紅外整流罩

紅外整流罩（infrared dome）是紅外飛彈的關鍵部件之一。由於在飛彈高速飛行過程中，整流罩要承受高的氣動加熱溫度和大的氣動壓力，並遭到風沙侵蝕以及雨水和冰雹的侵襲，因此要求整流罩或視窗材料具有良好的光、機、熱學性能。隨著紅外空空飛彈速度的不斷增高，射程變得更遠，尤其是在超音速飛行時飛彈的減阻問題就顯得十分重要。這就要求處於飛彈最前端的整流罩除了具有良好的光、機、熱性能以外，還要具有良好的氣動外形。

基本介紹

• 中文名：紅外整流罩
• 外文名：infrared dome
• 套用對象：紅外飛彈
• 基本要求：良好的光、機、熱學性能
• 一級學科：航空科技
• 二級學科：航空器

簡述

近三十年局部戰爭的經驗表明空空飛彈已成為空中對抗的主要武器，其性能的好壞成為決定戰爭勝負的重要因素，因此，空空飛彈成為各軍事強國優先發展的重要武器裝備。

圖1

隨著紅外製導空空飛彈的不斷升級革新，其飛行高速化、射程遠距化的發展趨勢對降低飛行過程中的空氣阻力提出了很高要求，即飛彈最前端位置的紅外整流罩須具有良好的氣動結構。此外，由於飛彈處於高速飛行的環境下，紅外整流罩在保證成像質量的同時還要能夠承受高溫、高壓以及雨水和冰雹等環境因素的不利影響，因此紅外整流罩材料必須同時具有優秀的光學、機械、耐熱、耐腐蝕等材料性能。

基於此，許多機構都開展了針對紅外空空飛彈整流罩結構和材料的設計及最佳化研究，先後研製出了多種類型的保形紅外整流罩，以不斷適應飛彈更新換代的發展需要。

以往整流罩的結構形狀及特點

近年來，國內外整流罩的發展取得了長足進展，為了滿足戰爭的需要，研製性能良好的空空飛彈，已開發國家及軍事強國投入了大量的人力、物力、財力研製紅外整流罩。

球形淺穹整流罩

早期的紅外空空飛彈的整流罩大多採用球形整流罩，性能指標和技術水平相對較低，飛彈的攻角較小，因而整流罩的口徑和包角都比較小。整流罩的內外表均為球面，並且兩球面的球心重合，內部光學系統的迴轉中心和整流罩的球心重合，位標器在尋的過程中整流罩對光學系統形成的像差是均勻不變的，如圖1所示。隨著空空飛彈技術的發展，整流罩的長徑比逐漸增大，口徑也在增大以滿足飛彈大攻角的要求。鑒於球形整流罩的安裝及實際套用條件，長徑比(整流罩的口徑與高度的比值)最大為0.5，即半球形整流罩，如圖2所示，圖中2L=D。第三代以前及部分第四代空空飛彈的整流罩長徑比均小於0.5。

圖2

球形整流罩易於加工，後面的光學系統的設計也比較容易，但是從整個飛彈的氣動外形來看不具有最佳空氣動力學外形，受到的壓力比較大。在高速飛行中空氣和整流罩在大壓力下快速摩擦而驟然生熱，導致整流罩的溫度高、溫度梯度大，尤其是駐點溫度最高，產生很大的局部應力，這對整流罩的機械性能也是一大挑戰。因不滿足環境要求而破裂的現象並非鮮見，如圖3所示。

圖3

八稜錐拼接整流罩

鑒於球形整流罩空氣阻力大的缺陷，人們研製出了能夠經受高速飛行要求的八稜錐整流罩。八稜錐整流罩採用八片厚度均勻的紅外梯形基片拼粘組成，整流罩的前端是一個耐高溫的金屬鼻錐，如圖4所示。該整流罩最大優勢在於阻力小，研究表明，採用八稜錐整流罩對飛彈性能有一定的改善，相對球形頭罩來說，可以降低全彈的零阻，大大提高全彈的升阻比，提高飛彈的機動能力。這種整流罩可用於大馬赫數飛行的空對空和地對空飛彈，如法國瑪特拉公司生產的“西北風”飛彈，我國的“HY- 6”肩射地空飛彈等。用於更高馬赫數的有美國的“斯普林特”高速戰略防禦攔截彈和以色列的“長箭”飛彈。

圖4

但是，八稜錐整流罩的表面與光透過率比較低，錐罩的透過率相對於平片法線的視角有密切關係。人們對研製出的尖晶石八稜錐整流罩進行測試結果顯示，長細比為2:1的錐形頭罩，視角從0°~20°變化時，透過率從70%~33%變化。透過率的下降主要是因為錐面的反射而損失的。在實際套用中，背景輻射尤其是太陽處在前方視場範圍時，太陽光在整流罩內多次反射，形成雜光，增加了背景噪聲，降低了系統解析度。從另一方面考慮，基片之間的粘接也是一項十分複雜的技術,勢必引起成本的增加。

激波針型紅外整流罩

激波針型紅外整流罩利用了尖整流罩低阻力的優點，又保留了圓整流罩反射損失少的優點，是一種圓罩+罩面駐點鑲嵌激波針的組合結構，如圖5所示。此組合結構與八稜錐拼接整流罩相比透過率損失減少約15%~20%，而氣動阻力係數僅高出2%~3%。俄羅斯的SAM-18空空飛彈已成功地採用了此技術。但是,風洞試驗表明，飛彈速度在6馬赫、攻角為0°時,整流罩受氣流激波的影響很小，飛彈的攻角為5°時，激波針根部的溫度比沒有激波針時的整流罩駐點溫度還要高，這就說明此時激波針反而增加了飛彈的阻力。由此可見,激波針對整流罩的保護及改善氣動外形是有條件的。

圖5