從這篇文章我們可以學(xué)到些機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)

冷水黃金

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4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)殼體
按照印度媒體的報(bào)道，烈火3一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥約30噸，二級(jí)裝藥約9噸，殼體材料是馬氏體時(shí)效鋼。馬氏體時(shí)效鋼是一種高合金超高強(qiáng)度鋼，常被選作制造固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的材料。超高強(qiáng)度鋼是最早采用的一種固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體材料，與復(fù)合材料相比，其屈服強(qiáng)度/質(zhì)量比不高，但成本較低，加工簡(jiǎn)單，因此仍被廣泛用作下面級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體。據(jù)報(bào)道，位于海德拉巴的印度國(guó)有Midhani鋼鐵公司可以生產(chǎn)屈服強(qiáng)度250psi級(jí)(1720 Mpa)的馬氏體時(shí)效鋼，已用于印度PSLV運(yùn)載火箭火箭的一級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體。由于馬氏體時(shí)效鋼中含有較多（8~9%）的貴金屬鈷，成本較高，我國(guó)一般不采用這種材料，自行研制了性能相當(dāng)而成本較低的低合金406鋼（用于JL-1/DF-21）、D406A鋼（用于DF-31系列）。而在上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)中，我國(guó)的型號(hào)已經(jīng)普遍采用了復(fù)合材料殼體，如玻璃鋼、芳綸纖維、碳纖維，殼體材料也基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。由于烈火3采用了金屬材料殼體，其發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量比較低，這是造成其裝藥/起飛質(zhì)量比（~39/50=0.78）低的主要原因。作為比較，我國(guó)40年前研制的DF-3導(dǎo)彈的裝藥/起飛質(zhì)量比就已經(jīng)達(dá)到了0.914。參照采用金屬材料殼體的PSLV運(yùn)載火箭火箭一級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)，烈火3的兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量比可能只有0.82~0.83，遠(yuǎn)低于我國(guó)的金屬材料殼體發(fā)動(dòng)機(jī)（如DF-31一級(jí)質(zhì)量比達(dá)到0.88）。PSLV運(yùn)載火箭的三級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)采用Kevlar-49殼體材料，裝藥7.58 t，質(zhì)量比為0.866。而我國(guó)采用復(fù)合材料殼體的發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量比要高得多，如90年代初研制的長(zhǎng)征二號(hào)E遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)EPKM采用玻璃鋼殼體，裝藥5.4 t，質(zhì)量比為0.907；DF-21A二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)采用玻璃鋼殼體，裝藥3.7 t，質(zhì)量比為0.893；DF-31A二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)采用F-12芳綸纖維殼體，裝藥約8 t，質(zhì)量比為0.904。何況印度本國(guó)無(wú)法生產(chǎn)Kevlar-49纖維，所需材料完全依賴進(jìn)口，這可能是烈火3二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)不得不仍然采用金屬材料殼體的原因。而我國(guó)的宇航級(jí)高強(qiáng)度芳綸纖維和碳纖維都已經(jīng)形成小批量生產(chǎn)能力，可基本滿足國(guó)內(nèi)型號(hào)需求，正逐步擴(kuò)大生產(chǎn)能力并提高性能。
4.2 推進(jìn)劑性能
