歐繼洲，陳 軍，李浩成

(湖南云箭集團(tuán)有限公司， 長(zhǎng)沙 410100)

巡飛彈既能執(zhí)行偵察監(jiān)視任務(wù)，又具備自主攻擊的能力，它集無人機(jī)與彈藥優(yōu)點(diǎn)于一身，是一種目前國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)相研制的新型武器系統(tǒng)。微小型動(dòng)力技術(shù)作為巡飛彈的關(guān)鍵技術(shù)之一，決定了巡飛彈的巡飛時(shí)間、航程、飛行速度等關(guān)鍵性能指標(biāo)。理想的巡飛彈動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)包括小型化、低噪音、低成本、高效率、高空性能好、推力調(diào)整范圍廣等特點(diǎn)。

當(dāng)前沒有哪種動(dòng)力形式能夠涵蓋上述所有優(yōu)點(diǎn)[1]，實(shí)際項(xiàng)目中可以從巡飛彈具體作戰(zhàn)使用的角度出發(fā)選擇適合總體性能要求的動(dòng)力裝置進(jìn)行配裝，如表1。目前國(guó)內(nèi)外巡飛彈項(xiàng)目中常用的動(dòng)力裝置主要包括噴氣動(dòng)力系統(tǒng)、活塞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)三大類，以及變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等。目前噴氣動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟度高，應(yīng)用時(shí)間最早，電動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)成本最低，適用范圍較窄。未來還有可能采用渦輪噴氣-火箭組合發(fā)動(dòng)機(jī)(ATR)、凝膠推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)等在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈中應(yīng)用的先進(jìn)推進(jìn)技術(shù)。

表1 幾種動(dòng)力裝置在國(guó)外巡飛彈上的配裝

1 噴氣動(dòng)力系統(tǒng)

一般將推力量級(jí)在1 000 N及以下的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)稱為微型噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(MTE)。巡飛彈用的微型噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理和大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)相同，同時(shí)又有自身獨(dú)特的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)[2-3]，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)組成及工作原理，將噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)做如圖1所示分類。

圖1 噴氣動(dòng)力系統(tǒng)分類

1.1 脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要由進(jìn)氣道、進(jìn)氣閥門、含有火花塞和噴油嘴的燃燒室以及尾噴管組成，其外形如圖2所示。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣流進(jìn)入燃燒室(或者將壓縮空氣打入燃燒室)，火花塞點(diǎn)火噴油燃燒，高溫燃?xì)饧眲∨蛎浐髲奈补芸焖賴姵?，由此產(chǎn)生的壓力差使得空氣再次打開單向閥門進(jìn)入燃燒室，然后噴油點(diǎn)火燃燒，開始第二個(gè)循環(huán)。

圖2 脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)外形

單向進(jìn)氣閥門通風(fēng)孔面積是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因?yàn)樗P(guān)系到進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的油與空氣比，通過無閥片的構(gòu)造可以使工作壽命增加，穩(wěn)定性提高。對(duì)噴管進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)能夠優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能。法國(guó)研制的脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)“Ecrevisse”沒有閥門，采用自動(dòng)吸氣和點(diǎn)火技術(shù)，能夠在靜止?fàn)顟B(tài)下啟動(dòng)。俄羅斯ENICS研究中心為裝備自己的無人機(jī)和靶機(jī)設(shè)計(jì)的脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)在噴管外形上將噴管兩頭對(duì)彎成“U”子母形狀來增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)性能，其中R90巡飛子彈藥上配備的脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)M44D凈重僅1.1 kg，最大推力50 N，耗油率0.718 9 kg/(N·h)，持續(xù)工作時(shí)間可達(dá)300 min[4]。

脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)便宜，每小時(shí)800 km的最大速度極限已足夠在巡飛彈上使用，它的最大缺點(diǎn)是空氣動(dòng)力性噪聲太大，隱身性能弱。對(duì)于經(jīng)濟(jì)性需求高，最高飛行速度和飛行高度又有一定要求的自主攻擊型巡飛彈來說，脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是合適的選擇。隨著對(duì)噪聲控制工藝技術(shù)的日趨成熟和完善，相信未來脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在巡飛彈中將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

