[分享] 淺談一下高超音速武器

看板 Military
作者 mmmimi11tw (WHO維尼快樂組織)
時間 2023-05-26 21:30:47
留言 143則留言 (59推 1噓 83→)

jimmy借我一下 : 美軍的極音速飛彈近期好像頗有進展,相對於解放軍有科技優勢嗎? : 是說俄軍的極音速飛彈被愛國者攔截耶...... 我們先對高超音速 這個領域有個初步的概念, 下面會比較好進入內容 所謂的Hypersonic 高超音速(又叫做極音速) 是指速度遠高於超音速的狀態 一般而言分界的定義在五馬赫左右 而高超音速飛行器(武器) 自然就是指能夠達到五馬赫速度以上的飛行器 OK回到主題 我們通常提到的高超音速武器 指的是那一些用來對地對艦的飛彈 例如之前連續被擊落多枚的匕首飛彈 為什麼? 因為有一些區域防空飛彈本身也能夠達到五馬赫以上的速度 雖然依照廣義來說那也算是高超音速武器 不過一般通常都不會把他們歸類在一起 目前世界上的高超音速武器主要有三種類別,分別為 1.傳統的彈道飛彈(包含潛射空射) 2. 3. 使用Scramjet超音速燃燒衝壓引擎的高超音速巡弋飛彈 又叫作Hypersonic Cruise Missile,HCM 美軍則另外叫他HAWC (Hypersonic Air-breathing Wapon Concept) 傳統的彈道飛彈這個比較好理解,就先不提 前陣子被愛國者飛彈擊落多枚的X-47M2匕首飛彈 就是屬於這一種類型 https://i.imgur.com/9ZZmRUd.jpg
這是一種空射的彈道飛彈,由伊斯坎德爾飛彈衍生而來 這種空射武器需要由飛機搭載升空 當飛機在高空高速狀態下才可以釋放飛彈自行加速 (所以實際上匕首號稱的10馬赫內有包含米格31的2馬赫初速度) 扣掉初速度的話性能大約於原本的伊斯坎德爾差不多 至於HGV助推滑翔器這種東西他本身是一種彈頭 一般來說會先利用彈道飛彈的火箭助推器先把HGV送到太空 接著在太空和高層大氣利用動能和位能進行高超音速機動和滑翔 美中俄都對這種飛行器有研究 中國我們常聽到的就是東風17飛彈 https://i.imgur.com/yqGtHGg.jpg
看彈頭的外形很清楚的表示這是採用了乘波體外型 所謂的乘波體簡單來說就是利用飛行器的外型 來提高飛行器在高超音速的升阻比 當飛行器在飛行的時候 氣流因為飛機向前飛行 而在前段產生一個因為壓縮而形成的擾動(就是常聽到的激波) 這種構形的飛行器在飛行的時候 激波會跟機體平面做貼合 也就是飛行器本身會"騎"在激波上面 依靠激波本身的壓力來產生升力 這樣飛行器不見得一定要依靠機翼 也能夠靠壓縮升力和激波升力進行飛行 例如什麼 美國的LRHW飛彈 https://i.imgur.com/Is1tNcp.jpg
(Long Range Hypersonic Weapon) 他的彈頭採用的是雙錐體結構 叫做C-HGB,通用高超音速滑翔體 https://i.imgur.com/inPqMOD.jpg
還有美國前陣子多次試射失敗的AGM-183A ARRW飛彈 https://i.imgur.com/V6JiDBG.jpg
俄羅斯也有類似的東西 也就是Vanguard 先鋒,Yu-71/74 不過目前沒有看到實際的飛行器外型長怎樣 姑且就先不提 根據一些宣傳,這種飛行器可以利用連續的機動動作 或者是陡峭甚至不規則的路線來迴避飛彈防禦系統 以基本邏輯來說是沒有什麼問題 不過HGV這種形式的飛行器 當重返地球的時候 飛行器的表面會跟高層大氣開始摩擦升溫 當達到一定的溫度的時候 就會在機體外部形成一層包圍整個機體的電漿 這一層電漿就是所謂的黑障,會嚴重干擾無線電波通訊 也就是導引系統會受到很強力的干擾,足以影響飛行器的精度 美蘇以前的做法是使用比電漿本身的頻率還高的無線電波 來強制壓過電漿以達成繼續通訊 或者是設計飛行器的外形,讓某個部位受到電漿的影響可以減緩 即使克服了黑障,由於重返大氣會劇烈減速 在這狀態下任何一個機動動作都會使飛行器速度更加降低 就會增加被反彈道飛彈攔截的機率 再來是HCM高超音速巡弋飛彈 我們以美國的X-51 Waverider為例 https://i.imgur.com/bo3xzNQ.jpg
這種武器有一個很明顯的特徵 就是飛彈下部具有一個方形的進氣道以及很扁平的飛彈前段 跟滑翔式的高超音速武器不同 HCM是需要吸取空氣來讓超音速燃燒衝壓引擎運作的 Scramjet 超音速燃燒衝壓引擎由於無法在低速下運作 所以必須在尾部多一節火箭助推器 當飛彈從飛機上釋放後 火箭助推器會先把飛彈加速到一定的速度並拋棄掉助推火箭 這時候超音速燃燒衝壓引擎才會開始運作並讓飛彈持續加速 直接看影片會比較好理解 https://youtu.be/0aNsbb4_C9A
