格斗导弹(英文名:dogfight
导弹),是指空战中交战双方在目视距离内格斗作战使用的导弹。
随着飞机性能的发展,机炮缺陷逐渐显露,飞行员希望有一款性能更强的新式空战装备。20世纪50年代,
美国研制出了第一种红外型
空空导弹——“
响尾蛇”。第一代红外导弹采用单元非制冷的
pbs探测器,主要用于攻击亚音速
战略轰炸机,飞行员在战术使用上只能从目标的尾后采用追击方式进行攻击。第二代红外导弹采用单元致冷硫化铅或
锑化铟探测器,主要用于攻击
超音速轰炸机和
歼击机,飞行员可以从目标尾后较大范围内进行攻击,增加了战术使用灵活性。第三代红外导弹采用高灵敏度的单元或多元致冷锑化铟探测器,能够从前侧向探测目标,具有离轴发射能力,机动过载达35g以上,真正具备了近距格斗能力。第四代红外导弹采用了红外成像制导、小型捷联惯导、气动力/
推力矢量复合控制等关键技术,能有效攻击载机前方±90°范围的大机动目标,具有较强的抗干扰能力,可以实现“看见即发射”,降低了载机格斗时的占位要求。第四代红外导弹典型代表有美国的“响尾蛇”AIM-9X、
英国的
AIM-132先进短程空对空导弹(现属于
欧洲导弹集团MBDA)、以
德国为主多国联合研制的
IRIS-T近程空对空导弹等。
格斗导弹在气动布局上从“大攻角、非线性气动力外形布局设计”到“超大攻角、极小
展弦比、直接力/气动力复合以及一体化设计”,使气动布局更加合理。配备推力矢量控制系统,使
导弹在低速、高空飞行状态下仍然可以产生较大的横向过载。采用红外制导,在对目标的探测、识别、跟踪过程中,测量目标运动等参数,形成导引信号,传输给导弹制导回路,控制导弹飞向目标。同时采用捷联惯导技术,使格斗导弹具有发射后截获能力和实现越肩发射能力。选择以破片杀伤效应为主的
战斗部类型,以弥补导弹命中精度方面的不足,提高格斗导弹战斗部的杀伤范围。
发展历程
研制背景
空中交战的雏形是从使用手枪、步枪开始,但其恐吓意义远大于实战意义。1930年
航空机炮服役,空战进入“近身肉搏”的机炮时代,
第二次世界大战期间机炮是战斗机唯一具有作战效益的空战武器。随着飞机飞行速度越来越快、机动战术越来越多,机炮固有的射程近、弹道直、单发杀伤威力不够等缺陷也逐渐暴露。为了解决这一问题,飞行员迫切希望能有一种攻击距离更远、攻击占位更宽松、有一定自主攻击能力的新式空战装备。战争驱使德国人又一次率先发明出一种“颠覆性的空战武器”。1943年初,
德国的Kramer博士开始设计X-4
空空导弹,这被公认为是世界上第一个可供实战使用的空空导弹。
第二次世界大战后,
美苏冷战推动了
导弹装备与技术的发展。1946年,美国海军军械测试站的麦克利恩博士开始研制一种“寻热火箭”。1949年11月,他设计出了红外导引头的核心——红外探测器。以此为基础,
美国在1953年研制出了第一种红外型空空导弹——“响尾蛇”。
主要代际
第一代格斗导弹
20世纪50年代,第一代空空导弹开始服役,实现了空空导弹从无到有的跨越,使得飞行员有了在
航空机炮射程以外摧毁目标的武器。第一代
空空导弹就建立了红外与雷达两种制导体制,此后两种体制一直并存并沿着各自的道路发展。第一代红外弹采用单元非制冷的硫化铅探测器,工作在近红外波段,只能探测飞机发动机尾喷口的红外辐射,主要用于攻击亚音速轰炸机。飞行员在战术使用上只能从目标的尾后采用追击方式进行攻击,在空战中很难觅得发射时机。第一代红外弹的典型代表有美国的“响尾蛇”AIM-9B、苏联的K-13等。