烈火3應(yīng)該與PSLV運(yùn)載火箭、GSLV火箭助推器一樣采用HTPB中能推進(jìn)劑，一級(jí)海平面比沖為229~237，比我國(guó)和美、俄等國(guó)類似尺寸的HTPB下面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)比沖都要低（243~255），更不要說(shuō)和NEPE和HTPB+HMX這些高能推進(jìn)劑相比了。推進(jìn)劑實(shí)測(cè)比沖不僅與其理論比沖有關(guān)，還與燃燒室壓強(qiáng)和噴管設(shè)計(jì)有關(guān)。一般而言，燃燒室壓強(qiáng)越大，實(shí)際比沖越高。可見，印度的固體發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓強(qiáng)較低，這同樣說(shuō)明了其較低的殼體材料性能和加工水平。
4.3 發(fā)動(dòng)機(jī)推力
發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓強(qiáng)低還會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的推力低。發(fā)動(dòng)機(jī)推力大，則加速較快，主動(dòng)段時(shí)間減小，重力速度損失減小。盡管由于低空時(shí)加速變快，氣動(dòng)阻力造成的速度損失增加，但對(duì)于中程導(dǎo)彈和洲際導(dǎo)彈，重力速度損失遠(yuǎn)大于氣動(dòng)阻力速度損失，因此總是追求更大的發(fā)動(dòng)機(jī)推力和起飛推重比。此外，主動(dòng)段時(shí)間減小還對(duì)突防有利。但是發(fā)動(dòng)機(jī)推力也不能隨意增大，除了受到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓強(qiáng)和推進(jìn)劑燃速的限制外，還對(duì)整個(gè)導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)推力增加，一方面導(dǎo)彈的軸向過(guò)載增大，另一方面主動(dòng)段工作時(shí)間減小，彈道轉(zhuǎn)彎速率加大，導(dǎo)彈攻角及橫向過(guò)載增大，因此與軸向過(guò)載和橫向過(guò)載有關(guān)的結(jié)構(gòu)都需要加強(qiáng)，在材料性能給定的條件下有可能需要增加結(jié)構(gòu)重量。總之，只有殼體和結(jié)構(gòu)材料性能高、加工工藝好、載荷設(shè)計(jì)合理，才能實(shí)現(xiàn)較大的發(fā)動(dòng)機(jī)推力。
美蘇等國(guó)導(dǎo)彈的推重比大致為（P0x為x級(jí)開始工作時(shí)的推重比）：
單級(jí)液體導(dǎo)彈：P0=1.67~1.82；
兩級(jí)液體導(dǎo)彈：P01=1.33~1.82，P02=1.11~1.43；
兩級(jí)固體導(dǎo)彈：P01=2~2.5，P02=3.3~5；
三級(jí)固體導(dǎo)彈：P01=2~2.5，P02=3.3~5，P03=6.6~5。
我國(guó)的導(dǎo)彈型號(hào)也基本在這個(gè)范圍，而法國(guó)研制中的新型潛地洲際導(dǎo)彈M51的起飛推重比更是達(dá)到了驚人的3.2（180 t/56 t）。
筆者在網(wǎng)上找到了一段DRDO發(fā)布的烈火3第四次試射的錄像（http://www.youtube.com/watch?v=WqkmDUOiFCs
）。從導(dǎo)彈起飛段推算，烈火3的起飛加速度約為0.4~0.5 g，即起飛推重比只有約1.4~1.5，30噸裝藥的一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)海平面推力還不到75噸，明顯偏低。而根據(jù)公開報(bào)道，我國(guó)研制中的35噸裝藥運(yùn)載火箭固體助推器推力可達(dá)120噸，軍用發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)的推重比還要更高。這也再次說(shuō)明了印度的固體發(fā)動(dòng)機(jī)性能明顯低于我國(guó)。
4.4 發(fā)動(dòng)機(jī)其他性能