世界上類似的産品有美國的HAWC (示意圖) https://i.imgur.com/37mP9Oa.jpg
俄羅斯的3M-22鋯石 https://i.imgur.com/bJKp9zv.jpg
以及印度跟俄羅斯合作的BrahMos II https://i.imgur.com/LAC8Ink.jpg
(當然還有其他正在研發中的飛彈,在此只簡單提一下比較知名的) 今年1月30日 DARPA和洛克希德馬丁公司 一起報告了HAWC的最終飛行測試,與之前的飛行測試一樣 HAWC能夠在60000英尺(約18000公尺)的高空 以5馬赫(時速約6100公里)的速度 飛行超過560公里(350英里)並展示了改進的性能和能力 由於這種進氣式武器全程都在大氣層內飛行 所以會承受一定的大氣阻力 也就無法像彈道飛彈那樣動不動達到十幾馬赫的速度 通常這種形式的武器速度大約落在5馬赫左右 (俄羅斯的鋯石說他可以到9馬赫但我對那數字抱有很大的問號) 根據技術難度來做比較 在上述三種形式中 HCM的技術難度最大 首先是HCM由於不離開大氣層 在飛行中需要承受很大的阻力 這會導致飛行器長時間承受很大的應力 且HCM所必須使用的超音速燃燒衝壓引擎技術非常的困難 他本身的失敗率很高,X-51的失敗率甚至達到了50% 相當於要在颶風風力最強的區域內點一根蠟燭還不能讓他熄滅 https://youtu.be/EfJp2luk_IY
-- 回到一開始的話題 美國相對於中俄的優勢 是美國軍火開發商成功的讓這種武器能夠小型化 上頭提到的LRHW 每一輛車可以攜帶兩枚飛彈 在類似的性能條件(先假設性能接近)下 可以比中俄方的裝備高出一倍的打擊能力 自然也就提高了武器的打擊效果 且所有的設備都可以藉由運輸機直接帶著走 言下之意就是只要場地足以讓運輸機起降 那麼美軍就擁有數不清的火力基地可以運用 HAWC也是一樣的形式,美國海軍在先前的概念圖中 有打算讓這東西可以用F-35或F/A-18E/F來發射 https://i.imgur.com/qYYER6Q.jpg
https://i.imgur.com/JfmKDMQ.jpg
這種飛彈可以由戰機直接攜帶 發射 對於時機敏感的目標具有非常好的即時打擊效果 至於高超音速武器能不能被攔截 就下回再說(′▽‵)ノ -- https://i.imgur.com/vibeWnI.jpg
https://i.imgur.com/zM1Wape.jpg
--
這種助推滑翔器的變軌時機會是在部分中段和下降階段 在這之前 他的軌跡跟一般的彈道飛彈是一樣的 所以如果要提高攔截率的話 就得在還沒有開始變軌前就發射飛彈把他打下來 這兩種東西發射後都會繼續往上飛,以減少大氣阻力 這麼做理論上當然是可行 不過除了其他板友說的那些限制以外 還有更重要的事情就是 一枚飛彈裡面的固體火箭燃料只會工作一小段時間而已 剩下的就只能靠加速產生的動能來滑翔 這就是為什麼必須要走高拋彈道的原因 藉由把彈道拉高來額外增加一些動能和位能進而提高一些射程 wowu5 : 國軍未來的長程打擊武器應該要慎重考慮向極音速發展 05/27 01:38 對,實際上要考慮到的因素很多 空射型彈體重量減輕也會影響加速度 所以我只是講一個基本邏輯而已,實際上還有很多變數沒錯 哪裡誤導,LRHW跟海軍的CEP本來就是近乎一樣的東西 差別在於發射器不同跟對飛彈外型做一點微調而已 朱瓦特級本來就有預留艦體空間用於安裝這種武器 海軍未來也會在維吉尼亞級V上面特別多安裝一段酬載模組 對於軍艦和潛艦而言他的尺寸考量不是那麼的重要 因為他本身載台夠大 真要說考量的話陸地的載具運輸重要性遠高於軍艦搭載 因為如果彈道飛彈採用空射的話 可以免去從0高度0速度到高空所需要承受的大氣阻力和燃料消耗 (從地面到高空的消耗可以用飛機來代替) 如果把飛彈尺寸加大的話,就等同於額外增加重量 自然阻力就會跟著增加,燃料在初始階段會消耗的更快 根據一些媒體報導 LRHW/CPS的精度可以達到15公分 https://i.imgur.com/MXxA2TZ.jpg
如果屬實的話,那麼這種武器會是世界上精度最高的飛彈
※ 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 39.10.73.36 (臺灣)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Military/M.1685107850.A.FD7.html