1.2 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱渦噴發(fā)動(dòng)機(jī))由進(jìn)氣道，空氣壓縮機(jī)、燃燒室、渦輪機(jī)和噴口組成。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的空壓機(jī)壓縮從進(jìn)氣道進(jìn)入的空氣，產(chǎn)生高壓致密的空氣送入燃燒室，燃燒室噴油燃燒產(chǎn)生高溫燃?xì)庀蚝鬀_擊渦輪機(jī)，渦輪機(jī)又帶動(dòng)前面的空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，燃?xì)饬鲝膰娍趪姵霎a(chǎn)生推力。微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)基本組成和工作原理與一般航空用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)類似，同時(shí)又具備一些獨(dú)特的構(gòu)造與技術(shù)特點(diǎn)，主要包括[5-10]：

1) 廣泛采用環(huán)形回流燃燒室，以保證在較短的軸向尺寸下獲得較大的燃燒特性；同時(shí)借助于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，供油多采用離心甩油盤方式；

2) 為了滿足小直徑壓氣機(jī)高增壓比、大空氣流量和高效的氣動(dòng)特性，微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用離心(或軸流加離心)壓氣機(jī)；

3) 在高轉(zhuǎn)速軸承等要求轉(zhuǎn)速高和配合精度高的部件中，采用陶瓷基復(fù)合材料使部件更耐磨，強(qiáng)度更高，對(duì)潤(rùn)滑劑要求更低，省去的潤(rùn)滑裝置可使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更為緊湊；同時(shí)陶瓷軸承的應(yīng)用可有效克服彈箭發(fā)射瞬間的高過載可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損壞的缺點(diǎn)；

4) 考慮到巡飛彈的特殊使用要求，多數(shù)采用低成本、短壽命設(shè)計(jì)，力求尺寸小，質(zhì)量輕，零件數(shù)目少，因而在啟動(dòng)方式、潤(rùn)滑系統(tǒng)燃燒室及供油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上有所創(chuàng)新，比如美國(guó)Williams公司研制的WR24-7微型發(fā)動(dòng)機(jī)采用氣吹啟動(dòng)，捷克PBS公司研制的TJ100系列發(fā)動(dòng)機(jī)(如圖3所示)采用電動(dòng)油泵對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行供油與潤(rùn)滑，取消了單獨(dú)的潤(rùn)滑裝置。

圖3 TJ100渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

在20世紀(jì)60年代初期，美、法、英等國(guó)家就開展了微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，隨著加工工藝和材料、高速陶瓷軸承等相關(guān)技術(shù)的突破，一批先進(jìn)的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)不斷呈現(xiàn)，比較具有代表性的如美國(guó)哈密爾頓標(biāo)準(zhǔn)公司的TJ30/50/90系列，法國(guó)的Micro Turbo公司的TRI60系列。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)雖然低速下飛行耗油量較大、效率較低，但是出眾的高速性能和高穩(wěn)定性，使得它成為飛行速度和高度要求高，巡飛時(shí)間不長(zhǎng)、成本控制要求不嚴(yán)苛的功能全面的中大型巡飛彈項(xiàng)目的主要?jiǎng)恿ρb置，如美國(guó)的盧卡斯巡飛彈、拉姆(LAM)巡飛彈，以色列的黛利拉巡飛彈[11]等均是采用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)。表2展示了國(guó)外幾種微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)，可以看到國(guó)外應(yīng)用到巡飛彈上的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比幾乎都等于3～5。

美國(guó)巡邏攻擊導(dǎo)彈LAM同時(shí)采用了渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和固體火箭助推器作為推進(jìn)裝置，后者的加裝是為了提高巡飛彈初始爬升速度以達(dá)到迅速飛抵目標(biāo)區(qū)域上空的目的，借助固體火箭助推升空的還包括英國(guó)的火力陰影巡飛彈等。

未來渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)還應(yīng)在以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)中尋求突破以使得在巡飛彈武器系統(tǒng)上得到更廣泛的運(yùn)用：