第二代格斗导弹
第二代空空导弹于20世纪60年代中期开始服役,重点解决了第一代导弹空战中暴露的性能和可靠性问题。从这一代开始,逐渐形成近距用红外
导弹,中距用雷达导弹的作战运用体系。第二代红外弹采用单元致冷
pbs或
锑化铟探测器,敏感
波段延伸至中红外,探测灵敏度提高,可探测飞机
发动机的尾焰,主要用于攻击
超音速战略轰炸机和
歼击机。飞行员可以从目标尾后较大范围内进行攻击,增加了战术使用灵活性。第二代红外弹主要有
美国的“响尾蛇”AIM-9D、
苏联的“蚜虫”P-60等。
第三代格斗导弹
20世纪80年代是
空空导弹发展的黄金时期。对第一、二代导弹研制道路与实践经验教训的归纳总结,结合精确制导技术的发展,使第三代导弹的技术升级做到了有的放矢。第三代红外弹采用高灵敏度的单元或多元致冷
锑化铟探测器,能够从前侧向探测目标,具有离轴发射能力,机动过载达35以上,作战运用灵活性大幅提高,真正具备了近距格斗能力。第三代红外弹典型代表有
美国的“响尾蛇”AIM-9L、
苏联的P-73和中国的PL-9C等。
第四代格斗导弹
20世纪后20年的几次局部战争表明,空中力量对战争胜负起着至关重要的作用,
空空导弹作为空战的主要武器成为世界军事强国优先发展的装备。第四代红外弹采用了红外成像制导、小型捷联惯导、气动力/
推力矢量复合控制等关键技术,能有效攻击载机前方±90°范围的大机动目标,具有较强的抗干扰能力,可以实现“看见即发射”,降低了载机格斗时的占位要求。典型代表有
美国的“响尾蛇”AIM-9X、
英国的
AIM-132先进短程空对空导弹(现属于
欧洲导弹集团MBDA)、以
德国为主多国联合研制的
IRIS-T近程空对空导弹等。
基本设计
气动设计
空空导弹通常在大气层内飞行,大多采用有翼结构,利用空气动力提高导弹的操作性能和稳定性。弹翼和舵面大多采用“+”形或“X”形配置,舵面在翼面之前的称为“鸭”式配置,舵面在翼面之后的则为正常配置,也有的采用其他配置方式。
20世纪70年代后,空空导弹的气动设计开始向大攻角、非线性气动力外形发展。例如
美国的第三代红外制导格斗
导弹AIM-9X,AIM-9X导弹仍然采用圆柱形弹体,但头部略有改变,以减小气动阻力。为了获得较高的转弯速度,保留了常规鸭式气动布局,但用三角形舵面替代了原来的双三角形舵面,与弹翼呈"X-X"交叉状排列。同时还考虑到战斗机的
挂载特点,相应减小了控制舵面的结构尺寸,削去了弹翼的翼尖,使
翼展为406毫米。20世纪80年代后,
空空导弹气动布局特点是“超大攻角、极小
展弦比、直接力/气动力复合以及一体化设计”。例如
俄罗斯的AA-11是世界上第一个将直接力(
推力矢量)和气动力结合起来设计的空空导弹。
推力矢量控制
推力矢量控制是一种通过控制
发动机主推力相对于弹轴的偏移来产生所需控制
力矩的控制技术。推力矢量控制的特点使
导弹的机动性不依赖于飞行环境,其机动加速度和转弯依靠控制导弹推力矢量的方向得到,而与它的飞行速度,飞行高度无关,这对于导弹的初始飞行段(速度较低)和高空飞行段(空气稀薄)的控制特别有益”。推力矢量控制系统使导弹在低速、高空飞行状态下仍然可以产生较大的横向过载,这一点是常规的
空气动力学翼面控制系统根本无法比拟的。另外,