Edison1174 : 推05/26 21:32

wowu5 : HAWC是美軍研究案的名稱,一般統稱是超音速巡航飛彈05/26 21:36

wowu5 : hypersonic cruise missile05/26 21:36

wowu5 : *極音速05/26 21:36

holysong : 看不懂推,很多失敗案例,路還很長05/26 21:37

mmmimi11tw : 對,正確來說應該要叫HCM高超音速巡弋飛彈05/26 21:38

mmmimi11tw : 我修改一下好了05/26 21:38

wowu5 : 極音速啦,那個「超音速」是我打錯字05/26 21:38

wowu5 : https://i.imgur.com/R8VcXGG.png05/26 21:42

cloudfour : 推05/26 21:42

weimr : 長知識,推05/26 21:46

utn875 : 推!05/26 21:57

s870158 : 推一下 這篇分析的尚算可接受。05/26 22:03

barbarian72 : 樓上你的烏克蘭是納粹的證據要拿出來了嗎?05/26 22:10

to1322 : 好文 這已經不是淺談了05/26 22:12

attitudium : 看軍武長知識05/26 22:12

to1322 : 相當有內容 推05/26 22:13

barbarian72 : 某樓造謠就算了,還好意思點評別人的文章尚算可接05/26 22:14

barbarian72 : 受?怎麼不發一篇你完全可以接受的文章出來給大家 05/26 22:14

barbarian72 : 看看05/26 22:14

s8626460 : 拜讀,感謝分享 05/26 22:16

AntiqueTea : 附議+1,想看某S寫一篇高級可接受的軍事專業文章! 05/26 22:32

iAsshole : 好文就要推。 05/26 22:32

jackchuang : 推 05/26 22:32

sam1999 : 推爛 05/26 22:36

aslpo : 感謝 推 05/26 22:44

kuroro94 : 感謝資訊,講得淺顯易懂阿,軍盲救星 05/26 22:57

hprince : 沒想到除了要夠快也要解決速度太快導致導引的問題05/26 22:58

hprince : 長知識了 05/26 22:58

kuroro94 : 這樣科普好處是能幫助門外漢了解武器及建軍都不易 05/26 22:58

st89702 : 推 05/26 22:59

kuroro94 : 百姓價值觀與現役能貼拉近些是國家之福 05/26 23:00

sweetorz : 專業,講解更是專業之上,強者給推 05/26 23:21

ryannieh : 速度又不能疊加…不要亂講… 05/26 23:30

mmmimi11tw : 誰跟你說速度不能疊加的05/26 23:35

mmmimi11tw : 試問一架以兩馬赫速度飛行的米格3105/26 23:41

mmmimi11tw : 他機腹那一顆匕首飛彈的速度05/26 23:41

mmmimi11tw : 相對於地面靜止物體而言請問他的速度是0還是兩馬赫?05/26 23:41

MartianIT : 國中理化程度 XD05/26 23:50

Morisato : 又不到相對論的應用範圍,速度是可以疊加的05/26 23:52

worse77 : 說速度不能疊加好像也對,因為兩馬赫的用意是 05/26 23:54

leung3740250: 國文爛到連小學教的省略號都不會用的就別去討論國05/26 23:54

leung3740250: 中物理了 05/26 23:54

worse77 : 為了衝壓引擎的工作效率,而不是為了疊加速度 05/26 23:54

worse77 : 大概是這個意思吧.......(個人胡亂理解) 05/26 23:55

skyhawkptt : 推!好想寫這種清楚易懂的專業文!(掩面) 05/27 00:11

Su22 : 推! 05/27 00:14

nanozako : 空射速度不能相加... LRASM表示難過 05/27 00:15

adagiox : 問一下以愛國者這種末端防空飛彈來說 是彈道飛彈或 05/27 00:38

adagiox : 是HGV對他攔截有影響嗎?05/27 00:38

adagiox : 像我們知道SM系列攔截在中段 HGV可以有限變軌所以攔 05/27 00:39