當(dāng)給定燃燒室壓力和推進(jìn)劑燃速時(shí)，固體發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)參數(shù)（推力、直徑、長(zhǎng)細(xì)比、推重比）相互制約，以速度增量為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)時(shí)，可以確定各級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)最佳裝藥長(zhǎng)細(xì)比：g1=4~5, g2=2.5~3.5, g3=1.5~2.5。因此，陸基多級(jí)固體導(dǎo)彈的上面級(jí)常比下面級(jí)直徑小。烈火3導(dǎo)彈的二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)細(xì)比只有1.55，明顯不合理，這也影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。根據(jù)印度媒體的報(bào)道，烈火3的兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了柔性擺動(dòng)噴管。我國(guó)的DF-31導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)首次采用了柔性擺動(dòng)噴管，而更先進(jìn)的JL-2導(dǎo)彈的三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)采用了可拋式雙級(jí)延伸噴管，比烈火3的水平高得多。
按照印度媒體的說(shuō)法，ISRO是純民用的，因此DRDO有自己獨(dú)立的固體發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線。軍民結(jié)合是各國(guó)（包括我國(guó)）固體發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的普遍規(guī)律，但印度似乎是個(gè)例外：民用的發(fā)動(dòng)機(jī)水平不高，軍用的居然性能更低。不知道這是由于部門利益的阻礙，還是出于“愛(ài)好和平”的目的。
順便指出，按照印度媒體的報(bào)道，烈火5只比烈火3重1噸，這實(shí)際上違反了導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的基本常識(shí)。根據(jù)固體導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的一般規(guī)律（有興趣的網(wǎng)友可以去參考相關(guān)專業(yè)教科書），多級(jí)導(dǎo)彈的各級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作質(zhì)量比（本級(jí)燃盡時(shí)和開始工作時(shí)的質(zhì)量比）基本相同。對(duì)于烈火3和烈火5，這一數(shù)值大約是20/50=0.4（一級(jí)數(shù)據(jù)）。按照筆者的估算，烈火5應(yīng)該比烈火3重大約3噸。不過(guò)考慮到烈火5可能會(huì)對(duì)下面兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行減重（采用復(fù)合材料殼體等），因此在上表中我們暫時(shí)采用51噸的數(shù)據(jù)。
5，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
烈火3采用了級(jí)間熱分離方式，即上面級(jí)先點(diǎn)火，當(dāng)推力達(dá)到一定大小后再與下面級(jí)分離。級(jí)間段設(shè)計(jì)成長(zhǎng)1.1米的桿系結(jié)構(gòu)，便于分離時(shí)燃?xì)馀懦觯�采用爆炸螺栓分離。熱分離方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)、加工，但對(duì)上面級(jí)的燃料有一定損失，常用于早期的多級(jí)導(dǎo)彈。
在導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)彈性振動(dòng)也必須保持穩(wěn)定，即導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中由于外力干擾出現(xiàn)彈性振動(dòng)時(shí)能迅速地被抑制，不致愈振愈烈，造成彈體結(jié)構(gòu)的破壞。為保持彈性振動(dòng)的穩(wěn)定，從姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來(lái)看，希望彈性振動(dòng)頻率高一些，離導(dǎo)彈飛行姿態(tài)變化的正常工作頻率遠(yuǎn)一些。而彈體彈性振動(dòng)頻率主要與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，構(gòu)件在受一定外力條件下變形量愈小其剛度愈大，結(jié)構(gòu)剛度愈大振動(dòng)頻率也愈高。構(gòu)件剛度的大小與構(gòu)件材料剛度性能、構(gòu)件的形式、構(gòu)件所用材料多少有關(guān)，級(jí)間分離機(jī)構(gòu)采用爆炸螺栓的整體結(jié)構(gòu)的剛度要比采用爆炸索的結(jié)構(gòu)剛度低。這是桿系結(jié)構(gòu)級(jí)間段的固有缺點(diǎn)，因此先進(jìn)的固體導(dǎo)彈級(jí)間段一般都采用半硬殼式結(jié)構(gòu)，爆炸索分離。
