝壓飛彈目前一個都沒有，反倒是這個速度和射程級別的巡航飛彈幾乎無一例外地都是用渦噴引擎當動力，這顯然說明了什麼。
衝壓的壓縮比再高也是和同樣速度高度的情況比，而且還很難彌補高速造成的油耗，而這也導致了以續航條件來看，衝壓不如渦噴的情況。還有啊！Mig25/31的壓縮比很大的一部分是靠進氣道在超音速下達成的，並沒有理由說裝了J85的飛彈做不到。
至於突防問題，我只能說您要把問題想清楚。這個飛彈飛行的最後500公里還是三倍音速以上衝壓推進的，所以這個問題不大。至於您硬要說在500公里以外中國有辦法發現並攔截用1.5馬赫飛行的目標，我只能說這也未免太強人所難了點
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HOTARU
路人甲乙丙
3584 Posts |
Posted - 02/08/2019 : 02:22:38
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quote:
Originally posted by voidmagia
首先呢，用渦噴引擎以比較慢（但是還是超音速）延長射程有沒有用？當然有！已經實用化且能飛行近千公里的衝壓飛彈目前一個都沒有，反倒是這個速度和射程級別的巡航飛彈幾乎無一例外地都是用渦噴引擎當動力，這顯然說明了什麼。
航程破千的巡弋飛彈也無一能超音速巡航,這大俠早說明了.然而這也是基於上世紀科技的事了.
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voidmagia
路人甲乙丙
2181 Posts |
Posted - 02/08/2019 : 05:12:18
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quote:
Originally posted by HOTARU
quote:
Originally posted by voidmagia
首先呢，用渦噴引擎以比較慢（但是還是超音速）延長射程有沒有用？當然有！已經實用化且能飛行近千公里的衝壓飛彈目前一個都沒有，反倒是這個速度和射程級別的巡航飛彈幾乎無一例外地都是用渦噴引擎當動力，這顯然說明了什麼。
航程破千的巡弋飛彈也無一能超音速巡航,這大俠早說明了.然而這也是基於上世紀科技的事了.
嚴格的來說，當年蘇聯的P-700/1000在彈頭減裝或增加油料的情況下是有可能飛到1000公里以上的，沒有這樣設計是因為那樣的射程和飛彈重量對於當年蘇聯在北大西洋不實用。至於科技問題，後來美國實驗的RATTLRS也是渦噴引擎，並不是RAMJET |
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dasha
版主
41804 Posts |
Posted - 02/09/2019 : 11:05:37
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高速用渦噴是另一種設計,針對2Mach客機的Olympus 593是在超過1Mach以後,針對3Mach飛機的美蘇1960年代那幾種引擎,則是在2.4Mach以後,就讓氣流從大概第4級壓縮機附近直接繞到燃燒室,所以SR-71的50壓縮比與XB-70或MiG-25的40壓縮比,主要源自進氣道設計,引擎本身那時與其說提供部分補助,不如說是拿來當發電機用......
要這樣做的原因,在於高溫高壓,當時的引擎材料無法承受,這些高速引擎不只是高速時就讓氣流繞道,低速時的壓縮比也不高,類似設計的還有台灣也有用的法國M53,雖然這只是裝在2.5Mach以下的飛機用,所以不需要搞繞道......
而Alison的J102與RR的YJ102R,是1990年代以後的材料技術,理論上可以承受比較高的運作溫度與壓力,但這個研究案在十幾年前就有討論過,研究團隊不喜歡那種速度高度受限的衝壓引擎,才要選擇調整自由度較大的渦噴,理由並非渦噴在速度與續行力比衝壓好,而是渦噴可以更自由調整飛彈的速度,如果戰術上有甚特殊需求需要這樣調整速度高度,那有意義,否則不好用.
而這些特殊設計的引擎,與我們這些從戰鬥機上退下來的J85,狀況也不同,因為現在這些J85不僅已不是針對飛彈特化的設計,而且使用超過30年,推力應該只有表定數據的70~80%而已,無後燃推力不到1.3噸......
當然要用這引擎去做次音速巡航,那還做得到,但是超音速巡航是另一回事,阻力遠高於次音速狀態,而且與那些強調衝壓效應,把最佳速度調整到0.4~0.5Mach的引擎不同,J85最佳進氣速度已經到穿音速,衝壓效果差很多,想利用衝壓效應增加推力,不如老實選擇次音速巡航,J85雖然沒有比較新的引擎那樣省油,但也不算吃油怪物.