推力矢量控制技术的采用使导弹在初始飞行段可以获得较大的过载,这对于消除初始发射误差,提高制导精度具有重要意义。格斗导弹使用推力矢量控制技术具有增大导弹的攻击区,减小导弹舵
翼展、提高导弹的快速性等优点,这些优点对于近距格斗型
空空导弹具有特殊的价值。推力矢量控制技术在现代空空导弹的设计中得到了广泛的应用。
制导
红外制导
红外制导技术主要可以分为红外成像制导技术和红外非成像制导技术两大类。虽然非成像红外制导技术发展的时间更长,但是其后出现的红外成像制导技术却拥有比其更大的优势(抗干扰能力更强、目标识别能力更强、制导精度更高)。红外成像制导技术的原理跟电视制导技术有点类似,但是电视制导系统难以在
能见度低和夜间工作,而红外成像制导却不受这些条件的限制。
以
美国的响尾蛇AIM-9X为例,其
导弹头部设计安装了一个灵敏度非常高的传感器———红外线探测器,这种探测器能够捕获到敌方目标辐射出来的红外信号,即使信号强度非常小,也能够成功将信号捕获。自导弹发射后,红外探测器会一直跟踪敌方目标,只要敌方目标在飞行,就一定会发出红外辐射,所以只有在导弹命中敌方目标或者敌方目标不再发出红外发射时,探测器才会停止跟踪目标,这一特点让
AIM-9响尾蛇导弹在空对空对战中占据了非常大的优势。
捷联惯导
新一代红外近距格斗导弹为了具有发射后截获能力和实现越肩发射必须采用捷联惯导技术。采用捷联惯导技术也是基于先进制导律的要求,另外,自动驾驶仪闭环稳定也要求惯导系统提供弹体姿态角、姿态
角速度以及线加速度等信号。捷联惯导系统主要由
惯性测量组件(IMU)、惯导计算机及惯导电源三部分组成,惯导计算机及惯导电源部分在
导弹总体设计时可以考虑分别合并到导引头计算机和弹上主电源,惯性测量组件就成为捷联惯导系统中唯一独立出现的部分,同时它又是捷联惯导系统的核心部分。惯性测量组件主要由敏感角速度的陀螺、敏感加速度的线
加速度计和处理补偿
传感器数据的
电子部件三部分组成。与中远程
空空导弹捷联惯导系统相比,近距格斗导弹捷联惯导系统应更加强调小型化。
战斗部
格斗导弹攻击的目标包括
固定翼飞机、
战术导弹和武装直升机等,均具有点目标、速度高、机动性强、无重型装甲防护等特点,因此,格斗导弹主要选择以
破片杀伤效应为主的战斗部类型,以弥补导弹命中精度方面的不足,提高格斗导弹战斗部的杀伤范围。目前已经应用的战斗部类型主要包括破片战斗部、连续杆战斗部和离散杆战斗部,这些战斗部统称为杀伤战斗部。
破片战斗部壳体几乎可被加工成任何需要形状,预制破片可以加工成特殊的类型,在性能上有较广泛的调整余地等优点。同时存在单枚破片的毁伤概率低,如果没有命中目标的要害部位,难以对目标构成有效杀伤的缺点。连续杆
战斗部的结构特点是大长径比的高强度金属杆条纵向紧密排列在战斗部装药外侧,杆条与杆条之间以首尾焊接起来,战斗部终点作用时形成一个不断扩展的连续
环形杀伤体,对飞机一类空中目标产生切割毁伤作用。连续杆战斗部的环形杀伤体作用于目标,其毁伤威力一般大于破片战斗部,但是连续杀伤环难于扩展到理论上的最大半径,较好的设计方案只能达到80%左右,一旦杀伤环断裂,毁伤威力急剧下降。另外,连续杀伤环的扩展速度较低,一般在1500m/s以下,对付高速目标存在一定的困难。离散杆