1) 精準(zhǔn)的電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。受巡飛彈成本和體積限制，微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)不可能采用傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸減速帶動(dòng)油泵的供油方式。微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)耗油量小，高轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)速對(duì)供油量波動(dòng)敏感，必須要求電子控制器實(shí)現(xiàn)小流量的精準(zhǔn)控制，這樣才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作。

2) 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和匹配?？諌簷C(jī)、回流燃燒室、渦輪等都是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的高效能核心部件，特別燃燒室體積小，容熱強(qiáng)度大，需要反復(fù)調(diào)試并與空壓機(jī)和渦輪機(jī)完成最佳匹配，才能達(dá)到性能優(yōu)化的目的。

3) 發(fā)動(dòng)機(jī)與巡飛彈一體化設(shè)計(jì)技術(shù)。

由于巡飛彈使用的特殊要求，應(yīng)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)與巡飛彈的性能匹配、進(jìn)排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與安裝損失、約束特性等。對(duì)于一次性使用的攻擊型巡飛彈和以偵察監(jiān)視為主要功能的巡飛彈，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求又有所不同。

表2 國(guó)外幾種微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)

1.3 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)

渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱渦扇發(fā)動(dòng)機(jī))是由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展而來。如圖4所示，不同的是首級(jí)壓縮機(jī)的頁(yè)面面積非常大，同時(shí)被用作空氣螺旋槳(扇)，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)后方增加了驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的低壓渦輪；低壓渦輪消耗一部分主引擎的燃?xì)馀艢鈩?dòng)能，將部分吸入的空氣通過噴射引擎的外圍(外涵道)向后推，另一部分空氣如渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)一樣被送入噴射引擎通道(內(nèi)涵道)。流速快的氣體在排出時(shí)動(dòng)能損失較大，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)通過增加低速的排氣流量，降低了平均排氣速度，這樣就平衡了因?yàn)樘岣邷u輪葉片以及在同一根軸上的壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速而帶來的過大排氣速度，解決了熱效率和推進(jìn)效率的平衡問題。

圖4 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部一般構(gòu)造

美國(guó)的彈用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)較為先進(jìn)，代表性的如威廉姆斯公司研制的F107-WR、F121-WR等系列渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其中F107-WR-100推力可達(dá)2 721 N，耗油率僅0.061 9 kg/(N·h)，其改進(jìn)型號(hào)F107-WR-104大量采用先進(jìn)陶瓷基復(fù)合材料，強(qiáng)度更高，磨損更小，使用壽命更長(zhǎng)；F121-WR-100發(fā)動(dòng)機(jī)體積與推力最小，價(jià)格最低[12]，適合裝配到巡飛彈上。俄羅斯也具備彈用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立設(shè)計(jì)與制造能力，有MS-400等型號(hào)[13]。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)效率高，噪音低，燃油消耗率低，缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。同渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)也適裝于成本預(yù)算高、功能較全面的中大型巡飛彈上?；谒鼉?yōu)秀的燃油經(jīng)濟(jì)性，相比渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)它更加適合配裝于高空長(zhǎng)時(shí)間前線壓制和情報(bào)搜集的巡飛彈。國(guó)外渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在導(dǎo)彈和無人機(jī)上的應(yīng)用已商業(yè)化，巡飛彈用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)可基于這些發(fā)動(dòng)機(jī)的原有技術(shù)和自身實(shí)際使用做結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和性能改進(jìn)以滿足低成本和小型化的要求。比如多采用陶瓷軸承使結(jié)構(gòu)更為緊湊，通過壓氣機(jī)和渦輪的精鑄和無余量快速成型加工技術(shù)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比并降低成本[14-15]。美國(guó)在研的“鋼雨+”巡飛彈項(xiàng)目即采用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)。

2 活塞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)

活塞發(fā)動(dòng)機(jī)是利用多個(gè)氣缸內(nèi)活塞做功將壓力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的發(fā)動(dòng)機(jī)。燃料-空氣混合物注入氣缸內(nèi)被火花塞點(diǎn)燃，熱燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)，多個(gè)活塞在各自氣缸內(nèi)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)通過曲軸和連桿轉(zhuǎn)換成主軸的圓軸運(yùn)動(dòng)，從而為飛行器提供軸功率。完成一次做功活塞在氣缸內(nèi)要依次經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣四個(gè)沖程。

