先进中程空对空导弹

先进中程空对空导弹

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发展沿革编辑

研制背景

R-77,俄罗斯计划名称RVV-AE,设计局代号“产品170”(izdeliye-170),北约代号AA-12,是俄罗斯于1980年代初期发展与美国“先进中距空空导弹”(Advanced Medium Range Air-to-Air Missile, AMRAAM,后来的AIM-120)对应的主动雷达制导中距空空导弹,1994年定型,供苏-35、米格-29等4+代改型战斗机与第五代战斗机使用。具备发射后不管能力、有很大的有效射程范围(0.3km到大于80km)、有很强的机动性(能对付12G机动的目标)、能对付低空飞行器如巡航导弹、直升机等。西方国家对R-77的出现相当震惊,因为他们没有预料俄罗斯也有能对应美国AMRAAM的技术,西方媒体甚至将的命名为“AMRAAMMski”,意思是“AMRAAM的翻版”。

满挂R-77的新苏-35

与多数俄系武器一样,俄罗斯武器的设计思想总是较被动的,几乎总是在美国人设定游戏规则后,苏联才对美国思想加以研究,然后根据自己已经存在的科研能力及先前研究成果,加上一些巧思,作出足以对抗美国的产品。R-77也是紧追着美国AMRAAM计划跑的。不过其研发却极有效率,测试进度比AIM-120晚不了多少,令人不得不佩服苏联的技术实力[1]  。

研制过程

1976年美国海空军提出“先进中距空空导弹”(Advanced Medium Range Air-to-Air Missile, AMRAAM)计划,也就是后来的AIM-120系列,准备装备于改型F-15、F-16、F-18等飞机以及下一代的“先进战术战斗机”(Advanced Tactical Fighter, ATF, 即后来的F-22)。

AMRAAM比AIM-7轻30%左右,尺寸更小,轻型战斗机也能大量挂载;其惯性加无线电指令中段制导设备中的惯性制导系统相当精准,使打击远距目标成为可能,其射程与引导头探测距离比可达4至6(同样采复合制导方式的俄罗斯R-27只有2.5);最重要的是装备主动雷达寻标头,能发射后不管,大幅增加飞机的多目标接战能力、实际上可以使用的射程、以及战斗机生存性等等。几年内,苏联获得大量AMRAAM的情报,以航空系统研究院(NIIAS或称GosNIIAS)为首的众研究院及众设计局开始进行相关研究,得到的结论是,苏联必须有自己的同类武器,否则苏-27、米格-29在超视距面对装备AMRAAM的美国战斗机将居险境。这款苏联导弹要装备主动雷达引导头以及先进的复合式惯导系统。1980年代初期(1981或1982)计划正式启动,计划名称RVV-AE,预计搭配苏-27M及米格-29M等飞机。

起初锦旗设计局(Vympel)与闪电科学生产联合体(NPO-Molniya原闪电设计局,1976年改组为“科学与生产联合体”,负责业务开始由导弹设计过渡到航天科技方面,著名的暴风雪号航天飞机便出自其手。1982年导弹部门移往锦旗设计局)各自提出方案竞标RVV-AE研发案,前者提出米格-23使用的R-24的改型,后者提出米格-25使用的R-40的缩小改进型。后来锦旗设计局的R-24改进型获胜,但由于这也不是很好的设计,因此新的设计主任找航空系统研究院(NIIAS)合作发展。

早在RVV-AE计划一开始,也就是锦旗与闪电两设计局还在竞争时,NIIAS也参考AMRAAM的数据进行了新一代导弹布局探索,自己也有了概略的设计概念:新的导弹弹体要小,弹翼不需要大。锦旗设计局与NIIAS合作后,NIIAS在计算机辅助下提出几项重要设计,首先,他们认为新型导弹弹翼面积要小,这样既能减少重量又能减少黏滞阻力。另外,提出最特别的网状尾翼,因为NIIAS认为网状尾翼控制性能好、重量轻。后来,参考了第五代战斗机的弹舱尺寸、载弹需求后,进一步将弹翼由小三角翼换为现在的低展弦比长方形翼,网状尾翼也设计成可向前折收式以便置于内弹舱,现有RVV-AE构型至此大致抵定。

R-77外形线条图

在RVV-AE进入发展阶段的前,NIIAS以及Istok“源头”科学生产联合体就大规模进行主动雷达引导头的研究工作,NIIAS的G.坤亚夫斯基(Gedaly Kunyavsky)曾长年在NIIP(仪表制造研究院,即后来的提赫米诺夫-NIIP,俄罗斯两大机载雷达公司的一)担任多种战斗机雷达的主任设计师,是主动雷达引导头研究的重要推手。基于这些研究结果,Istok及Agat“玛瑙”研究院(Agat Moscow-based Research Insitute,简称Agat MRI。自1958年起就负责苏联导弹的雷达引导头的研制与生产工作,目前是以防空系统闻名的Almaz-Antei集团的成员公司的一)合作完成引导头的细部设计、制造、测试等工作(NIIAS只负责研究阶段,没有加入制造测试阶段),并由后者负责批生产。