6，制導(dǎo)與命中精度
烈火3采用環(huán)形激光陀螺捷聯(lián)式慣導(dǎo)。據(jù)印度媒體報(bào)道，其第四次飛行試驗(yàn)中首次使用了自行研制的環(huán)形激光陀螺（此報(bào)道的真實(shí)性同樣值得懷疑），而之前的三次試驗(yàn)使用的陀螺是從美國(guó)Northrop-Grumman公司和Honeywell公司購(gòu)買的。筆者不禁感慨，連中程導(dǎo)彈用的高精度慣導(dǎo)設(shè)備印度都能買到，美國(guó)人的所謂反擴(kuò)散措施豈不是形同虛設(shè)？要知道，根據(jù)我國(guó)《導(dǎo)彈及相關(guān)物項(xiàng)和技術(shù)出口管制清單》，額定漂移率小于0.5度/小時(shí)的陀螺儀和比例誤差小于0.25%的加速度表就屬于出口受管制的物品。而印度的國(guó)產(chǎn)慣導(dǎo)水平是相當(dāng)?shù)偷模�正因�(yàn)闊o(wú)法生產(chǎn)高精度的傳統(tǒng)機(jī)械平臺(tái)式慣導(dǎo)，才改用捷聯(lián)式慣導(dǎo)。如果印度國(guó)產(chǎn)的慣導(dǎo)設(shè)備不堪用，一旦美國(guó)停止向印度出口這些實(shí)質(zhì)上的違禁品，“烈火”豈不就成了燒火棍？而我國(guó)的所有戰(zhàn)略導(dǎo)彈上使用的慣導(dǎo)設(shè)備都全部是國(guó)產(chǎn)的，盡管精度比美國(guó)的頂級(jí)產(chǎn)品要差一些，但完全獨(dú)立自主、可靠實(shí)用，不會(huì)受制于人。慣導(dǎo)設(shè)備這樣的高精尖硬件，體現(xiàn)的是全面的基礎(chǔ)工業(yè)能力（設(shè)計(jì)、材料、加工、檢測(cè)等等），是不能投機(jī)取巧的。
烈火3的命中精度是印度專家津津樂(lè)道的一個(gè)指標(biāo)，根據(jù)他們的“感覺(jué)”，烈火3的精度要高于中國(guó)DF-21和DF-25。不過(guò)他們同時(shí)拒絕披露烈火3命中精度的數(shù)值。印度專家們顯然沒(méi)有注意去年我國(guó)的國(guó)慶閱兵中已經(jīng)公開所謂DF-25其實(shí)是DF-21C。對(duì)于執(zhí)行核打擊任務(wù)的DF-21和DF-21A來(lái)說(shuō)，由于其彈頭是幾十萬(wàn)噸當(dāng)量，以1 km左右的CEP打擊城市一類的面目標(biāo)已經(jīng)是綽綽有余，再加以提高并沒(méi)有實(shí)用價(jià)值，且與美蘇法等國(guó)的類似型號(hào)相當(dāng)。而對(duì)于執(zhí)行常規(guī)打擊任務(wù)的DF-21C，采用了全程制導(dǎo)（慣導(dǎo)+星光定位+雷達(dá)圖像匹配末制導(dǎo)），命中精度已達(dá)到CEP<50m，與美國(guó)的Pershing II相當(dāng)。至于烈火3的精度，由于印度官方?jīng)]有公開數(shù)據(jù)，我們只能加以推測(cè)。據(jù)印度媒體報(bào)道，其關(guān)機(jī)速度誤差為0.1 m/s量級(jí)。假設(shè)這個(gè)數(shù)據(jù)是真實(shí)的，在3000 km射程上對(duì)應(yīng)的縱向偏差約為150 m。但是，我們不知道這個(gè)關(guān)機(jī)速度誤差是遙外測(cè)數(shù)據(jù)差的實(shí)測(cè)值，還是設(shè)計(jì)指標(biāo)值。一般來(lái)說(shuō)，外測(cè)設(shè)備的測(cè)量誤差應(yīng)該比被測(cè)量值小一個(gè)量級(jí)，印度的航天測(cè)量設(shè)備能否達(dá)到速度測(cè)量精度0.01 m/s是很值得懷疑的。畢竟，目前美國(guó)人將GPS的P碼用于靶場(chǎng)外彈道測(cè)量后，其外測(cè)的速度精度才達(dá)到0.01 m/s左右。
影響彈頭命中精度的因素還有再入氣動(dòng)效應(yīng)造成的隨機(jī)偏差。一般而言，彈頭越大、再入速度越低，此偏差越大。美國(guó)60年代研制的洲際導(dǎo)彈上使用的小型化再入載具M(jìn)k12底部直徑53.3 cm，長(zhǎng)183 cm，再入氣動(dòng)效應(yīng)造成的隨機(jī)偏差況且有270 m。對(duì)于烈火3這樣再入速度慢，體積巨大的彈頭，此偏差不太可能小于300m。
不過(guò)最令人感到驚奇的是，在DRDO公布的第四次飛行試驗(yàn)錄像中，烈火3導(dǎo)彈的實(shí)測(cè)彈道與設(shè)計(jì)彈道居然出現(xiàn)了肉眼都可以看得出來(lái)的偏差！筆者只能說(shuō)，烈火3的命中精度實(shí)在是個(gè)謎團(tuán)。

