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剪水鹱的博客

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电磁炮弹与舰空导弹  

2015-02-14 19:52:42|  分类: 海军 |  标签: |举报 |字号 订阅

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电磁炮弹飞行速度快吗? - puffinus - 剪水鹱的博客

电磁炮的炮口初速显著高于常规化学能火炮,但炮口初速快并不意味着整个飞行过程的平均速度就一定快。由于空气阻力的存在,炮弹离开炮口后飞行速度持续下降,炮弹重量越轻,存速能力越差。上面这张来自波音公司中口径电磁炮弹的宣传资料显示,以每秒 2000 米速度离开炮管的电磁炮弹以平直弹道飞行 3 秒钟后已覆盖了 3 + 海里的距离,确实令人印象深刻,但速度也下滑 25% 至 1500 米/秒,短短 3 秒钟已将 44% 的动能 “送” 给了低空稠密大气。继续前进 4 秒后 (需要注意波音华丽地忽视了小数点之后的数字) 电磁炮弹降速至 1000 米/秒,能量水平下降至发射伊始的 1/4,走完大约 6 海里/11 千米距离耗时 7(+)秒,而非按炮口初速计算的 5.5 秒。此前笔者曾假设 8 兆焦电磁炮弹的动能流失率为每千米 10%,整体而言实际上比波音公司的估计更为乐观 (11 千米处炮弹存速可达 1120 米/秒,剩余动能为炮口处的 31%+)。

仍然使用略为乐观但大体与波音数据吻合的千米降速 5%+ 的假设,可以算出 8 兆焦级中口径电磁炮弹飞行 20 千米耗时 18 秒 (使用每千米航段的初始速度为基准进行计算并忽略小数点之后的数字),平均速度略高于 3 马赫。覆盖 25,30,35 千米距离分别花费 27,38,52 秒,平均速度相应只有 926,789,673 米/秒。抵达 35 千米处时 8 兆焦级电磁炮弹的存速已降至音速以下。

32 兆焦级电磁炮弹投射重量超过 10 千克,存速能力相应较 8 兆焦版本更胜一筹,但穿行于低空稠密大气中的平均动能损失率据乐观估计仍可接近每千米 5%。按照炮口初速 2500 米/秒,千米降速 2.5% 计算,32 兆焦级电磁炮弹覆盖 20,25,30,35,40,45,50 千米距离分别耗时 10.9,14.5,18.6,23.2,28.4,34.4,41.1 秒,对应的平均飞行速度为 1800+ 米/秒,1700+ 米/秒,1600+ 米/秒,1500+ 米/秒,1400+ 米/秒,1300+ 米/秒,1200+ 米/秒。重弹的优越性显而易见。但以 “伯克” 级悲催的电气功率,按整体能效 20% 计算,32 兆焦电磁轨道炮的理论持续最大战斗射速 (其它用电器全部关闭) 还不到每分钟 3 发,比较现实的持续战斗射速大概也就每分钟 1 发,实在是太慢了。即使采用庞大昂贵的储能阵列预先囤够足以发射数十发炮弹的电能,炮身冷却需要的时间仍意味着 32 兆焦电磁炮的爆发射速不超过每分钟 10 发,与垂直发射导弹相比火力密度依然望尘莫及。

电磁炮弹与舰空导弹 - puffinus - 剪水鹱的博客

新型中近程舰空导弹普遍采用双脉冲固体火箭发动机 (迅猛加速 + 定速巡航),只需数秒即可加速至巡航速度。CAMM 的巡航速度为 1020 米/秒,有效射程 25 千米 (可能由巡航发动机工作时间界定),若假设其匀加速 3 秒后达到巡航速度 (最小射程 1530 米),则飞行 5 秒,10 秒,15 秒,20 秒后分别抵达 3570 米,8670 米,13770 米,18870 米位置,平均速度相应为 714,867,918,944 米/秒。20 千米射程的平均飞行速度约 950 米/秒,与 8 兆焦电磁炮弹已经没有实质性差异。25 千米射程平均速度超过 960 米/秒,犹在 8 兆焦电磁炮弹之上。配备双向数据链和主动雷达末制导系统,战斗部也远大于 8 兆焦电磁炮弹的 CAMM,单发杀伤概率显然要比 8 兆焦电磁炮弹高得多。由于无法效仿常规火炮通过实施密集射击补偿单发杀伤概率低的劣势,8 兆焦级电磁炮在 CAMM 级别导弹动力射程远界上执行防空任务时的竞争力极其糟糕,充其量只能与基线版 RAM 和常规中口径舰炮抢夺拦截零星漏网之鱼的末段防御蛋糕。

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ESSM 的巡航速度超过 4 马赫。如果假定其巡航速度为 1400 米/秒,加速时间为 4 秒 (最小射程 2800 米),则飞行 27 秒后 ESSM 已离开发射舰 35 千米,平均速度 1296 米/秒,与 32 兆焦级电磁炮的差距并不明显。ESSM 飞行 38 秒后到达其动力射程边缘的 50400 米位置,此时平均速度为 1326 米/秒,高于相同射程情况下 32 兆焦电磁炮的水平。安装了孔径较大的半主动雷达 (可升级至主动雷达) 寻的头,战斗部重达 39 千克 (BAE 高速投射体 High Velocity Projectile HVP 电磁炮弹全重 28 磅/12.7 千克,有效载荷仅 15 磅/6.81 千克,炮口初速 2500 米/秒时炮口动能 40 兆焦) 的 ESSM,单发杀伤概率远非 32 兆焦级电磁炮弹所能及。 

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垂直发射舰空导弹腾空后调整指向固然需要时间,但电磁炮的炮塔旋转至射击位置需要的时间更长。127 毫米舰炮的转向率为每秒 30 度,从中立位置旋转到垂直于战舰长轴耗时达 3 秒钟。电磁炮系统庞大复杂,快速指向能力很难比 127 毫米舰炮更强。考虑到炮塔旋转所消耗的时间,即使在攻击电磁炮水天线 (按照炮口离开海面 9 米,目标处于海平面高度计算,距离为 12 千米,应该说已经到了白刃战距离,而且对离开炮口后飞行速度持续下降的电磁炮弹有利) 上的敌对物时,电磁炮与导弹相比,也已谈不上具有值得一提的快速接战能力优势 (保守假设 CAMM 发射及转向耗时 1 秒,反小艇版 CAMM 到达 12 千米位置仍只需要 11.8 秒,而炮塔旋转时间为 3 秒的 8 兆焦版电磁炮从开始转动炮塔到炮弹击中 12 千米外的目标同样需要 11 秒以上)。

PS
考虑到 ESSM 采用高抛弹道的因素,其实际耗时将比按照直线飞行计算得出的结果更长。假定弹道高点距海平面 9000米,导弹以 45 度角爬升,水平巡航,末段以 45 度角俯冲,则 50 千米射程的实际飞行距离为 57.5 千米,耗时 43 秒,仅比按照(完全不现实的)直线弹道计算出来的 32 兆焦电磁炮弹的 50 千米飞行时间长大约 2 秒钟。由于炮塔转动所需要的时间比垂直发射过程更长,32 兆焦电磁炮弹与 ESSM 舰空导弹将大致同时抵达离开发射舰 50 千米的位置。
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