至於如何在J85拋棄後讓雄三進入衝壓狀態,那用助推火箭加速就好了,1.6Mach對Olympus 593是可以轉入衝壓狀態,但對其他引擎可不同.
不要因為長程飛彈只有渦扇/渦噴而衝壓飛彈就只有短程,便誤以為衝壓不能長程,真正問題出在音障與阻力,超音速下來就算你用渦噴,那個飛彈也會大得要死,或者就一樣是短腿傢伙,要小飛彈長射程,最有效的方法就是次音速慢慢飛,推重比0.2就能做到的事情,非要拉到推重比超過0.5去做,燃料箱當然就大,飛彈就小不下來,不然就是飛不遠......
其實有些東西外面沒有說,雄三曾經有空射型縮到與雄二大小重量差不多的案子,但那個射程就是不到一半甚至不到30%......現在加大到這程度,射程還是不如雄二,動力系統壓縮比與溫度都高於渦噴,也就是引擎性能領先幾個世代,有這種結果,那個就是超音速阻力的問題. |
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dasha
版主
41804 Posts |
Posted - 02/09/2019 : 11:40:00
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突然想到,這其實還會有用哪種方式延伸射程的問題.
所謂"哪種方式",指的是把噴射引擎裝在遙控飛機上面,還是加裝在飛彈尾部,前者的整套系統比較大,但是氣動力設計會比較自由,後者受限比較多,但系統比較簡潔,對於飛行距離要求較短的系統,可以接受. |
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voidmagia
路人甲乙丙
2181 Posts |
Posted - 02/09/2019 : 20:12:16
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...那些高速飛機有那麼高的壓縮比，不是單靠進氣道也不是單靠引擎，而是兩者共同作用的結果。更正確的說，它們合併的壓縮比大約是各自壓縮比的乘積。
至於工作速度的問題，對於J85作為「飛彈發動機」而言，只要有合適的進氣道設計，其實那不算大問題 |
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dasha
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41804 Posts |
Posted - 02/10/2019 : 08:34:14
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quote:
Originally posted by voidmagia
...那些高速飛機有那麼高的壓縮比，不是單靠進氣道也不是單靠引擎，而是兩者共同作用的結果。更正確的說，它們合併的壓縮比大約是各自壓縮比的乘積。
至於工作速度的問題，對於J85作為「飛彈發動機」而言，只要有合適的進氣道設計，其實那不算大問題
第一個只適用於針對超音速巡航而設計的發動機,YJ-102R算這類產品,多數戰鬥機引擎因為強調穿音速(1970~1980年代)與1.xMach的使用效率,因此到一定速度以上,為了避免引擎在30秒內燒毀,你必須調低渦輪引擎本身的輸出,實際壓縮比是衝壓進氣與渦輪引擎壓縮機的總和這點沒錯,但渦輪引擎的輸出會被明顯調低,即使是如此,那也撐不到10分鐘.
而那些針對3Mach上下飛行而設計的老發動機,在2.4Mach就讓氣流繞道,可是從現在公佈的飛行手冊上來看,也是3.2~3.6Mach以後就會燒毀,MiG-25還真的表演過機尾與引擎一塌糊塗,SR-71就沒有公佈.
其實J85一開始只是一個玩具,GE的小組研究當時的技術能做出多小的引擎,但企業不是讓你玩的,所以才把這引擎用在B-52的誘餌上,那是次音速的玩意,運動性也只相當於B-52,沒有用上衝壓效應.等到戰鬥機要用的時候,就又改過,雖然加了後燃器讓使用的戰鬥機能夠超音速,並且把結構改強以利高G纏鬥與快速油門變化,這讓現存的J85變得更適合大速度高度範圍與高G的運作,卻也變得更笨重.
這就導到戰術問題,如果你設計的飛彈彈道,需要在必要時進行高G運動,比方要打杭州灣或雷州半島附近港口,甚至就是打三峽大壩,一部分甚至大部份彈道想飛在陸地上空,靠地形與敵方雷達死角回避,而不是飛在那種完全平坦的海面上,那小弟贊成您提出的J85進行1.6Mach巡航構想,因為這時衝壓引擎不適合精密速度高度調整,而且有必要忍受好幾倍於0.8Mach的震波阻力與高G地貌追隨運動,盡可能壓縮敵人反應速度與時間.但是,這又不符合高空巡航的假定......