战斗部是用独立的、大长径比的预制杆件作为主要杀伤元素的战斗部,是近年来发展起来的新型战斗部。与普通破片战斗部相比,离散杆战斗部毁伤元素质量大,对目标造成切割毁伤效应优于小破片的穿孔效应,综合毁伤威力高;与连续杆战斗部相比,离散杆战斗部毁伤元素速度更高(可达到1800m/s以上),杀伤范围更大,可以说离散杆战斗部继承了连续杆战斗部杆条质量大、对目标切割能力强的点,同时又兼顾了破片战斗部速度高、威力半径大的优点。相对而言,离散杆
战斗部属于比较先进的战斗部类型。
典型攻击过程
当载机位置、姿态满足格斗导弹发射要求,并完成了载机发射前准备工作后,
火控系统向
空空导弹送
发动机点火指令,发动机点火。当空空导弹离开发射架后,导引头开始搜索或截获跟踪目标,自动驾驶仪三个回路开始工作,导弹按程序指令、
无线电指令或给定的导引规律寻的飞行,战斗部安全执行机构解除二级保险。飞行过程中,中、末制导交班或转被动段飞行,进入雷达主动寻的、半主动寻的或红外被动寻的飞行;弹目距离小于一定值时,
引信开机,
导弹接近目标时,引信解封,当导弹与目标交会,满足导弹姿态与目标交会几何关系时,非触发引信输出起爆信号,经一定的时间延迟后,
战斗部起爆。或者导弹碰撞目标,触发引信输出起爆信号,战斗部起爆。当导弹过靶一定时间后自毁。
经典型号
资料来源:
服役情况
主要型号装备情况
AIM-9X
AIM-9X在
美国空军、海军和
海军陆战队服役,已装备
F-22战斗机、F-45C/E、F-46、F/A-18,即将装备
F-35战斗机。该导弹的其它用户有
丹麦、
芬兰、
波兰、
新加坡、
沙特阿拉伯、
瑞士、
韩国和
土耳其。到2009年中期,雷锡恩公司共交付了3600枚AIM-9X。在一份为期18年的生产运行计划中,美国空军和海军表示将采购1万枚AIM-9X。
IRIS-T
定购
IRIS-T近程空对空导弹导弹的国家有
澳大利亚(装备欧洲战机)、
德国(装备欧洲战斗机和
狂风战斗机)、
希腊(装备
F-16战斗机)、
意大利(装备欧洲战机)、
挪威(装备F-46)、沙特阿拉伯(装备欧洲战机)、
南非(装备鹰狮战斗机)、
西班牙(装备欧洲战机和F/A-48)与瑞典(装备鹰狮战斗力)。
ASRAAM
ASRAAM在
英国和澳大利亚服役,分别装备台风与F/A-18战斗机。该
导弹与
F-35战斗机联合打击战斗机内置式武器舱的整合资金已到位,飞行试验也已提上日程。
怪蛇5
怪蛇5是装备
以色列空军F-6和F-45的标准近距
空空导弹。2021年,
印度空军也在国产LCA“光辉”战斗机上成功进行了“怪蛇-5”空空导弹的空中试射。
PL-10E(霹雳-10E)
PL-10E装备中国的四代机
歼-20和
巴基斯坦的JF-17“雷电”(中方称“枭龙”)战斗机。
实战运用
越南战争
越南战争从1961年5月一直持续到1973年3月,历时12年,战争双方都使用了空空导弹。
美国投入的近距导弹包括响尾蛇系列的AIM-9B、AIM-9D、AIM-9E、AIM-9G、AIM-9J、AIM-9H和猎鹰系列的AIM-4D。
AIM-9响尾蛇导弹共发射452枚,命中率为8%~10%(其中AIM-9H命中率为21.5%)。导弹发射不成功率为65%,发射成功的命中率为18.2%~34.5%。猎鹰AIM-4D红外型导弹于1965年参战,共发射43枚,4枚命中目标,命中率仅为9.3%,因战绩太差而遭淘汰。
