3,导弹投掷能力
可以用发射重量/投掷重量比──射程的关系来衡量导弹的投掷能力。一般而言,同等技术水平的导弹,发射重量/投掷重量比越大则关机速度越大,因此射程越远。而同样发射重量/投掷重量比的导弹,射程越远就意味着导弹的投掷能力越高。从我的研究对比来看,烈火3达到了各国第一代固体MRBM的投掷能力,而所谓“与SS-20相当”则明显不符合事实。即使是未来的烈火5,性能也与美苏法的固体IRBM相差甚远。
4,发动机性能评估
在不考虑重力速度损失和气动阻力速度损失的情况下,根据齐氏公式,导弹的投掷能力(速度增量)主要取决于三个因素:发动机质量比、推进剂比冲、其他结构重量。前两个值越高、第三个值越低,则速度增量越大。
4.1发动机壳体
按照印度媒体的报道,烈火3一级发动机装药约30吨,二级装药约9吨,壳体材料是马氏体时效钢。马氏体时效钢是一种高合金超高强度钢,常被选作制造固体发动机壳体的材料。超高强度钢是最早采用的一种固体发动机壳体材料,与复合材料相比,其屈服强度/质量比不高,但成本较低,加工简单,因此仍被广泛用作下面级固体发动机壳体。据报道,位于海德拉巴的印度国有Midhani钢铁公司可以生产屈服强度250psi级(1720Mpa)的马氏体时效钢,已用于印度PSLV运载火箭火箭的一级固体发动机壳体。由于马氏体时效钢中含有较多(8~9%)的贵金属钴,成本较高。由于烈火3采用了金属材料壳体,其发动机质量比较低,这是造成其装药/起飞质量比(~39/50=0.78)低的主要原因。参照采用金属材料壳体的PSLV运载火箭火箭一级固体发动机,烈火3的两级发动机质量比可能只有0.82~0.83。PSLV运载火箭的三级固体发动机采用Kevlar-49壳体材料,装药7.58t,质量比为0.866。何况印度本国无法生产Kevlar-49纤维,所需材料完全依赖进口,这可能是烈火3二级发动机不得不仍然采用金属材料壳体的原因。
印度自行研制的烈火-2型中程弹道导弹图片来源:中国网
4.2推进剂性能
烈火3应该与PSLV运载火箭、GSLV火箭助推器一样采用HTPB中能推进剂,一级海平面比冲为229~237,比我国和美、俄等国类似尺寸的HTPB下面级发动机比冲都要低(243~255),更不要说和NEPE和HTPB+HMX这些高能推进剂相比了。推进剂实测比冲不仅与其理论比冲有关,还与燃烧室压强和喷管设计有关。一般而言,燃烧室压强越大,实际比冲越高。可见,印度的固体发动机燃烧室压强较低,这同样说明了其较低的壳体材料性能和加工水平。
4.3发动机推力
发动机燃烧室压强低还会导致发动机的推力低。发动机推力大,则加速较快,主动段时间减小,重力速度损失减小。尽管由于低空时加速变快,气动阻力造成的速度损失增加,但对于中程导弹和洲际导弹,重力速度损失远大于气动阻力速度损失,因此总是追求更大的发动机推力和起飞推重比。此外,主动段时间减小还对突防有利。但是发动机推力也不能随意增大,除了受到发动机燃烧室压强和推进剂燃速的限制外,还对整个导弹的结构设计造成影响。当发动机推力增加,一方面导弹的轴向过载增大,另一方面主动段工作时间减小,弹道转弯速率加大,导弹攻角及横向过载增大,因此与轴向过载和横向过载有关的结构都需要加强,在材料性能给定的条件下有可能需要增加结构重量。总之,只有壳体和结构材料性能高、加工工艺好、载荷设计合理,才能实现较大的发动机推力。
笔者在网上找到了一段DRDO发布的烈火3第四次试射的录像。从导弹起飞段推算,烈火3的起飞加速度约为0.4~0.5g,即起飞推重比只有约1.4~1.5,30吨装药的一级发动机海平面推力还不到75吨,明显偏低。