但假如是一般反艦飛彈那種構想,就是在海平面上飛,那個用渦輪引擎去超音速,一點意義都沒有,要不是從頭到尾都用衝壓以高速叩關,減低敵方反應時間(這是小蔣時期預設的雄三完成版用途),就是在不碰到波阻的低速飛行,因為波阻是其它阻力總和的好幾倍,這意味的就是推力需求與燃料需求跟著好幾倍上去,速度增加雖然縮短時間,但單位距離燃料消耗率還是高出一大截,根本不划算.
最佳運作氣流速度的問題,則在應用衝壓效應方面,讓外界超音速氣流速度減低到進氣道內氣流速度,這個速度差是衝壓的根本,速度差越小則衝壓效果就會越差,至於幾道震波與氣流是否轉彎等,那個是提高回收效率,只會惡化而非強化本來內外速度差不大的問題.J85並不是適合應用衝壓增大推力的設計. |
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voidmagia
路人甲乙丙
2181 Posts |
Posted - 02/11/2019 : 01:27:37
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| J85本來就只是要拿來飛1.x馬赫的，所以一點問題也沒有。至於超音速阻力，當然波阻是主要沒錯，速度越快阻力係數基本上反而越低也沒錯，但是按公式，阻力終究和速度平方成反比。如果飛得快可以省油的話，雄三也不用標榜飛得慢所以射程延長這件事 |
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dasha
版主
41804 Posts |
Posted - 02/11/2019 : 07:45:19
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quote:
Originally posted by voidmagia
J85本來就只是要拿來飛1.x馬赫的，所以一點問題也沒有。至於超音速阻力，當然波阻是主要沒錯，速度越快阻力係數基本上反而越低也沒錯，但是按公式，阻力終究和速度平方成反比。
波阻強弱要看氣動力設計,但翼面以外部分的峰值在1Mach前後,翼面則要看後掠角決定,這會造成的是飛行體阻力在1~2Mach之間通常會像雙峰駱駝,剛過1Mach有個峰值,接近2Mach的峰值會高於略過於1Mach那個峰值還是低於那個峰值,雖然說也是要看設計,但這邊的意味,就是要突破音障,並不容易,而能衝破音障,有人機往往要靠一些花招,比方在0.9Mach左右淺俯衝加上後燃器,然後就能很順利的加速到接近下一個阻力峰值為止.
而不管怎樣,突破這個阻力需要的耗油,與增程的需求矛盾,除非有特殊戰術要求,像小弟前面提過的利用地形進行貼地(未必低空,因為有些山地高度超過3000m)高速飛行,否則1.6Mach這種速度,飛行同樣距離的耗時約兩倍於3Mach,耗油也是數倍於0.8Mach,沒甚意義.
更重要的,你要用的不是針對這個案子去特別設計的發動機,而是使用壽命垂盡的J85,不只是引擎的推力降為表定的70~80%,拆掉後燃器以後還不能說是針對超音速應用的發動機......
不過仔細想想,一開始講的"全程用3Mach巡航更省燃料"這說法要收回,飛彈的衝壓引擎基本上就是一個大空筒,所以助推火箭燃料可以塞在這個大空筒內,不像渦輪引擎飛彈的助推火箭及燃料部分要另外找地方裝,與引擎的進排氣系統不能重疊,這讓純衝壓引擎飛彈有更多燃料儲存空間,但燃料總消耗量不一定比較低.
附帶一提,其實雄三要增程,基本該吹該算的資料在小蔣到老李總統之間都算過了,射程限制在2000公里以內,飛彈該多大都知道,反倒換引擎要改設計,以前沒有算過,研發更耗時...... |
Edited by - dasha on 02/11/2019 08:08:47 |
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Reinherd Von Hwang提督
我是老鳥
USA
9567 Posts |
Posted - 02/11/2019 : 11:17:29
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Originally posted by dasha
其實雄三能獲得高層支持,是當成射程2000km速度4Mach巡弋飛彈的原型測試彈在發展,雖然4Mach的飛行效率不見得比3Mach優良,但不管打擊地面目標還是長時間(約2000秒)飛行,我們都有相關技術,問題只剩反艦搜索.
