“导弹引论”第九讲

§2.9 弹道式导弹

学习目的：了解弹道式导弹的一些基本概念。

1. 弹道式导弹的特点

1）弹道式导弹的弹道分为两段，即主动段和被动段；

2）弹道式导弹的弹道大部分是在大气层之外，所以弹道导弹都采用火箭发动机； 3）弹道式导弹都是按预定的弹道飞行的，同时导弹的弹道大部分是在大气层外，翼面也起不了作用，所以弹道式导弹不需要翼面。

4）弹道式导弹的操纵元件一般都采用燃气舵或摆动发动机，在近程战术弹道式导弹上，也有一些采用空气舵和燃气舵的；

5）弹道式导弹的弹道容易被预测，所以常采用一些突防措施；

6）所有弹道式导弹都存在重返大气层的问题（称为“再入问题”），导弹重返大气层时速度相当高，气动加热相当严重。

2. 弹道式导弹的弹道

弹道：就是导弹从发射点飞往目标所经过的路线，或称为飞行轨迹。 弹道分段：主动段 被动段

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2.1 主动段弹道

1）垂直飞行段

? 弹道式导弹都采用垂直发射方式发射。优点是发射设备简单，导弹的结构比

较简单，实现对目标的定向瞄准也方便； ? 考虑的主要因素：

a) 发动机达到额定推力前不应转弯，以免发动机引起振动，影响落点精度； b) 垂直段过长，重力损失就大，且转弯需能量大；

c) 转弯过早，则导弹在稠密大气层里飞行时间过长，阻力损失太大。 ? 垂直段一般在发射后几秒或十几秒钟内；

近、中程导弹一般在4 ~ 8s，高度为80 ~ 120m，速度约为30 ~ 35m/s； 远程导弹一般在约10s，高度为150 ~ 200m，速度约为40m/s。 2）转弯段

ny? 主动段弹道又分为垂直飞行段、转弯段、瞄准段等三段。

P?C?yqSmg0??v??gcos?

g0 一般采用程序转弯，由迎角变化律来限制法向过载。

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3）瞄准段

是转弯段结束到发动机关车为止这一阶段。目的是根据射程对速度和抛射角的要求确定关机时间。

2.2 被动段弹道

1）被动段弹道是指从发动机熄火以后到落点这一段弹道。 本段无动力、不控制。

被动段可以分为真空中自由飞行段和再入段两部分。 2）自由飞行段

导弹在真空中运动，因而可不计姿态变化的影响，导弹在地球引力作用下运

动，其运动为平面运动，采用极坐标描述。

R2?r?r???g02?r?? r??2r??0?Pr?1??cos(???B)2

P??krkco2s?vk2rk ?k?g0R2P??半通径；kk??1?(2??k?)kc2o?s

???偏心率；

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rk,vk,?k—分别为主动段终点的向径、速度及当地弹道倾角。

它是圆锥曲线，对应不同偏心率?有不同形式。

?＝0时为圆； 0

（逃逸速度） ?＝1时为抛物线；

?>1时为双曲线。

2）再入段

重新回到大气层并在地球表面降落过程中质心的运动轨迹称为再入段弹

道。一般以80 ~ 100km为再入高度。

? 导弹速度不同，其再入段高度确定也不同；（大气影响与速度有关） ? 再入段由于空气阻力的作用，飞行速度大幅度下降；

? 再入段，弹头上的动载荷比主动段大几十倍，出现严重的气动加热现象。 ? 一般情况下攻角?＝0，导弹只受重力和地球引力作用，运动方程为

dv1?1????Cx?v2S?Gsin??dtm?2? d?g??cos?dtv 其轨道近似为一条直线。

? 速度变化情况：

初始速度较大?受重力作用加速 ? 速度增大（最大可达Ma＝20~25）

? 阻力增大（nx可达50） ? 减速

2.3 多级导弹的弹道

多级导弹的主动段是由各级主动段组成的。

第一级的主动段是从发射起飞到第一级分离这一段弹道，称为第一主动段；第二级的主动段是从第一级分离到第二级分离这一段弹道，如此等等，直到最后一级与弹头分离，它的主动飞行段才告结束。 被动段，多级和单级相同。

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3. 弹道式导弹的弹头 3.1弹头的分类

1）按战斗装药分类

常规弹头：装填高能炸药的各类弹头的总称，它对目标的破坏主要靠爆破、破片杀伤、冲击波破坏、侵彻爆破、聚能穿甲、燃烧和复合效应等。

核弹头：原子弹头、氢弹头、中子弹头或其它特殊辐射的弹头，如增强X射线弹、核电磁脉冲弹等。这类弹头利用核裂变或核聚变，将核能释放出来，造成大规模的破坏与杀伤。

特种弹头：特种弹头是装填特种装填物（战剂）的各类弹头的总称，包括生物弹头（装有生物战剂）、燃烧弹头（装有燃烧剂）、发烟弹头（装有发烟剂）、干扰弹头（装有干扰无线电或红外设备正常工作的干扰设备）等。