adagiox : 截會比彈道飛彈高 05/27 00:39

adagiox : 對薩達而言因為都是上升段攔截 彈道跟HGV攔截難度理 05/27 00:39

adagiox : 應一樣 05/27 00:39

wowu5 : PAC雖然射程是末端但理論上雷達早就看到BM軌道目標 05/27 00:42

adagiox : 在問一個問題是匕首出去還會再上升高度到40-50公里 05/27 00:44

wowu5 : HGV跟HCM大部份時間都是在雷達地平線以下05/27 00:44

adagiox : 以上嗎嗎?還是就是差不多載具當時高度點燃飛行 熄05/27 00:44

adagiox : 火後就直接滑翔?05/27 00:44

patentshit : 米格31不只給他初速,還給了高度,能量不用耗在克05/27 00:44

patentshit : 服重力位能05/27 00:44

wowu5 : 可以有效地壓縮守方的反應時間(HCM又比HGV更低一點)05/27 00:45

wowu5 : 匕首就是空射SRBM,一定是在發射後再拉高進入軌道 05/27 00:47

wowu5 : 要是它只有滑翔的話那就只是一般的空射CM05/27 00:48

kdjf : 火箭引擎是衝量推進裝置,速度越低時(動能上)越沒效 05/27 00:54

kdjf : 率 05/27 00:54

adagiox : 只是好奇匕首如果當CM丟 沒用高度換更多速度但求高 05/27 00:56

adagiox : 度低一點 射程也犧牲 有沒有搞頭r 雖然載具會比較危 05/27 00:56

adagiox : 險 但能不能走HCM後半段那個路徑 05/27 00:56

wowu5 : 匕首天生就是彈道飛彈,燒固體燃料的火箭引擎05/27 00:58

Schottky : @adagiox 固態火箭拿來這樣用當然可以,射程悲劇05/27 00:59

wowu5 : CM就是應該用噴射發動機(也就是所謂「吸氣式」才對05/27 00:59

kdjf : 用火箭引擎在低空飛也超級沒效率的05/27 00:59

adagiox : 壓低高度比沖不好就是了 05/27 00:59

wowu5 : 匕首那個頂多只能把彈頭改成HGV 05/27 01:01

kdjf : 不是比衝不好,而是大氣密=>速度低=>衝量引擎效率低 05/27 01:01

Schottky : 射程大概會跟 AIM-120 差不多吧 05/27 01:02

wowu5 : BTW 俄軍只有匕首才有空射型 05/27 01:04

wowu5 : 俄軍發展中的HGV跟HCM目前都只是陸上/海上平台發射05/27 01:05

Schottky : 因為太大顆飛機載不動05/27 01:05

Sirctal : 其實看到匕首這樣,就不用太期待雲峰的作戰效益05/27 01:15

Sirctal : 之前的討論就提到三馬赫高空巡弋速度實在不夠快05/27 01:15

Schottky : 假設真的有雲峰,他的對手也不是愛國者三05/27 01:18

Schottky : S-300 攔截飛彈的效果,可以問莫斯科號05/27 01:18

Sirctal : 有能力可以攔彈道飛彈的防空系統應該都有機會攔截05/27 01:19

Sirctal : S-300 喔呵呵 不過 S-400 應該有機會05/27 01:20

wowu5 : 高空CM不就跟一般飛機沒兩樣05/27 01:20

Schottky : 希望將來 S-400 或 S-500 有個實際戰例給我們聞香05/27 01:21

nanozako : 莫斯科號是可能連雷達都沒開的特例 不適合比較05/27 01:23

nanozako : 另外雲峰的構型資料來源是...上朱,這可信度就 嗯05/27 01:26

nanozako : 他雲峰連載20年,中間構型變來變去 沒啥好說的05/27 01:26

dkprotecter : 推05/27 01:26

adwn : 推05/27 01:35

wowu5 : 這次戰爭就顯示傳統的CM/BM很容易就被防到05/27 01:38

Schottky : 確實莫斯科號的狀況怎麼看都不正常,只適合拿來嘲笑 05/27 01:44

Mystiera : 其實這次經驗CM還是滿難擋的 偵測距離太短 05/27 01:51

nanozako : 極音速就有$$問題,不好攔但數量也多不起來 05/27 02:00

