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[分享] 淺談一下高超音速武器

看板Military標題[分享] 淺談一下高超音速武器作者
mmmimi11tw
(WHO維尼快樂組織)
時間推噓59 推:60 噓:1 →:83

jimmy借我一下

※ 引述《jimmy5680 (還想飛的企鵝)》之銘言:

: 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.以彈道飛彈為基底衍生出來的HGV助推滑翔器
(Hypersonic Glide Vehicle)

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




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※ PTT 留言評論
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 39.10.73.36 (臺灣)

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※ 編輯: mmmimi11tw (39.10.73.36 臺灣), 05/26/2023 21:37:04

Edison1174 05/26 21:32

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

wowu5 05/26 21:36hypersonic cruise missile

wowu5 05/26 21:36*極音速

holysong 05/26 21:37看不懂推,很多失敗案例,路還很長

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

mmmimi11tw 05/26 21:38我修改一下好了

※ 編輯: mmmimi11tw (39.10.73.36 臺灣), 05/26/2023 21:39:54

wowu5 05/26 21:38極音速啦,那個「超音速」是我打錯字

wowu5 05/26 21:42https://i.imgur.com/R8VcXGG.png

cloudfour 05/26 21:42

weimr 05/26 21:46長知識,推

utn875 05/26 21:57推!

s870158 05/26 22:03推一下 這篇分析的尚算可接受。

※ 編輯: mmmimi11tw (39.10.73.36 臺灣), 05/26/2023 22:09:32

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

to1322 05/26 22:12好文 這已經不是淺談了

attitudium 05/26 22:12看軍武長知識

to1322 05/26 22:13相當有內容 推

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

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

barbarian72 05/26 22:14看看

s8626460 05/26 22:16拜讀,感謝分享

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

iAsshole 05/26 22:32好文就要推。

jackchuang 05/26 22:32

sam1999 05/26 22:36推爛

aslpo 05/26 22:44感謝 推

kuroro94 05/26 22:57感謝資訊,講得淺顯易懂阿,軍盲救星

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

hprince 05/26 22:58長知識了

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

st89702 05/26 22:59

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

sweetorz 05/26 23:21專業,講解更是專業之上,強者給推

ryannieh 05/26 23:30速度又不能疊加…不要亂講…

mmmimi11tw 05/26 23:35誰跟你說速度不能疊加的

mmmimi11tw 05/26 23:41試問一架以兩馬赫速度飛行的米格31

mmmimi11tw 05/26 23:41他機腹那一顆匕首飛彈的速度

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

MartianIT 05/26 23:50國中理化程度 XD

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

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

leung374025005/26 23:54國文爛到連小學教的省略號都不會用的就別去討論國

leung374025005/26 23:54中物理了

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

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

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

Su22 05/27 00:14推!

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

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

adagiox 05/27 00:38是HGV對他攔截有影響嗎?

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

adagiox 05/27 00:39截會比彈道飛彈高

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

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

adagiox 05/27 00:39應一樣

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

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

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

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

adagiox 05/27 00:44火後就直接滑翔?

這兩種東西發射後都會繼續往上飛,以減少大氣阻力

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

patentshit 05/27 00:44服重力位能

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

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

wowu5 05/27 00:48要是它只有滑翔的話那就只是一般的空射CM

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

kdjf 05/27 00:54

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

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

adagiox 05/27 00:56險 但能不能走HCM後半段那個路徑

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 05/27 00:58匕首天生就是彈道飛彈,燒固體燃料的火箭引擎

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

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

kdjf 05/27 00:59用火箭引擎在低空飛也超級沒效率的

adagiox 05/27 00:59壓低高度比沖不好就是了

wowu5 05/27 01:01匕首那個頂多只能把彈頭改成HGV

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

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

wowu5 05/27 01:04BTW 俄軍只有匕首才有空射型

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

Schottky 05/27 01:05因為太大顆飛機載不動

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

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

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

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

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

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

wowu5 05/27 01:20高空CM不就跟一般飛機沒兩樣

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

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

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

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

dkprotecter 05/27 01:26

adwn 05/27 01:35

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

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

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

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

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

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

Schottky 05/27 02:03只存在上朱幻想中的東西就先不管了吧

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

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

Bf109G6 05/27 02:09*而言 *鉛直

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

jimmy8019 05/27 02:35

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

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

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

jun707 05/27 02:54 這些不能看的這麼理所當然

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

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

jun707 05/27 02:57馬赫的飛機發射可以解決的

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

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

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

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

※ 編輯: mmmimi11tw (39.10.10.129 臺灣), 05/27/2023 07:28:12

※ 編輯: mmmimi11tw (39.10.10.129 臺灣), 05/27/2023 07:34:40

TWNOTCHINA 05/27 07:39感謝版主分享 這篇好詳細

※ 編輯: mmmimi11tw (39.10.10.129 臺灣), 05/27/2023 07:54:16

classskipper05/27 08:21

Pegasus170 05/27 08:26感謝分享

sank 05/27 08:26

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

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

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

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

fw190a 05/27 08:47/殺傷力也是可能有差別的。

※ 編輯: mmmimi11tw (39.10.10.129 臺灣), 05/27/2023 09:04:40

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

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

laeva75 05/27 10:05大管一些就好?

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

ctw01 05/27 10:43推很詳細

basicircle 05/27 10:56精準比提高彈頭威力重要多了

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

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

basicircle 05/27 11:02到美國那麼小

※ 編輯: mmmimi11tw (39.10.10.129 臺灣), 05/27/2023 11:02:53

※ 編輯: mmmimi11tw (39.10.10.129 臺灣), 05/27/2023 11:04:46

※ 編輯: mmmimi11tw (39.10.10.129 臺灣), 05/27/2023 11:05:44

※ 編輯: mmmimi11tw (39.10.10.129 臺灣), 05/27/2023 11:15:11

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

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

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

basicircle 05/27 11:19多那區間

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

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

Bupolo 05/27 12:20推推

jerry199971305/27 14:38推推,感謝大大的整理與分享,終於讓我搞懂了這部

jerry199971305/27 14:38

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

wahaha99 05/27 16:12就好比愛三值接用動能彈打

wahaha99 05/27 16:12因為打得夠準

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

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

hsnu310693 05/28 00:57未看先推!