2）按一枚导弹运载的弹头数量分类 ? 单弹头

? 多弹头：多弹头又分为集束式、分导式和全导式三种。

集束式多弹头：是一种简易的多弹头，它在母弹舱内装多个子弹头，在达到预定弹道参数后，一次集束释放所有子弹头，用于攻击一个面目标。

集束式多弹头的飞行弹道

分导式多弹头：其母舱增加了分离释放机构，能根据需要分别释放母舱中的子弹头，使其攻击一个或多个目标，各弹头落点之间最大距离可达数百公里。

分导式多弹头的特点：

? 突防能力较强。子弹头分布空域大，同时还可投放诱饵；

? 提高了命中精度。由于每次投放都要对速度和方位进行微调，修正误差；

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? 易被敌方拦截。由于子弹头上没有制导系统，子弹头被释放后，仍沿惯性弹

道飞向目标。

全导式多弹头：又称机动式多弹头。不仅具有分导能力，而且每个弹头可以机动飞行。即它的母弹头和子弹头都装有推进和制导系统，都可以作机动飞行，它们都是机动弹头。

机动式多弹头的特点： ? 突防能力很强； ? 命中精度大大提高。 3）按飞行轨道分类

惯性弹头：惯性弹头又称无控弹头，它与弹体分离后，依赖它从弹体获得的能量作惯性飞行，飞行轨道主要取决于分离点弹头的位置、速度和弹道倾角。

机动弹头：机动弹头与弹体分离后，可根据需要改变飞行弹道。通过改变飞行弹道来躲避敌方拦截的机动弹头叫躲避型机动弹头。不仅改变飞行轨道，而且通过末寻的装置来提高命中精度的机动弹头叫精确型机动弹头或高级机动弹头。

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3.2弹头的特点

1）弹头再入环境异常恶劣

弹头超高速飞行，再入大气层后，造成高温、高压环境；噪声、振动、冲击、过载等都十分严重；总的看，热、力环境比主动段严重几十倍乃至百倍。

2）弹头系统难以在地面进行综合考核

由于地面无法综合模拟再入段的恶劣环境。弹头再入环境要求模拟的参数范围是：马赫数10～25，雷诺数107～109；驻点焓10～30MJ/kg，驻点压力1～10Mpa；最大过载50g，气动噪声高达160dB。因此通过飞行试验获取弹头飞行的环境参数和响应参数成为弹头研制和武器定型最重要的环节。

3）弹头结构是多层复合结构

弹头结构需要完成的功能多，如承力、防热、抗核加固、吸波隐身等。因此，其多为多层复合结构。

4）攻防对抗使弹头技术复杂化

弹头在飞行过程中可能遭受拦截。为此，弹头设计必须要分析敌防御系统的性能，进行攻防仿真；并采取多种反识别和反拦截措施，以提高弹头的突防概率。

5）弹头设计制约条件多协调面广

弹头的性能要满足整个导弹武器系统的战技指标要求，特别是射程、威力和精度三大指标要求。例如，对洲际射程的战略导弹，弹头质量每增加1kg，导弹射程缩短10km左右；如射程不变，则起飞质量要增加40～50kg。因此，弹头设计要妥善解决弹头与运载火箭和弹头与核装置之间的矛盾。

3.3 弹头的组成及功能

最简单的弹头由弹头壳体和核装置及其引爆控制系统组成。随着弹头功能的增加，系统越来越多，如姿态控制系统、突防系统等；而高级机动弹头还有中制导系统、动力系统等许多复杂系统，它本身就像一个小导弹。

典型的弹头组成包括防热与承载结构壳体、核装置及其引爆控制系统、姿态控制系统、各种突防装置等。

1）防热与承载结构壳体

其功能是维持弹头外形并承受弹头飞行过程中特别是再入时恶劣的热、力环境。防热壳体一般由烧蚀式防热材料制造，套装在承力结构壳体上。

2）核装置及其引爆控制系统

核装置是利用能自持进行的核裂变或聚变反应，突然释放大量能量的装置。核

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装置一般由核装料、其它材料，起爆炸药与雷管组成。

弹头的引爆控制系统是利用目标信息或目标周围环境信息，在对目标破坏效果最佳位置适时引爆弹头装药的整套装置。主要由敏感装置、信号传递设备、程序控制装置或引爆控制装置、安全起爆装置或保险机构、传爆系列或传爆药柱、自毁装置、系统电源等组成。

核弹头的引爆控制系统特别强调高安全性和高可靠性。 3）姿态控制系统

弹头与弹体分离后，弹头的飞行姿态需进行控制，自动稳定和控制弹头绕质心运动的全套装置称为姿态控制系统。

姿控系统亦可为弹头释放各种突防诱饵提供基准姿态，减小雷达散射截面，保证弹头小攻角再入，减小再入散布和横向载荷。

4）突防系统

突防装置主要指弹头内装的干扰机、干扰条或各种诱饵和加固措施。

加固措施是在弹头结构、电子线路、电子器件上采取措施，增加弹头的抗力，在一定的距离范围，避免核爆炸对弹头的破坏，提高弹头的生存能力和突防能力。

4. 弹头及级间分离 4.1导弹头部的分离

导弹头部分离的目的：减轻弹体结构重量。头部分离时，弹头按被动段情况设计，而弹体按主动段情况设计。

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4.2多级导弹的级间分离

1）热分离

优点：分离装置结构和分离过程简单；分离速度快，上一级发动机启动可靠。

缺点：对上一级导弹的扰动较大；增加了上一级推进剂的消耗量。

2）冷分离

优点：上一级不会受到分离时的干扰力作用。

缺点：分离控制程序比较复杂。

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