定型生产

RVV-AE于1984年开始原型弹测试准备。从1984年5月开始,R-77导弹作为米格-29C战斗机的武器系统的一部分被试验。测试工作在1991年侧底完成,并于1992年少量试产,1994年测试完成并开始批生产,生产型号为R-77。RVV-AE计划比美国AMRAAM晚几年,但却与后者约在同时开始测试(AIM-120A于1985年开始测试),可见苏联虽然是追随美国发展,但本身的技术底子却让他能迅速追上,令人佩服。

试射R-77的苏-30MK

不过刚开始时R-77批生产并不顺利,此因其研制末期已近苏联解体且负责单位部分位在乌克兰的故。本该掌握R-77生产技术的莫斯科Kommunar工厂(位于莫斯科,现为OAO Luks)因资金等因素而未能实时掌握整个生产线,以致于苏联解体时,尚有部分生产技术掌握在乌克兰首都基辅,如负责网状尾翼与制动机构的细部设计与生产的“火炬”设计局(Luch)及“阿尔切姆”生产公司(PO Artem,今GAKhK Artem)及生产9B-1348引导头的“共产党员”工厂(Kommunist,今“雷达”(radar)工厂)等,因此俄罗斯一开始还得以“进口”方式引进这些产品。不过不久后因中印分别采购配备R-77的苏-30MKK与苏-30MKI,使俄罗斯得以重建生产线。例如9B-1348E(9B-1348的外销型)引导头便由其研制者Agat MRI及NPO Istok生产。

米格-29S,苏-30,苏-35装备了这种导弹。在20世纪90年代,R-77导弹多次在国际展览中出现。

衍生型号编辑

R-77的后续发展型自1980年代末期便开始研发,至今有多种改型或改进方案,包括采用不同引导头的小改型、地对空型、以及采用传统布局的izd.180、采用火箭冲压推进的RVV-AE-PD等。"锦旗"[2]  设计局推出了多项R-77导弹的衍生型,这些导弹的模型频频出现于世界各大航空展。

R-77M

是R-77的增程型,使用了一台推力更强劲的火箭冲压喷气发动机,具备更大的射程和更快的飞行速度,已经进入俄罗斯空军服役。

R-77M-PD

俄罗斯编号为RVV-AE-PD。类似于欧洲MBDA导弹集团研制的"流星"导弹[2]  ,射程达到80海里(150千米),使用一台火箭冲压喷气发动机。这个项目最近的进展鲜为人知,但"三角旗"设计局表示,如果有国外客户对R-77M-PD感兴趣的话,"三角旗"设计局能以最快的速度完成整个设计试验计划,提供给外国客户使用。简氏集团据此猜测,R-77M和R-77M-PD未来也有可能进入中国空军服役。

技术特点编辑

气动布局

主翼在弹身中后段,长方形、低展弦比,十字排列;尾段则是相当有特色的网状弹翼,也是十字排列,能向前折收以便于运送、储藏、以及放置于弹舱。可以AKU-RVV-AE(AKU-170)弹射式发射架及APU-RVV-AE(APU-170)滑轨式发射架发射。

研究工作的完善是在知名设计师V.布加茨基的监督下进行的。他们设计了短的、锥形的机翼,代替传统的三角形机翼,这种机翼形状类似美国海军早期的地对空导弹系统。作为空对空导弹的RVV-AE的特点是它的可折叠机尾控制平面。超出翼展,在折叠位置它就不工作。由于R-77重量轻,长度短,可以在战斗机机身下面安装大量的这种导弹。而且,由于尾翼的弦很短,铰链矩很短,所以导弹只能依靠飞机本身的速度、海拔,角度进攻。它的力矩不允许超过1.5KGM,这就要求R-77导弹体积必须小,重量必须轻,并且需要利用电力有关引动器移动控制面。依据空气动力学原理,当攻击角度在40度以内时,导弹会有效的击中目标。他们使用的控制参数非常严谨。自然,它的控制面也有缺点,他的空气阻力很大并且需要很大的有效横截面。不过,在折叠位置时,这种情况得到了一定的缓解。

引导头

9B-1348E引导头

主动雷达引导头工作于J波段(10~30GHz,即波长1至3cm),早期用9B-1348E引导头,对RCS=5平方米的目标探测距离为10~15km,长604mm重16kg,口径200mm,采用机械陀螺所以热机时间较长(2分钟),且不是采可程序化设计因此无法以软件提升性能。

后来改用较先进的9B-1103M系列。9B-1103M系列引导头是AGAT MRI公司于1980年代开始研制的空空与地对空导弹通用引导头。其原型对RCS=5平方米的目标探测距离15到20km,长60cm,重14.5kg,口径200mm。

