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反转!俄罗斯假高超音速武器?匕首高超音速导弹:为何没有尾焰?


俄罗斯国防部发言人伊戈尔•科纳申科夫少将称,“匕首’高超音速航空弹道导弹击毁了乌军在伊万诺-弗兰科夫斯克州‘杰里亚京’居民点的大型导弹和航空弹药地下仓库。

  据俄方专家称,这是人类历史上首次在实战中使用高超音速武器!社交媒体上也开始出现匕首“高速路过”的动图,天空中划过一道“白光”,迅速消失在天际线,看起来非常霸气!

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  但了解导弹的朋友也知道,导弹这种武器是有火箭或者小型涡喷甚至冲压发动机的,其工作时候必定会喷出火焰,为什么俄罗斯高超音速导弹“匕首”没有尾焰,难道是枚假高超音速导弹,坊间已经开始传闻俄罗斯技术已经到了穷途末路了!

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  导弹的动力射程与最大射程

  似乎想要回答导弹有没有尾焰的问题很简单,发动机工作就喷火了,所以能看到尾焰,不工作就没有尾焰,似乎这个暴力型的回答简直就无懈可击,那么真的是这样吗?

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  相信很多朋友都认为导弹的火箭发动机都是从头工作到击中目标的,但事实上还真不是这样,导弹的动力射程与总射程之间相差可不是一般的大,比如著名的格斗导弹AIM-9X系列,其导弹的火箭发动机工作只有5-6秒,其动力射程只有3-4千米左右,但它的尾追射程为8千米(1.5万米高空),低空尾追射程只有2千米,但其理论射最大程为18.2千米。

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  这些数据看得眼晕,其原因也很简单,火箭发动机工作时间非常有限,剩余的速度就是导弹的惯性,大部分导弹的不可逃逸区也在动力射程内,当然不可逃逸区不只是动力射程,还有雷达波束的角度(比如中距主动空空导弹),只要逃出这个区域导弹就会丢失目标。

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  到了射程末端时其每机动一次就会丢失大量速度,或者以强弩之末来形容也比较合适,因此有人要说导弹无尾焰还在高速飞行,还真是这样,就像AIM-9X工作只有5-6秒,而AIM-120-X工作时间也不过50秒左右,之后发动机燃料耗尽,导弹就依靠惯性直到击中目标或者失的自毁。

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  发动机都停止工作了,还能看到尾焰?

  尾焰究竟是怎么产生的?为何看不到尾焰?

  我们必须要了解的一个问题是,发动机不工作一定没有尾焰,但发动机工作时也不一定有尾焰,比如亮度比较高,使用无烟推进剂等,现代防空导弹与空空导弹都有这个需求,主要也是为了隐蔽自身,特别是红外制导的格斗弹,其尾焰中抑制极紫外波段以及可见的尾烟都是对燃料的要求。

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  其实不需要去理解那么深奥的知识,你们谁见过客机发动机在地面上发动时的尾焰和尾烟?笔者为了看到发动机的尾焰,曾经多次坐到机翼后方想要看看发动机的尾焰,结果啥都没看到!

  喷气式发动机的尾焰:那是后燃室开启才有

  相信各位应该看到过战斗机喷出长长的尾焰起飞的霸气场景,但却从来没有看到过客机起飞时的尾焰,其实这个很容易理解,因为战斗机有后燃室,也就是所谓的加力燃烧室对于了解发动机结构的朋友就应该明白了。

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  发动机的在燃烧室后方还有一个高温涡轮,这是整台发动机的动力来源,高温火焰通过涡轮叶片将能量转换为转动的能量,带动整台发动机的低压压气机、中压压气机以及高压压气机工作。

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  而且在涡轮风扇发动机的结构中,在这些高温燃气排入大气前还会混入从低压压气机分离的气流,所以这叫做涡轮风扇发动机,这个风扇还提供了部分推力,因此高温火焰经过高温涡轮后做功温度下降,然后再经过低压涡轮分流的“常温”气流,混合后的燃气也就几百度,根本就看不到火焰。

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  加力燃烧室就不一样了,它会在高温涡轮后方到尾喷管这段范围内直接喷入燃油,混合尚未助燃的氧气发生剧烈燃烧,最后直接从尾喷管喷出,就看到了这个炽热的火焰。

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  客机没有加力燃烧室,它不需要这玩意儿,而且也非常不经济!并且客机发动机为了增加燃油经济性,还会加大低压涡轮叶片,然后在尾喷管内混入大量的低压大气,因此混合气体的温度会更低(但推力会更大,大部分推力都来自低压风扇),因此想要在客机上看到火焰,除非是发动机漏油了。

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  F-15开加力起飞

  尾焰和尾迹到底有什么区别?

  战斗机起飞时能看到长长的尾焰,但起飞后却看不到留下的尾迹,而高空的客机经过却能留下长长的尾迹,这又是为何呢?

