在前一篇文章中,我们探讨了军方公布的一张歼16飞机训练的照片,其中展示了我国新近公开的超远程空空导弹PL-17。其实,早期我国规划的远程及超远程空空导弹不是PL-15或PL-17,而是PL-12D与PL-21。然而,这两款导弹最终未见踪影,我们目前所看到的是PL-15和PL-17。显然,PL-12D与PL-21已经被淘汰,取而代之的是PL-15与PL-17。接下来,我们将分析这两种原计划中的导弹为何被淘汰的技术原因。
原本我国计划的远程和超远程空空导弹是PL-12D和PL-21。
根本上来讲,PL-15与PL-17的射程远超PL-12D和PL-21。PL-12D和PL-21都使用了冲压火箭发动机,虽然一般认为冲压火箭发动机的射程应超过固体火箭发动机,但实际上采用固体火箭发动机的PL-15和PL-17的性能还是超过了前者。理论上,冲压火箭发动机不需携带氧化剂,而是利用空气中的氧气,这能获得更高的比冲。这意味着相同距离的飞行,其燃料消耗更少。
弹径180mm,弹长3.65米,其实模拟的是AIM-120。
但固体火箭发动机也能通过技术改进提高射程,比如从单脉冲发动机改进为双脉冲甚至多脉冲发动机。可以参考一篇论文,其实模拟的正是美国的AIM-120空空导弹。我们知道AIM-120至其最新型号AIM-120D都是单脉冲的固体火箭发动机,因此其射程并不算远,AIM-120D的理论射程不超过150公里。论文中在10公里高空发射的模拟条件下,射程不超过145公里,若在低空,则射程更低。
若AIM-120使用双脉冲发动机,其射程可达182公里。
然而,若AIM-120使用双脉冲发动机,且第一脉冲和第二脉冲间隔30秒启动,则其射程可达到182公里。但要将射程提升至300公里以上,如PL-15那样,还需采用其他技术手段,如飞高抛弹道。我们知道高空大气较稀薄,飞行阻力较低,因此只需少量燃料便可达到远距离。PL-15空空导弹可能采用了这种方式。
另一篇论文模拟的空空导弹弹长4米,弹径203毫米,可能是PL-15。
如果PL-15采用双脉冲发动机并飞高抛弹道,其飞行高度可达30-40公里。
这将大幅提高导弹的射程。如果第二脉冲的推力可调,便可以使发动机工作更长时间,并飞得更高,从而实现更远的射程。如果第二脉冲推力固定为100%,射程大约180公里。若推力调至16.7%,则动力航程能超过400公里。推力减少,按照流体力学原理,阻力与速度的平方成正比,速度降低四分之一,阻力会下降至一半,因此推力和燃料消耗都会减半,从而增加射程。
如果第二脉冲推力可调,射程会显著增长。
而导弹在大部分弹道中的飞行速度超过1300米每秒,即约4马赫。论文假设目标以1.2马赫速度以及6G过载做圆形轨迹机动逃逸,导弹与目标间的距离是320公里,这可视为有效射程。如果目标是迎头飞来,则射程会更远。
即使第二脉冲推力下调,导弹仍可维持4马赫左右的平均速度达到300公里以上。
对于冲压发动机而言,不能采用高抛弹道。因为冲压发动机需吸气,若飞行高度过高,大气稀薄,发动机性能会下降甚至熄火,机动性也会变差。因此,使用冲压发动机的空空导弹理论上比冲高,但实际射程并不突出,如欧洲的流星空空导弹实际射程约150公里。这是采用冲压发动机的PL-12D和PL-21被淘汰的主要原因。
珠海航展上展出的PL-15E空空导弹基本参数显示,综合采用双脉冲发动机、高抛弹道及第二脉冲推力可调等技术后,其动力航程可达400公里以上,若目标迎头飞来,则射程可能达到500公里甚至更远。而对于直径约300毫米、长度约5.8米的PL-17而言,说其有效射程达到600-700公里都是非常保守的估计。
战场上不仅有战斗机等雷达截面较小的目标,还有诸多高价值大型目标,如空中预警机、战略运输机等,这些目标雷达反射面积较大,即使在二、三百公里外,也能将探测距离提高到600-700公里以上。因此,不必担心歼16的雷达探测距离跟不上。PL-17可能和PL-15一样配备双向数据链,可以实现A射B导。未来还可能借助我国计划中的低轨道卫星星座进行全球范围内的制导作战。