反艦搜索其實也有一些方法可以用,你真的讓飛彈在大海上任意搜索目標,那個確實很難,但假如目標設定在幾個軍港,那問題就會縮小到如何成功飛到那些軍港中,因為軍港內就算不是全屬軍艦,軍艦密度也會高很多,很多意義上很好找目標與很好打,特別是在確定戰爭要開始的時候,軍港內充當軍用的船隻會特別多,然後不是船而是其他物資堆棧,打下去常常比打船更有意義.然後港區範圍不一定大,不見得需要甚大型雷達,現有反艦飛彈雷達修改軟體參數,比方偵測距離30km然後搜索角拉大到左右各60度就好.
秦皇島與葫蘆島離台灣最北端的緯度就差15度,每個緯度距離是60海浬,加上經度還有些差距,2000km射程用來對付這些港口,差不多剛好.
小弟我有個疑問想問大俠前輩, 因為這幾年美國和歐洲開始流行
"射後, 飛彈自主飛到目標區, 然後用紅外線成像頭把目標區資訊傳回發射者
然後發射者用資料練來選擇目標讓飛彈打擊"
當然這種設計的問題就是時間, 因為飛彈如果飛行速度過快其實從導引頭看到到發射方選擇目標可能中間的時間差也沒多少
所以以你的論述中, 似乎是飛彈隨機找目標對嗎?
還是也是類似我剛剛講的資料鍊傳回重新找目標?
因為我覺得飛到港區不是問題, 但是尋找港區高價值目標打擊會是問題.
除非打的是固定目標, 例如維修廠, 倉庫, 油槽, 雷達站一類的
另外您這樣一說我仔細想想後覺得, 機場相對於軍港/艦隊來說好打很多
因為機場除了飛機以外什麼東西都是固定的,
例如跑道, 塔台, 氣象雷達, 燃料庫, 維修廠棚等等
並且飛機沒有這些就不能夠起飛升空或是降落.
但是軍艦可以出港幾個月所以可以獨立於這些固定設施運作. 所以用來打機場可能還比打軍港簡單的多 |
Edited by - Reinherd Von Hwang提督 on 02/11/2019 11:19:45 |
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dasha
版主
41804 Posts |
Posted - 02/11/2019 : 12:49:20
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SLAM開始那種影像回傳的設計,優點是適合打擊多種目標,畢竟目標價值是由人類認定的,無人平坦建地與機場的信號很像,人類看來價值差距很大.缺點就是當你沒辦法傳資料就不能用......
蘇聯更早期也是有這種設計,那個就是要用高次音速飛到六萬到八萬呎高度(蘇聯那些3Mach飛彈大部分也是次音速巡航,俯衝才開始利用重力加衝壓去衝到3Mach),從幾十公里外就確認目標雷達影像,因為又高又遠,所以比較能從遠端遙控,主要陸上目標之一就是機場.
而這些飛彈的300海浬有效射程,其實也都不是最大飛行距離,只是有效控制距離而已,那堆飛彈真要飛都可以飛得更遠,但假如在連線斷絕前沒有發現確定目標,就誰都不知道會怎麼樣,你不知道他是不是會打到想對付的CVBG,也不知道是會打到機場還是名符其實的種田去了......
但是打港口是另一回事,尤其是某些有大量燃料槽與煉油廠的港口,可以說飛到那邊一定有東西可以瞄,對方就算丟干擾絲也無濟於事.第三次印巴戰爭中,印度發射的冥河,那是只能鎖定訊號最強玩意的目標,就是打煉油廠,早期資料都認為是誤打誤撞,但近年來印度輾轉傳出的資料,好像是故意的......
如果是同樣面積的大型機場與中型港口,船隻停泊得多的時候,港口的紅外線與雷達信號會明顯比機場要強,不要說別的,船隻雷達與煙囪都有很強信號,而且是一大堆傢伙在,你機場只有少數幾棟建築會有類似信號......