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  大部分喷气式发动机在地面启动时能看到浓浓的尾烟,那么一定出故障了(RD-93除外哈),燃烧不完全或者混入了滑油,这是燃料性质或者燃烧不完全所致,正常的喷气式发动机都不会出现这个问题。

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  但在高空能看到尾迹并不是高空氧气稀薄燃烧不完全,而是高温的水汽凝结后的尾迹,这个是无法避免大的,客机吸入的气体量极大,因此它们留下的尾迹经久不散,同理火箭起飞时留下的滚滚烟尘则是燃料的性质决定的。

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  偏二甲肼和四氧化二氮燃烧的烟雾为红黄色

  高超音速激波

  了解了上述问题后,差不多可以对俄罗斯匕首高超音速导弹来做个分析了,它没有尾焰或者尾迹的可能性有几个:

  发动机工作时尾焰不明显?

  从匕首公开的几张照片中我们大致能分析出这种导弹的发动机应该是火箭发动机或者固体冲压发动机,一定不是涡扇发动机(这种一般巡航导弹才会使用,超音速不合适),因此只要这种发动机工作,一定会有尾焰,并且当时天色比较暗,尾焰会更加明显。

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  此时会有第一个结论,没有尾焰表示发动机已经停止工作,正在惯性飞行!也许当时可能处在弹道末端,高超音速发动机已经停止工作。首先我们能确认,匕首从发射到命中目标时结构都比较完整,这个气动结构也不属于滑翔高超音速弹,当时发动机却已经停止工作,那么问题来了:

  据说匕首的射程为2000公里,乌克兰从东部到西部,最远也就1300公里左右,完全在匕首的射程之内,如下图:

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  那么伊万诺-弗兰科夫斯克州距离最近黑海距离比较近,但不宜展开行动,而在俄白乌交界的位置发射导弹距离无疑是最近的,只需623千米!如下图:

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  也就是只需匕首射程的1/3都不到,按空空导弹的动力射程与最大射程比例,这个623千米一定在动力射程段内,但从公布的画面来看,似乎完全不是一回事:

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  导弹在低空飞行,因为导弹看起来目标挺大,估计最高高度不会超过500米,没有尾焰,尽管速度挺快,但绝对不是所谓的10倍超音速,而且已经处在了弹道末端的滑行段。

  这里有几个隐藏在这个信息以外的疑点:

  高超音速飞行器不太可能在地面附近达到高超音速,因为它会产生强大的激波,特别是这种低空飞行的高超音速飞行器,其产生的激波破坏力非常恐怖。另一个问题则是低空大气密度很高,要完成高超音速的动力代价太大,因此匕首只会在在高空达到高超音速。

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  因此此时已经靠近了目标区域,匕首已经准备俯冲攻击,从理论上来看,如果没有超过动力射程,此时的匕首应该加速向目标俯冲,必定全力开启发动机,这样做的理由有多个,最高速度可以避免拦截。而俯冲攻击可以避免激波对地面的大面积影响,完全没有理由关闭发动机滑行。

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  因此这个片段暴露出了一个问题,匕首的动力射程可能小于560千米,并且此时甚至低于音速,其动力射程可能远在450千米以下,而最大射程应该是弹道轨迹实现的,水平射程大大缩水。

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  仅凭这些信息我们无法分析出是否真的是高超音速,它有可能在中途一段时间达到了高超音速,但此时一定已经不是高超音速,就这么简单!俄罗斯的匕首应该没有大家想象的那么神秘,它只是俄罗斯常规工业的极致水准,就像当年不锈钢打造的米格-25,却被一次叛逃事件揭露了真相的故事一样?

  真相翻转:俄罗斯的匕首可能名副其实

  笔者也非常好奇,这俄罗斯总不至于如此不济吧,居然用一枚普通导弹来冒充高超音速武器?其实恰恰相反,因为一段模糊的GIF动图造成了很多朋友的误判,下面高清完整动图来了!

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  这个视频的出处是推特上@JackPosobiec、标识为美国的账户所发的,完整的视频各位可以去翻翻看,除了质量有些差异,上图的GIF基本如实反应,如下图:

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  这个视频中有尾迹,也就是燃烧后留下的尾烟,也有尾焰,从本文开头的那个所谓的导弹其实只看到了一道尾焰而已,并且高度很可能在乌云以上(看到弹体和只看到尾焰的高度判断差别就大了),误导各位的是截图只截了一半,没有看到尾烟的朋友确实很纳闷,怎么只有导弹没有尾焰,难道真的到了弹道的末端?

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  尽管仍然无法证明俄罗斯导弹的性能究竟如何,但至少有一点是可以肯定的,这个高度可能远超1000米,以如此快的速度掠过天空,其速度应该是非常恐怖的,所以打算看各俄罗斯出丑的朋友可以退散了。

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