[科普中国]-红外整流罩

简述

近三十年局部战争的经验表明空空导弹已成为空中对抗的主要武器，其性能的好坏成为决定战争胜负的重要因素，因此，空空导弹成为各军事强国优先发展的重要武器装备。

随着红外制导空空导弹的不断升级革新，其飞行高速化、射程远距化的发展趋势对降低飞行过程中的空气阻力提出了很高要求，即导弹最前端位置的红外整流罩须具有良好的气动结构。此外，由于导弹处于高速飞行的环境下，红外整流罩在保证成像质量的同时还要能够承受高温、高压以及雨水和冰雹等环境因素的不利影响，因此红外整流罩材料必须同时具有优秀的光学、机械、耐热、耐腐蚀等材料性能。

基于此，许多机构都开展了针对红外空空导弹整流罩结构和材料的设计及优化研究，先后研制出了多种类型的保形红外整流罩，以不断适应导弹更新换代的发展需要。1

以往整流罩的结构形状及特点近年来，国内外整流罩的发展取得了长足进展，为了满足战争的需要，研制性能良好的空空导弹，发达国家及军事强国投入了大量的人力、物力、财力研制红外整流罩。

球形浅穹整流罩早期的红外空空导弹的整流罩大多采用球形整流罩，性能指标和技术水平相对较低，导弹的攻角较小，因而整流罩的口径和包角都比较小。整流罩的内外表均为球面，并且两球面的球心重合，内部光学系统的回转中心和整流罩的球心重合，位标器在寻的过程中整流罩对光学系统形成的像差是均匀不变的，如图1所示。随着空空导弹技术的发展，整流罩的长径比逐渐增大，口径也在增大以满足导弹大攻角的要求。鉴于球形整流罩的安装及实际应用条件，长径比(整流罩的口径与高度的比值)最大为0.5，即半球形整流罩，如图2所示，图中2L=D。第三代以前及部分第四代空空导弹的整流罩长径比均小于0.5。

球形整流罩易于加工，后面的光学系统的设计也比较容易，但是从整个导弹的气动外形来看不具有最佳空气动力学外形，受到的压力比较大。在高速飞行中空气和整流罩在大压力下快速摩擦而骤然生热，导致整流罩的温度高、温度梯度大，尤其是驻点温度最高，产生很大的局部应力，这对整流罩的机械性能也是一大挑战。因不满足环境要求而破裂的现象并非鲜见，如图3所示。1

八棱锥拼接整流罩鉴于球形整流罩空气阻力大的缺陷，人们研制出了能够经受高速飞行要求的八棱锥整流罩。八棱锥整流罩采用八片厚度均匀的红外梯形基片拼粘组成，整流罩的前端是一个耐高温的金属鼻锥，如图4所示。该整流罩最大优势在于阻力小，研究表明，采用八棱锥整流罩对导弹性能有一定的改善，相对球形头罩来说，可以降低全弹的零阻，大大提高全弹的升阻比，提高导弹的机动能力。这种整流罩可用于大马赫数飞行的空对空和地对空导弹，如法国玛特拉公司生产的“西北风”导弹，我国的“HY- 6”肩射地空导弹等。用于更高马赫数的有美国的“斯普林特”高速战略防御拦截弹和以色列的“长箭”导弹。

但是，八棱锥整流罩的表面与光透过率比较低，锥罩的透过率相对于平片法线的视角有密切关系。人们对研制出的尖晶石八棱锥整流罩进行测试结果显示，长细比为2:1的锥形头罩，视角从0°~20°变化时，透过率从70%~33%变化。透过率的下降主要是因为锥面的反射而损失的。在实际应用中，背景辐射尤其是太阳处在前方视场范围时，太阳光在整流罩内多次反射，形成杂光，增加了背景噪声，降低了系统分辨率。从另一方面考虑，基片之间的粘接也是一项十分复杂的技术,势必引起成本的增加。1

激波针型红外整流罩激波针型红外整流罩利用了尖整流罩低阻力的优点，又保留了圆整流罩反射损失少的优点，是一种圆罩+罩面驻点镶嵌激波针的组合结构，如图5所示。此组合结构与八棱锥拼接整流罩相比透过率损失减少约15%~20%，而气动阻力系数仅高出2%~3%。俄罗斯的SAM-18空空导弹已成功地采用了此技术。但是,风洞试验表明，导弹速度在6马赫、攻角为0°时,整流罩受气流激波的影响很小，导弹的攻角为5°时，激波针根部的温度比没有激波针时的整流罩驻点温度还要高，这就说明此时激波针反而增加了导弹的阻力。由此可见,激波针对整流罩的保护及改善气动外形是有条件的。1