不過機場的高價值目標很容易有比較強的信號,港口最大的弱點,若干出入口,信號很不明顯,這種出入口大概一枚插在那的飛彈,就能讓整個港口停止運作半天以上,比炸機場跑道還要有效...... |
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voidmagia
路人甲乙丙
2181 Posts |
Posted - 02/11/2019 : 18:35:23
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quote:
Originally posted by dasha
quote:
Originally posted by voidmagia
J85本來就只是要拿來飛1.x馬赫的，所以一點問題也沒有。至於超音速阻力，當然波阻是主要沒錯，速度越快阻力係數基本上反而越低也沒錯，但是按公式，阻力終究和速度平方成反比。
波阻強弱要看氣動力設計,但翼面以外部分的峰值在1Mach前後,翼面則要看後掠角決定,這會造成的是飛行體阻力在1~2Mach之間通常會像雙峰駱駝,剛過1Mach有個峰值,接近2Mach的峰值會高於略過於1Mach那個峰值還是低於那個峰值,雖然說也是要看設計,但這邊的意味,就是要突破音障,並不容易,而能衝破音障,有人機往往要靠一些花招,比方在0.9Mach左右淺俯衝加上後燃器,然後就能很順利的加速到接近下一個阻力峰值為止.
而不管怎樣,突破這個阻力需要的耗油,與增程的需求矛盾,除非有特殊戰術要求,像小弟前面提過的利用地形進行貼地(未必低空,因為有些山地高度超過3000m)高速飛行,否則1.6Mach這種速度,飛行同樣距離的耗時約兩倍於3Mach,耗油也是數倍於0.8Mach,沒甚意義.
更重要的,你要用的不是針對這個案子去特別設計的發動機,而是使用壽命垂盡的J85,不只是引擎的推力降為表定的70~80%,拆掉後燃器以後還不能說是針對超音速應用的發動機......
不過仔細想想,一開始講的"全程用3Mach巡航更省燃料"這說法要收回,飛彈的衝壓引擎基本上就是一個大空筒,所以助推火箭燃料可以塞在這個大空筒內,不像渦輪引擎飛彈的助推火箭及燃料部分要另外找地方裝,與引擎的進排氣系統不能重疊,這讓純衝壓引擎飛彈有更多燃料儲存空間,但燃料總消耗量不一定比較低.
附帶一提,其實雄三要增程,基本該吹該算的資料在小蔣到老李總統之間都算過了,射程限制在2000公里以內,飛彈該多大都知道,反倒換引擎要改設計,以前沒有算過,研發更耗時......
如果你覺得1-2M之間會有一個阻力係數比較低的速度（假設這是正確的），那不是正好反證1.x （x>5）馬赫，相對於超過兩馬赫，是比較經濟的巡航速度？
至於三倍音速飛行會不會反而比較省油？這個問題其實是在問三倍音速時的阻力係數是不是低於1.5倍音速時的二分之一，但是實際上並不會
J85是快報廢沒錯，但是經過檢修後，它也只要再工作一次。用更高的燃燒溫度和渦輪轉速達到更高的燃油效率和速度是可能的。用J85的好處之一是你不用重新設計一個更大的彈體。不然如果增程雄三（假設它的大小和3M80差不多）要打到1400公里，那就要如傳說中加掛多具大型助推火箭推到高空去，請問這種東西要怎麼車載？用更大的車嗎？
我的方案很簡單：四噸左右的重量可以打到1400公里，原雄三發射車可用，甚至可以和增程雄三共用發射器。這才是簡單的方案 |
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dasha
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Posted - 02/13/2019 : 09:38:46
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最經濟的巡航速度,還是高次音速,因為那時波阻才剛要出現,一旦超音速,你就必須面對形阻/摩擦/衍生之外,追加波阻帶來的問題,而且這個追加的阻力比其他幾個總和要大幾倍,1.xMach的低阻力區,是那種阻力只有0.6Mach的3~4倍,不像1Mach與2Mach是0.6Mach的10倍那種相對低阻力,絕對阻力還是比次音速時高幾倍.
然後低阻力區的速度是多少,就飛機來說主要是看你的主翼後掠角,因為飛機的翼面積大,對阻力影響也大,要讓低阻力區在1.5Mach以上,主翼後掠角要大於45度甚至是53度;飛彈的彈翼小,影響會有,相對小一些,比較不好判斷.
不然就是像玩彈道飛彈那些人的說法,大氣層外沒有空氣阻力問題.