AIM-7麻雀导弹共发射589枚,命中55枚,命中率为9.34%。其中325枚是在符合发射条件下发射的,命中31枚,命中率为9.54%。因为导弹故障发射不成功率为45%,发射成功的命中率为22.8%~28.5%。
印巴战争
1971年12月,
印度发动了对
巴基斯坦的战争。在这次战争中,巴基斯坦击落飞机50架,其中由
歼-6和F-86歼击机使用美制响尾蛇
空空导弹击落29架,占击落飞机总数的58%,
巴基斯坦空军低空发射AIM-9B空空导弹的命中率高达60%。
贝卡谷地空战
1982年6月9日与10日,
以色列为摧毁在
黎巴嫩贝卡谷地的
叙利亚地空导弹阵地,陆、空军协同发动了一场大规模的突袭战,这就是历史上著名的贝卡谷地空战。根据西方的媒体报道,贝卡谷地空战期间,以色列共出动F4、F-5、F-6等飞机188架次,叙利亚出动
米格-21战斗机、
米格-23战斗机等飞机116架次。以色列投入使用的
空空导弹主要包括AIM-9L、AIM-9P与怪蛇导弹。以色列公布资料称,共击落叙利亚
歼击机90架,其中AIM-9L击落40架,AIM-9L的命中概率约为60%,怪蛇3击落50架。
美国报道,
以色列共击落
固定翼飞机81架、直升机4架,以色列F-6战机发射了56枚AIM-9L和3枚AIM-9P,击落
叙利亚战机41架,杀伤概率达69%。
马岛战争
1982年,
英国与
阿根廷为争夺
马尔维纳斯群岛领土主权而进行了马岛战争。英国出动28架
海鹞、15架鹞GR3飞机;阿根廷出动了21架幻影ⅢE、75架天鹰A4P飞机。英国海鹞舰载
短距/垂直起降机共发射27枚
AIM-9L空空导弹,其中24枚击中阿根廷战斗机,其余3枚是在没有截获目标的情况下发射的,导弹命中率达88.9%。
海湾战争
海湾战争中以
美国为首的多国部队出动飞机3900多架,包括F-44、F45、F-6、F/A-8、F-417A、
幻影2000战斗机等战斗机,以及E-2、
E-3空中预警机、E-8预警机和
B-52轰炸机。
伊拉克则拥有1310架飞机,包括
米格-21战斗机、
米格-23战斗机、
米格-25战斗机、米格-29、苏-24等战斗机,还有4架
预警机。以美国为首的多国部队投入战斗的
空空导弹主要包括近距响尾蛇AIM-9L/M导弹和中距麻雀AIM-7F/M导弹。伊拉克共有40架飞机被击落,其中空空导弹击落38架,
航空机炮击落2架。麻雀AIM-7F/M导弹发射了71枚,击落28架,命中概率为39.4%,占击落飞机总数的70%;响尾蛇AIM-9L/M导弹发射了48枚,击落10架,命中概率为20.8%,占击落飞机总数的25%。
发展趋势
未来的空空导弹如何发展,目前世界各国都在探讨这一问题。国外空战模拟研究结果显示,未来空战将首先实施超视距前半球攻击,然后实施近距前半球攻击,最后实施大机动空中格斗。由于飞机隐身技术的不断发展,干扰技术不断进步,超视距前半球攻击的可能性和成功率可能会下降,近距格斗仍将是空战的主要形式之一。根据上述分析,世界各国都在大力改进和发展近距格斗导弹和中距拦射导弹。在红外近距格斗导弹方面,采用多元探测器和成像技术、改进信息处理技术以提高探测能力和抗干扰能力;增大导引头作用距离以便实现真正的“迎头攻击”;采用
推力矢量与气动力相结合的复合控制方式以提高
导弹的机动能力;采用一体化设计技术、利用弹载计算机、改进控制系统性能,提高引战配合能力;实现制导与引战一体化、采用定向
战斗部以提高
导弹的毁伤效能。