沒有多個(gè)氣缸結(jié)構(gòu)的汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)是一種較先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖5所示它是利用一個(gè)三角錐狀轉(zhuǎn)子的三個(gè)面將橢圓空間分成三個(gè)獨(dú)立的燃燒室。在轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)過程中，這三個(gè)燃燒室的容積不停地變動(dòng)。在橢圓形缸體內(nèi)相繼完成活塞發(fā)動(dòng)機(jī)做功所需要的四個(gè)過程，每個(gè)過程都是在缸體中的不同位置進(jìn)行。汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的圓形運(yùn)動(dòng)比往復(fù)式活塞的水平直線運(yùn)動(dòng)更為平順，振動(dòng)噪音更低；同時(shí)簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)使體積縮小、質(zhì)量減輕。另外軸向運(yùn)轉(zhuǎn)特性使它不需要精密的曲軸平衡就能達(dá)到較高的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)速比往復(fù)式引擎上升更快。但是相比往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，它也有對(duì)點(diǎn)火時(shí)機(jī)要求高、火花塞位置要求精密、從引擎本體提升馬力能力有限等不足。

圖5 汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

盡管活塞發(fā)動(dòng)機(jī)推重比小，高空性能一般，但是成本低，技術(shù)成熟度高，燃油經(jīng)濟(jì)性非常好[16]，通過螺旋槳將軸功率轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力可一起組成無人機(jī)及巡飛彈的動(dòng)力裝置，尤其對(duì)于成本相對(duì)低廉、巡飛時(shí)間和飛行速度有一定要求、飛行高度低于5 km的中低空巡飛彈有較強(qiáng)的適應(yīng)性。例如，德國(guó)的泰帆巡飛彈也是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳提供飛行動(dòng)力，航程可達(dá)500 km。

英國(guó)MBDA公司的火力陰影 “Fire Shadow” 巡飛彈動(dòng)力裝置采用汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)加兩頁(yè)后置的定距推力螺旋槳，并使用了電子燃油噴射[17]。

火力陰影巡飛彈的功能是長(zhǎng)時(shí)間停留在戰(zhàn)場(chǎng)區(qū)域充分搜索高價(jià)值目標(biāo)，接到打擊任務(wù)即刻執(zhí)行，因而它采用汪克爾轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置，雖然飛行速度只達(dá)到150～300 km/h，遠(yuǎn)低于需要盡快飛到戰(zhàn)場(chǎng)打擊目標(biāo)的攻擊巡飛彈的速度，但是巡飛監(jiān)視時(shí)間卻可以達(dá)到10 h。

火力陰影巡飛彈升空瞬間如圖6所示。

圖6 火力陰影巡飛彈升空瞬間

3 電動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)

螺旋槳(或者涵道)在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，消耗軸功率做功提供推拉力，它作為動(dòng)力裝置最早應(yīng)用于航模系統(tǒng)。隨著微電子控制技術(shù)和新型電子電力器件的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了無刷電機(jī)的無位置傳感器單向調(diào)速控制，相比有刷電機(jī)的傳統(tǒng)換向方式速度更快，效率更高。低成本、高磁能積材料的出現(xiàn)又使得無刷電機(jī)的體積更小、成本更低。

電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用到具體飛行系統(tǒng)中，它的能量來源通常是鋰離子電池組、鋰-聚合物電池組、鋰-硫電池，以及目前快速發(fā)展的新型燃料電池等。受新能源汽車產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)，鋰電池技術(shù)取得飛躍式發(fā)展。我國(guó)在鋰聚合物能源電池工程技術(shù)攻克、關(guān)鍵材料和關(guān)鍵部件的研制方面處于世界前沿水平，中科院大連化學(xué)物理研究所團(tuán)隊(duì)解決了多硫化鋰的“飛梭效應(yīng)”和金屬鋰“界面不穩(wěn)定”的關(guān)鍵問題，研制出的高功率鋰硫電池組的比能量高達(dá)350 Wh/kg。新型燃料電池的比能量比鋰電池組還要高，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[18]。