然後既然要大氣層內超音速了,直接飆到可以把波阻變成升力與推力的更高速環境,就是1960年代以來美蘇雙方飛彈研發單位的選擇,與比較早研發的那堆飛彈不同,這時代透過一堆研究,已經比較能掌握2~5Mach環境的氣動力,你與其在飛彈內加裝個很重也要不少錢的渦輪引擎,不如就用個空筒,這可以大幅降低整個飛彈的重量,同時也就降低飛行過程的耗油.
所以小弟一開始說直覺3Mach還比較省油,就是因為你這玩意在助推火箭燃料燒完後,會比裝渦輪引擎的傢伙至少減重引擎那幾百公斤,對於沒有彈頭與只有少量儀器的測試載具,這等於重量剩下不到一半,甚至沒幾成,就算阻力系數相同,升力衍生阻力可以直接對半砍......後來會收回這說法是考慮到彈頭重量不低,只要彈頭大一點,引擎的重量影響不至於大到讓總體阻力降到幾分之一的水準.
而只要高速的話,其實要飛高空相對容易,主翼面比較大就可以,這不是會離開大氣層的彈道飛彈那種只能靠燃料去衝高的傢伙,大氣中飛行的阻力問題惱人,優點就是升力奇大無比,配合衝壓用震波升力會更有效,不過那是另外設計新飛彈了.
而且現在渦輪引擎的最大壓縮比,多數還是出現在相對低速區,也就是次音速區,只有那少數幾種針對高速設計的例外,而那幾種例外你去看他們的地面測試零速度時的壓縮比,都很慘,因為這樣才能讓他們維持在高速狀態下運作而不會馬上燒掉,或者是燒掉也是在能控制的狀況下燒掉.
J85的壓縮比現在看來雖然不高,但他還不是那種針對2Mach以上飛行的設計,那個低壓縮比只是因為針對戰鬥機高G與高亂流狀況下,以當時科技而言不得已的妥協,不像他親戚J93(XB-70用)那樣針對高速去調整,超過音速以後,要不是選擇減低壓縮效率,要不就是準備1分鐘內燒掉,或者是轉太快爆掉,而900km距離以1.6Mach飛行,耗時大概略低於30分鐘......只用一次的前提至少是要撐得完任務距離,撐不到就不能想太多.
而且因為J85是現有的引擎,不是全新設計的引擎,那個要像火箭燃料一樣去塞到雄三的衝壓引擎部分內,也不切實際,因為衝壓引擎部分並沒有針對J85最佳化,你一定是架在上面或後面,要不是變成一架用J85的遙控飛機下面掛個雄三,就是遠比其他火箭推進方式更大的渦輪引擎助推器接在後面,不管哪個,你都不可能從現在的車輛上發射,用遙控飛機的方式或許可以從直升機甲板上起飛就是...... |
Edited by - dasha on 02/13/2019 09:42:55 |
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voidmagia
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Posted - 02/13/2019 : 13:25:44
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J85不會有燒掉的問題，因為進氣道針對超音速最佳化設計就行了，哪來燒掉的問題？燒掉的原因是什麼？
就算是裝在F5上的J85，也不會超音速一分鐘燒掉，你的一分鐘燒掉的根據在哪？
至於大小的問題，如果此一渦噴增程型大小和3M80相當，那麼的確能夠裝到雄三發射車上（雄三發射車的拖車比雄三長上許多，一般認為是為了增程型預留的空間，而渦噴增程型和增程型預計是大小相當、可共用發射器）。而這麼大的的尺寸，的確是可以容納一枚雄三（原型）後面接著J85推進段的 |
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dasha
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Posted - 02/13/2019 : 15:06:09
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quote:
Originally posted by voidmagia
J85不會有燒掉的問題，因為進氣道針對超音速最佳化設計就行了，哪來燒掉的問題？燒掉的原因是什麼？
就算是裝在F5上的J85，也不會超音速一分鐘燒掉，你的一分鐘燒掉的根據在哪？
所謂"超音速最佳化"只是一個概念詞,實際上是必須要針對外界氣流速度與引擎正面最佳運作速度去調整,所以這不只是每個引擎不同,甚至同型號不同次型的引擎,如果進氣量修改超過一定程度,都必須要去針對性設計.
而現在雄三的進氣道,是針對他現有的衝壓引擎最佳化,並不是針對J85最佳化,而且很明顯的,因為雄三設定的飛行速度之故,沒有針對1.6Mach或以下的速度最佳化,並不合用,除非你飛彈與引擎都重新設計,直接用現在搞的增程型,研發還會比較快.
