請問巡弋飛彈推進的原理是什麼? 為什麼可以飛那麼遠?

Question

請問 :巡弋飛彈推進的原理是什麼?為什麼可以飛那麼遠? 那麼久?它有什麼製造的關鍵技術?

Answer 1

圖片參考：http://tuku.military.china.com/military/pic/2005-09-15/815841_758719416.jpg
上圖: 美國的戰斧巡弋飛彈一.巡弋飛彈推進的原理是什麼?巡弋飛彈的推進系統可分為(一)            脈衝噴射、沖壓噴射、渦輪噴射、渦輪風扇引擎:這類引擎的原理就和一般飛機的噴射引擎大同小異!!因為巡弋飛彈純粹在大氣層裡飛行，它的推進系統並不需要像彈道飛彈的火箭一樣需要攜帶氧化劑，所以它的推進器可以燃燒的較久。(二)            火箭推進:至於火箭推進的巡弋飛彈又可以分為液態火箭以及固態火箭等。二.為什麼可以飛那麼遠? 那麼久?因為大部分的航程在大氣層中，而且是在空氣密度大的低空層，所以可藉由彈翼來提供飛行中所需要的浮力。再加上使用渦輪風扇、沖壓噴射這類的引擎，飛彈本身不需攜帶氧化劑，相對來說可多攜帶一些燃料。三.它有什麼製造的關鍵技術?巡弋飛彈能在冷凍多年後再度復出，主要原因是在於幾個關鍵技術點上獲得突破，使它在先天的缺點限制下(飛行速度慢、巡航時間長)，仍能成為一實用、符合成本與作戰效益的武器系統。概述如下：一、超臨界翼剖面為獲得最大的巡航效率，大部分的巡弋飛彈均以高次音速巡航，在此速度下，翼剖面上方部分流場之速度實已超過音速，此謂之超臨界現象。超臨界現象發生後，翼剖面上方會產生震波，氣流經過震波後會減速到次音速，再流到翼後緣與翼剖面下方之氣流會合。震波會產生逆向壓力梯度，導致邊界層分離，造成阻力突增、彈翼振顫及安控問題。美國航空太空總署於1965年發展完成了超臨界翼剖面之設計來克服此缺點。超臨界翼剖面與傳統翼剖面之外形與流場之比較中可以看出，超臨界翼剖面的上表面比較平直，且其壓力分布比較平均，因而使震波強度減弱，使邊界層不會分離，進而減少阻力、延後阻力上升及振顫開始之馬赫數，讓巡弋飛彈得以平穩地在高次音速下巡航。二、小渦輪引擎巡弋飛彈絕大多數的時間，不是安裝在發射架上就是儲存於彈庫內。因此，體積愈小搬運就愈方便、部署彈性就愈大。在小渦輪引擎尚未發展出來以前，巡弋飛彈的大小與飛機無異，其部署極受限制。為了使巡弋飛彈的射程更遠，後來又發展出效率更佳的小渦輪扇引擎。在一般人的想像中，小渦輪引擎只不過把大渦輪引擎按比例縮小而已；事實上，技術上要複雜很多。因為轉子間隙會影響渦輪引擎的效率，若要維持與大引擎相同的轉子間隙，小引擎的相對容差就比大引擎小，因而製造的困難就相對增加。另一個困難在於渦輪葉片的冷卻，因小引擎的渦輪葉片很小，沒有空間容納冷卻空氣通道，因此必須面對較大的熱應力。小渦輪引擎則更加困難，因為小小的空間就要裝數個轉軸，其軸承懸吊與潤滑系統造成的工程上的挑戰簡直難以想像。目前世界上具備小渦輪扇引擎生產能力的廠家僅有美國William等幾家公司而已，其技術門檻之高可想而知。 三、慣性導航系統一般而言，陀螺漂移率每小時小於0.01度，位置誤差每小時小於1,800公尺的慣性導航系統即稱為慣性級，如使用機電式陀螺要達到慣性級要求是非常困難的，因為其中牽涉到高難度的精密機械加工技術，目前世界上能製造這種等級機電式陀螺的國家大概不會超過10個。但其精度有隨飛行時間而遞減的缺點，因此應用於飛行時間長的巡弋飛彈上，就會有終端精度不足的問題發生。例如巡弋飛彈使用慣性級的慣性導航系統，巡航速度為0.7馬赫，則飛行一小時可飛870公里，其位置誤差就可達1,800公尺。如攜帶威力半徑為50公尺之傳統彈頭，可說是毫無威脅可言，這就是第二代巡弋飛彈的致命缺點之一。為改進此缺點，就必須使用輔助導航系統來減少慣性導航系統的累積誤差。美國自1955年就嘗試發展自動地貌辨識及導航的技術，以求提升第二代巡弋飛彈的終端精度。 四、地貌參考導航系統 地貌參考導航系統為慣性導航系統之輔助系統，其功能在於校正慣性導航系統之累積誤差。當巡弋飛彈飛到地貌參考導航校正點時，彈內電腦會將雷達高度計所量到的高度資料與預儲的地貌資料比對，根據比對結果，即可計算出實際飛行路徑與預劃路徑的偏差，然後將這個偏差量從慣性導航系統的位置輸出扣除，即可提高飛彈導航系統之精度。根據文獻上的記載，其精確度可達約100公尺。地貌參考導航系統在運用上有以下限制：第一、必須有校正點的數位地貌資料:這完全要靠衛星使用雷達量測，這在過去只有美、蘇及中共等強權才有能力辦到，但未來各國發射的商業衛星愈來愈多，要獲得敵方的數位地貌資料的管道也變得容易多了。第二、校正點的地貌必須要崎嶇到某一程度以上才成:一望無際的沙漠及海洋就無法使用本技術，這也就是波灣戰爭時，攻擊伊拉克的巡弋飛彈必須繞道伊朗飛越其境內的Zagros山之原因。第三、校正點間距離不可太遠;因為如果太遠，慣性導航系統的累積位置誤差會讓巡弋飛彈飛不到校正點上空，那就一切都免談了。克服這個困難的方法就是加大預儲地貌的面積，但預儲資料多，所需的記憶體就要大，彈上記憶體空間有限，也不可能無限制加大。因此，一般的策略是第一個校正點的預儲地貌面積最大，然後再逐漸減小，以節省所需記憶體及比對時間。五、景物比對導引系統景物比對與地貌參考導航一樣都是用來輔助慣性導航系統的，其差異在於其定位精度可高達3公尺，因此它應用於巡弋飛彈的終端導引階段。當巡弋飛彈飛到景物比對區上空，它使用電視攝影機向下拍攝圖片，以0.1秒的間隔連續拍攝，彈內的處理器立即將拍到的影像數位化，利用影像灰階值與儲存的參考影像作比對，即可得知導航系統的誤差並據以修正航向。   

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