這類動(dòng)力裝置的優(yōu)點(diǎn)是作為動(dòng)力源的鋰電池能量-質(zhì)量比高、電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍廣、不使用時(shí)電量損失較慢，特別是包括電池、螺旋槳、涵道在內(nèi)的所有部件成本都非常低。雖然目前該類動(dòng)力裝置輸出功率水平有限，并且對(duì)氣動(dòng)條件要求高，不利于高空飛行[19-20]，但是在低空低速飛行、射程近、成本低廉、一次性使用的輕小型自主攻擊巡飛彈上可以得到廣泛應(yīng)用，如美國(guó)的彈簧刀巡飛彈[21]、戰(zhàn)斗鷹巡飛彈都是采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)。近年來美國(guó)海軍研制出了氫燃料電池、太陽(yáng)能電池提供動(dòng)力來源的巡飛彈原型機(jī)“混合虎”；美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室推進(jìn)分部開始了為主宰者彈藥研制混合固體氧化物燃料電池組作為動(dòng)力裝置的研究[22]。圖7所示為使用電動(dòng)機(jī)的英國(guó)“老虎”巡飛彈。

值得一提的是，我國(guó)于今年在某戰(zhàn)區(qū)的一次軍事對(duì)抗演習(xí)中也首次采用了以氫燃料電池為能源的無人機(jī)提供通訊中繼。

綜合分析以上幾類動(dòng)力形式的組成和工作原理，結(jié)合它們的工作特性及在巡飛彈和小型無人機(jī)上的應(yīng)用，可以得到如表3所示的動(dòng)力裝置的性能和適用場(chǎng)景。

圖7 使用電動(dòng)機(jī)的英國(guó)“老虎”巡飛彈

動(dòng)力裝置特性主要適應(yīng)任務(wù)功能電動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍廣,不使用時(shí)能量損失較小,成本低,噪音較小,可重復(fù)使用;比能量不斷提高。轉(zhuǎn)速小,瞬時(shí)輸出功率有限,受大氣密度影響大。成本控制嚴(yán)格,低速、小區(qū)域范圍內(nèi)的察打活塞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)更成熟;改進(jìn)的汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量更輕,噪音更小,燃油經(jīng)濟(jì)性好。推重比小,壽命短,高空性能相對(duì)較差。低速(不高于100 m/s)大區(qū)域范圍內(nèi)的超長(zhǎng)時(shí)間察打渦輪噴氣動(dòng)力系統(tǒng)推力可調(diào),可零速啟動(dòng),速度和高度使用范圍廣,高速性能優(yōu)異。燃油經(jīng)濟(jì)性較低,成本較高,在小型化方面需要更大突破。末端攻速要求高、大區(qū)域、高海拔的察打;打擊時(shí)敏目標(biāo)能力強(qiáng)脈沖噴氣動(dòng)力系統(tǒng)成本低,重量輕,可原地啟動(dòng)。振動(dòng)劇烈,噪聲大,飛行高度有限,壽命較低。對(duì)隱身能力要求低,較短時(shí)間內(nèi)較大區(qū)域的察打

4 巡飛彈用動(dòng)力裝置的發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外巡飛彈的研制情況，結(jié)合目前微小型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，巡飛彈用動(dòng)力裝置將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。

1) 對(duì)現(xiàn)有渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能改進(jìn)。目前巡飛彈用動(dòng)力裝置仍以低成本設(shè)計(jì)為原則，立足于現(xiàn)有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的成熟技術(shù)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)工藝簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減輕質(zhì)量，通過使用陶瓷軸承等先進(jìn)工藝材料和效率更高的部件降低油耗、提高性能。此外從國(guó)外巡飛彈項(xiàng)目的發(fā)展趨勢(shì)看，彈用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)尤其應(yīng)該重視有關(guān)電動(dòng)油泵、混油或油霧潤(rùn)滑、全權(quán)數(shù)字電子控制系統(tǒng)(full authority digital electronic control)、微型傳感器、高溫高速陶瓷軸承、高轉(zhuǎn)速微型啟動(dòng)發(fā)電機(jī)等前沿技術(shù)的研究[23-26]。