nanozako : 各國最後應該走的是混搭這種高低配 台灣大概也一樣 05/27 02:00

Schottky : 只存在上朱幻想中的東西就先不管了吧 05/27 02:03

Bf109G6 : 傘兵從C130上面往下跳 對於地面上的觀察者而延 試問05/27 02:09

Bf109G6 : 他會鉛質往下自由落體 還是帶著初速呈現斜拋軌跡(?) 05/27 02:09

Bf109G6 : *而言 *鉛直 05/27 02:09

wowu5 : 答案:He ain't gonna jump no more 05/27 02:14

jimmy8019 : 推 05/27 02:35

jun707 : 在地面上發射極速能夠八馬赫的飛彈 本來就不代表在 05/27 02:54

jun707 : 兩馬赫飛機上發射可以十馬赫 風速不同 空氣阻力不同05/27 02:54

jun707 : 空氣密度也會影響燃燒效率 還有一些材料強度的問題05/27 02:54

jun707 : 這些不能看的這麼理所當然05/27 02:54

jun707 : 相對於地面八馬赫和十馬赫的飛彈 要達到相同的加速05/27 02:57

jun707 : 度以及同樣精度的方向控制所增加的難度 都不是用兩05/27 02:57

jun707 : 馬赫的飛機發射可以解決的05/27 02:57

black82465 : 你誰阿 證據先拿出來 還尚可接受05/27 06:36

cwjchris : 所以空射那個是預算被砍而已還是計劃被砍掉了? 05/27 06:55

mmmimi11tw : 計畫快要直接被砍掉了,剩下兩次試射而已05/27 07:26

TWNOTCHINA : 感謝版主分享 這篇好詳細05/27 07:39

classskipper: 推 05/27 08:21

Pegasus170 : 感謝分享 05/27 08:26

sank : 推 05/27 08:26

fw190a : LRHW小型化是船載考量為主吧?從一車雙彈推論雙倍 05/27 08:47

fw190a : 打擊能力,用詞上挺誤導的,這類型武器的卡車載具 05/27 08:47

fw190a : 成本,本來就不是重點,另外即使射程相近,彈頭重量 05/27 08:47

fw190a : /殺傷力也是可能有差別的。05/27 08:47

kira925 : 空射有兩個計畫吧 一個要成了另外一個要倒了05/27 09:07

laeva75 : 彈道飛彈用空射有什麼優勢啊?怎不吧陸射的火箭搞 05/27 10:05

laeva75 : 大管一些就好?05/27 10:05

ctw01 : 推很詳細05/27 10:43

basicircle : 精準比提高彈頭威力重要多了05/27 10:56

basicircle : 俄國飛彈比美國大 不代表彈頭比較大 那只是沒法做05/27 11:02

basicircle : 到美國那麼小05/27 11:02

basicircle : 彈頭的威力當然是越高越好 但是考慮到整體重量 造 05/27 11:16

basicircle : 價 載具 數量 彈頭通常是依最低有效值開始設計 05/27 11:16

basicircle : 然後增加數量 所以看到那些可對比的武器彈頭差不 05/27 11:19

basicircle : 多那區間 05/27 11:19

basicircle : 可以算一下 殺傷半徑x2 =面積x4 彈頭威力x8 當然 05/27 11:24

basicircle : 這有很多變數 只是彈頭不是越大越好 05/27 11:24

Bupolo : 推推 05/27 12:20

jerry1999713: 推推,感謝大大的整理與分享,終於讓我搞懂了這部 05/27 14:38

jerry1999713: 分 05/27 14:38

wahaha99 : 彈頭在速度與精度提高的情況下是相對可以犧牲的 05/27 16:11

wahaha99 : 就好比愛三值接用動能彈打 05/27 16:12

wahaha99 : 因為打得夠準 05/27 16:12

Schottky : 選用何種彈頭要看目標物性質吧,船艦用動能彈效果差 05/27 16:36

Schottky : 雖說雪菲爾號差不多等於是一顆亞音速動能彈就擊沉了 05/27 16:38

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