至於引擎燒掉的問題,那個也是與引擎最佳化的速度範圍有關,最佳運作速度可以噴最適量的油達到最高運作效率與推力,超過那個速度的話,讓外界超音速氣流進入引擎正面以次音速進行壓縮,溫度壓力會進一步提高,這時你要不是減少噴油與減低壓縮機的壓縮效率,讓引擎的運作效率降低,不然就是照樣噴油導致引擎溫度過高或轉速過高,燒掉又或離心力讓葉片叛逃......
超音速飛機引擎用後燃器,那個不只是提供衝破音障那個高阻力區需要的臨門一腳,還有當引擎會過熱時,可以減低油門,減低渦輪引擎段產生的推力,同時留下更大量氧氣,讓後燃器擔負更高比例的推力,但是無後燃器的話,超音速以後你就沒有這樣調整的辦法,那要不是速度因為推力到頂甚至下降而不能再上去,就是過度高溫.
一般手冊只會提供操作安全範圍,包括可以長時間運作的範圍,以及只能使用幾分鐘就該強制冷卻的範圍,不會告訴你明顯超過設計範圍時繼續讓轉速提高或噴油會怎樣,比較新的引擎數位控制系統會阻止你加油,但J85這種老引擎,你不要命可以再催油門,然後......
不要以為進氣道只是一根管子,像USB這樣可以亂插,那裏面也是一堆魔鬼,像三孔插座要去插USB孔...... |
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閒遊之人
我是老鳥
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Posted - 02/13/2019 : 20:31:17
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直接拉高高度也是一個辦法
越高空氣越稀薄
同樣速度阻力越小 |
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voidmagia
路人甲乙丙
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Posted - 02/14/2019 : 13:21:46
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不需要和雄三原本的衝壓段共用進氣道（這不是很明顯嗎？），本來就是另外進氣道了
另外，我大概知道你的問題了。你覺得超音速下會有對發動機過高的壓力和溫度，問題是，你的引擎在不用考慮次音速下運作的情況下，沒事進那麼多氣讓引擎超過負荷幹嘛？從次音速加速到突破超音速那是助推器的事，進氣道不用考慮次音速運作的問題。再怎麼增壓也不會去設計一個連讓引擎運作30分鐘都不能的設計。認定次音速才行、超音速就一定會燒掉，這種想法本身就沒思考所有可能性。 |
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dasha
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Posted - 02/15/2019 : 07:56:11
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引擎的進氣道是個很麻煩的東西,尤其要超音速飛行時,整個飛行體的設計就是繞著主翼與進氣道需求去設計,如果你的構想是做個用J85當動力的遙控飛機,下面掛雄三,這個很明顯會變得非常大,會是英國小戰鬥機Gnat這種大小,這不要說是現在的發射箱,連火車都要拆裝了才能載......2000km射程的雄三還比較省空間.
而只是要加裝在現有飛彈後面,你也不可能學次音速飛彈如魚叉那樣用轉折很大的NACA進氣道,必須是距離比較長而轉折比較平順的進氣道,不然先不說進氣道阻力,引擎能不能點火都是問題......這個也不要想壓在靠卡車發射的範圍內,甚至長度上會比上面那個Gnat還要長,雖然寬度會比較小......
第三種就是類似AGM-28或Tu-22那種掛在飛彈上方或下方的外掛囊,把引擎變成放大的助推火箭,這個會是各種設計中最短,但是也最胖的設計,而且以J85的推力,不足以應付阻力,遙控飛機那種設計可以提高升阻比與減低阻力,反而比較有可能飛得更快.
另外,現在的噴射引擎,設計時沒有考慮超音速巡航的設計(也就是J58或F119這種一開始就考慮超音速巡航的設計通通被排除),不要說沒有一種能撐到超音速飛行30分鐘,甚至能連續超過15分鐘都不多,一般都是要飛行員把飛機飆到衝破音障後,就收油門冷卻引擎,同時淺俯衝維持速度,到一定程度再開大油門或後燃器.而J85屬於沒有考慮超音速巡航的設計.