2) 增加使用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置。隨著電池技術(shù)的日新月異、低耗高效精密電機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展、電動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)在巡飛彈中將得到更廣泛應(yīng)用。采用如鋰空氣電池、新型燃料電池等能量比密度更大的電池作為電動(dòng)機(jī)的能源，提高電動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的續(xù)航時(shí)間，對(duì)于燃料電池功率密度不大的問題可以通過采用混合動(dòng)力裝置解決。在需要突然提高動(dòng)力系統(tǒng)輸出功率時(shí)，利用高效電池組提供額外功率。根據(jù)國(guó)家科技部和“中國(guó)制造2025”對(duì)動(dòng)力電池的發(fā)展展望，2020年前將實(shí)現(xiàn)單體能量密度超過300 Wh/kg固態(tài)電池的研發(fā)生產(chǎn)；中國(guó)制造2025、日本RISING項(xiàng)目等甚至將準(zhǔn)固態(tài)空氣鋰電池的能量密度規(guī)劃到500 Wh/kg。可以預(yù)見，借助電池技術(shù)的發(fā)展，未來采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置的巡飛彈將會(huì)更加普遍。

3) 發(fā)展空中燃油加注技術(shù)。利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)和特定的傳感器技術(shù)，使主機(jī)與空中加油機(jī)之間的距離最佳，并將燃油加注管插入加油機(jī)軟管尾部的錐形裝置。利用這種燃油加注技術(shù)，巡飛彈群可延長(zhǎng)留空時(shí)間，無需額外發(fā)射更多巡飛彈就可以完成區(qū)域控制的作戰(zhàn)任務(wù)。

巡飛彈空中燃油加注的示意圖如圖8。

圖8 巡飛彈空中燃油加注

4) 采用其他先進(jìn)推進(jìn)技術(shù)。這些基于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈用的可控推力推進(jìn)系統(tǒng)主要包括渦輪噴氣-火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、凝膠推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)以及采用先進(jìn)能量管理技術(shù)的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)等[27-29]。

渦輪噴氣-火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相比與傳統(tǒng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，不需要單獨(dú)的助推器，便于低速飛行。

凝膠推進(jìn)劑推進(jìn)系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)堅(jiān)固可靠，生存力強(qiáng)，推力可控。凝膠推進(jìn)劑兼具固體和液體推進(jìn)劑的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于它的研究得到了歐美各軍事強(qiáng)國(guó)的重視，目前德國(guó)已率先成功完成凝膠推進(jìn)系統(tǒng)飛行器驗(yàn)證試驗(yàn)。

采用先進(jìn)能量管理技術(shù)的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)包括固體雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)、固體變推力發(fā)動(dòng)機(jī)、固體姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)三種代表型式，在巡飛彈上應(yīng)用較為成熟的是變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，美陸軍網(wǎng)火系統(tǒng)精確攻擊導(dǎo)彈PAM即采用的喉栓式變推力發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)[30]。

5 結(jié)論

動(dòng)力裝置作為巡飛彈的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，決定了巡飛彈航時(shí)/航程、飛行高度和飛行速度等重要性能指標(biāo)。不同形式的動(dòng)力裝置滿足不同性能指標(biāo)的能力各有高低，用戶應(yīng)根據(jù)作戰(zhàn)定位的實(shí)際需求對(duì)巡飛彈性能指標(biāo)的具體要求做出權(quán)衡和取舍，從而選配出最合適的動(dòng)力裝置。

從國(guó)外的諸多巡飛彈項(xiàng)目觀察可以發(fā)現(xiàn)，為了達(dá)到使用需求通常會(huì)采用混合動(dòng)力裝置來彌補(bǔ)采用單一動(dòng)力形式帶來的某些不足，為了迎合作戰(zhàn)需要，采用混合動(dòng)力裝置也是巡飛彈動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。