9B-1103M引导头

对比一下AIM-120的引导头

AGAT MRI后来以9B-1103M为基础依使用者不同开发一系列改型,包括R-77、R-27用的9B-1103M-200、地空导弹用的9B-1103M-350、及R-73雷达制导型用的9B-1103M-150(以上型号中末尾的数字表示口径的毫米数)。其中供R-77、R-27AE使用的9B-1103M-200对RCS=5平方米的目标的探测距离达25km;运算速度提升至每秒超过5,000万次,可程序化只读存储器(REPROM)容量64K;以光纤陀螺仪取代传统机械陀螺因而将热机时间由2min缩短至10sec;长度降至40cm,重量降至10kg。

以上所述可供R-77使用的引导头均能适应于高机动环境中,据称仅早期的9B-1348E的机动适应能力就优于AIM-120所用者。引导头的优良机动适应性让R-77注重高机动的控制面布局有发挥的空间。

机动能力

网状尾翼

R-77最大的布局特点在其网状尾翼,其有控制力量大、控制律易编写、高迎角性能好等对导弹性能有直接利益的特点,并有尺寸小、制造简单、制动转矩小(1.5kg*m)等附加优点。其能在少量增加阻力与雷达反射截面积(radar cross section, RCS)的情况下显着增强导弹的操控性。

网格翼的使用使R-77具备极佳的飞行性能,甚至具备大角度离轴发射能力。其离轴攻击角度一说+-90度,一说+-180度。相当于具备向量推力控制(TVC)能力的专用格斗导弹,虽然无法据此论断其大离轴角攻击时表现与有TVC的格斗导弹相比如何,但至少可知其机动性足以支持离轴攻击的需要。

西方早期称R-77为“AMRAAMMSki”,意思是“AMRAAM的翻版”。其实除了同为主动雷达制导、兼具中远距拦截与格斗能力外。两者在设计思维、性能特征上都有不小的差异。根据笔者归纳,美制AMRAAM(AIM-120)算是一种“兼具格斗能力的中远距拦截导弹”,而R-77则是“兼具中远距拦截能力的格斗导弹”。因此若仅将的视为AIM-120的对应产品而以AIM-120的使用模式来模拟R-77的使用模式,将可能造成许多错误的判断。

网格翼是造成这种差异的重要原因。

网格翼尺寸250x125mm,高约3~5cm,由不锈钢车铣制成,是苏联火箭常用的独特设计,SS-12、SS-20、SS-21、SS-23弹道导弹、SS-25洲际弹道导弹都有使用。后来由航空系统研究院(NIIAS)将其引入R-77空空导弹上。俄罗斯专家表示,网格翼在小幅增加阻力的情况下大幅增强控制能力;在各种马赫数与高度都非常稳定;能用很小的尺寸作出有效的控制面;启动力矩小,仅为传统翼面的1/10(所需转矩小于1.5kg*m),使得制动机构的尺寸及重量都可望减轻,仅需用电动机制动;并能提升高速机动性、低速稳定性等等,特别在超音速时有良好的控制性能。而网格翼的性能可由其网格的大小与数量的改变而改变。

性能数据编辑

性能

长3.6m;弹径0.2m;翼展0.75m,网格翼折叠后翼展约0.4m;发射重量175kg;弹头重21kg,装备杆状定向破片弹头;有效射程0.3km到约100km。可在载机机动8G以下时发射,自体G限35~40G,迎角变率可达150度/秒,失速迎角40度以上,可以对付至多12G机动的目标,极速超过3马赫,高空时可达4马赫;目标高度20m~25,000m(一说30,000m),目标速度小于3,600km/hr,目标与载机的高度差10km以下;抗地面杂波能力强,可以打击低空的巡航导弹及飞机;对战斗机类目标的单发杀伤率为0.7至0.8。具离轴发射能力,离轴角一说+-90度,一说+-180度。所用的固体火箭发动机总冲约14,000kgf.sec,比冲80秒(kg*sec/kg),略高于美制AIM-120(总冲11,780kgf.sec,比冲75秒)[1]  。

射程

依据公开资料,R-77射程范围300m~100km。300m系指追击时最小射程。迎头最大射程依资料来源不同有50、60、80、100km等数据,可能为操作条件不同所致,60km以下的数据为引导头探距的3~4倍左右,应为发射后不管模式时的最大射程;而80km与100km则必然是与数据链指令制导搭配后的射程。最大射程通常成立于高空、迎头条件下。并非任何时候都可发挥。R-77在最大射程60km时,追击射程20km;最大射程80km时,追击射程25km,低空最大射程20km。

服役事件编辑

根据英国《简氏防务周刊》的报道,R-77已经随着苏[2]  -30MKK一起进入中国空军服役,并且已经在2002年中由驻扎在安徽芜湖的苏-30MKK进行了测试性的发射试验。此举最终导致美国下决心出售AIM-120导弹给台湾,以平衡两岸的空中战力。

总体评价编辑

R-77虽为苏联因应AIM-120的威胁而开发的武器,然其技术特性与后者有不小的差异,以致两者的擅长领域不尽相同。应将R-77基本型视为“兼具中远距拦截能力的格斗导弹”较为恰当,而不应仅视的为AIM-120这类传统中距空空导弹的对应品。

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