紅色的實(shí)測(cè)彈道明顯偏離白色的設(shè)計(jì)彈道

8，發(fā)射方式
烈火3導(dǎo)彈由于質(zhì)量太大，比世界上最重的陸基機(jī)動(dòng)導(dǎo)彈──俄羅斯的白楊M還要重，實(shí)在無(wú)法裝載在公路機(jī)動(dòng)發(fā)射車上，不得不采用所謂的“鐵路機(jī)動(dòng)”發(fā)射方式。從網(wǎng)上的這段錄像（http://www.youtube.com/watch?v=8BgRvZLL8Qs）中可以看到，烈火3導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)準(zhǔn)備的大致流程是：在技術(shù)陣地測(cè)試好導(dǎo)彈─吊裝到導(dǎo)彈發(fā)射車上─轉(zhuǎn)運(yùn)到發(fā)射陣地─射前準(zhǔn)備─發(fā)射。烈火3導(dǎo)彈的所謂“鐵路機(jī)動(dòng)發(fā)射車”，只是一個(gè)非常簡(jiǎn)易的發(fā)射裝置，更像一個(gè)軌道式轉(zhuǎn)運(yùn)車。有人開玩笑說(shuō)，按照印度的標(biāo)準(zhǔn)，我們的CZ-2F火箭也可以算是“鐵路機(jī)動(dòng)發(fā)射”了。


印度獨(dú)創(chuàng)的公路-鐵路混合“機(jī)動(dòng)”發(fā)射方式

在普通鐵軌路基上千斤頂如何支撐？底盤如何調(diào)平？
尤其搞笑的是，試驗(yàn)中一些設(shè)備居然由一輛卡車裝載到現(xiàn)場(chǎng)與軌道發(fā)射車對(duì)接。難道印度的卡車也可以在鐵路上行駛嗎？而且這個(gè)軌道發(fā)射車發(fā)射前居然需要千斤頂來(lái)支撐，地面還要臨時(shí)設(shè)置排焰道。這意味著在普通鐵軌路基上是根本無(wú)法進(jìn)行底盤調(diào)水平的，導(dǎo)彈如何發(fā)射？況且，烈火3的彈體裸露，彈上設(shè)備能否經(jīng)受日曬雨淋？

老鷹

呵呵，有的圖片沒(méi)有上來(lái)，由于對(duì)方有反盜鏈設(shè)置。請(qǐng)把圖片下載后上傳。

見習(xí)生小王

不錯(cuò)，從字里行間的確可以掏摸到許多火箭導(dǎo)彈的專業(yè)知識(shí)，謝謝樓主推薦。

yangxiaoguang

的確，該學(xué)的東西不少！！！

yusixway

確實(shí)有很多機(jī)械專業(yè)知識(shí)啊！值得學(xué)習(xí)啊！

TiGer86120

看了好幾遍，看迷糊了都

tianqiu123

謝謝lz
東西相當(dāng)不錯(cuò)

USACHINA

你太牛了！自己分析的嗎？

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分析的很細(xì)致！學(xué)習(xí)了！！！

wangyou

軍工總是代表一個(gè)國(guó)家的最高工業(yè)水平！
所以搞機(jī)械的好多都是軍迷！！
哈哈
阿三可是說(shuō)他們領(lǐng)先中國(guó)二十年啊！！
我記得有一句經(jīng)典：
你們上海二十年后應(yīng)該可以達(dá)到孟買現(xiàn)在的水平！
有意思吧！
棒子是無(wú)恥
阿三是無(wú)知啊！！