這問題在於阻力原則上會隨速度增高而增高,引擎推力要克服阻力,同樣也要跟著增高,對於用油燃燒的渦輪引擎,增高推力的方式,就是處理更多氣流,以及讓排氣溫度變得更高,這就不能避免壓力與溫度的增高,到最後超過負荷.而沒有針對超音速巡航需求設計的引擎,會超過負荷的點,通常在音障附近,因此超過這速度,那就是引擎過熱開始倒數還能撐的時間.
這問題對於壽限將屆的引擎更嚴重,小弟手邊剛好有兩本1960年代引擎的書,裡面提到一個關鍵,引擎停機時溫度與外界環境差不多,但運作時燃燒室出口渦輪前端最高溫可以到攝氏1000度(當時水準),會有很明顯的材料熱漲冷縮問題,可轉動的渦輪如果不能保持緊貼引擎內壁,就會有大量氣流漏掉,明顯減低效率,但貼太緊又會卡住影響轉動,那怎樣解決?當時就是把渦輪邊緣做得像刀一樣,當卡緊引擎內壁時,就把內壁削掉一小片,以便維持轉動......不要問小弟到使用壽限的引擎內壁會被削得多脆弱,國軍過去飛那些飛行棺材就是這樣可憐......
當然,真要撐下去還是可以,到壽命末期的引擎,飛行員要有自覺,油門不要放太大,盡量維持渦輪不要高溫到會去削內壁,然後祈禱上天保佑祖上積德......所以壽命末期的引擎,正常狀況額定輸出就是只剩75%,要增加輸出?技術上可行,但隨時會發生引擎被削穿爆炸事件,而且很快,最大油門後一分鐘內就會了......
所以小弟講過幾次,新設計引擎是一回事,你用操很多年的J85是另一回事,那個引擎內部真的會是名符其實的千瘡百孔......
飛機進氣道隨速度要縮小的原因,並非高速需要的氣體量變小,而是高速時每秒鐘衝入進氣道的氣流總量變多,所以才要縮小引擎進氣道喉道面積.而進氣道要調整進氣量,也要調整氣流到引擎正面的速度,在超音速飛行時把氣流減速到次音速,多餘的能量只有兩種方式解決,讓氣體增壓與增溫,這也是想要1.6Mach飛行時不能避免的問題,設定在高次音速就都沒有問題.
不要用"可能性"這個詞,把"不可能"納入其中,如果你能描述技術細節那還可以討論,沒有描述技術細節就只是胡扯.
其實另外有一點,這對2019年的現在意義不見得很大,但擎天載具研發的1970~1980年代還有意義,也是為何當初要設定4~5Mach巡航2000km的原因,就順帶提一下.
對空飛彈的彈道,脫離指揮或慣性導向進入尋標器(終端)導向階段,那個彈道就是S型,不管主動被動雷達乘波,還是紅外線,原因是飛彈會根據收到信號的測定角度去轉向,然後下一次再轉向新測得的方向,逐步逼近目標,但是測向都會有誤差,尤其是針對會高G轉向的飛機,不可能保證兩次測向之間敵機相對方位都一樣,你可以期待運氣好剛好撞上,但也要為運氣不好敵機剛好轉開讓飛彈無法撞上做準備,所以彈頭殺傷範圍與引信都要因此調整,確保一定速度範圍內的目標,即使出現誤差,還是能在彈頭震波與破片的殺傷範圍內.
所以,1940~1950年代研發(佈署通常晚10年)的飛彈,會有最大有效攔截目標速度的資料,或者是1Mach以下,或者是2.4Mach,或者是3Mach,超過這速度的目標,抱歉,就算目標直衝向我,不用追擊,彈頭破片還是會來不及破壞目標.1960年代起這類數據屬於機密,就比較少單位會公布資料,要到愛國者攔截彈道飛彈之後,才又有單位開始提這些東西,但那時速度上限就拉大到10Mach甚至更高速了.
SA-2(S75)的有效攔截速度上限,早期型號是2.4Mach,晚期型號與老共HQ-2提高到3Mach,超過這速度,看得到打不到,SR-71不怕這些傢伙,衝壓飛彈也可以不怕這些傢伙.
現在S300/400有效攔截速度高出很多,但佈署數量有限,3Mach飛彈還想靠速度去迴避,方法就是鑽那些沒有S300/400這類新系統的地方,但那些老系統要攔截1.6Mach的飛彈,即使高度6萬呎,還是不難...... |
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雄三渦噴增程型
