侧卫与支点之矛--详解R-27系列空空导弹
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编辑于 2024年06月06日 20:04
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作为苏27和米格29的主要装备,在冷战末期出现的R-27空空导弹为苏联空军提供了一把锋锐的长矛;尽管和90年代出现的AMRAAM和R-77相比,半主动制导的R-27导弹存在着极大的劣势,但是作为苏联最后的半主动中距导弹,R-27,尤其是R-27E导弹,凭借着优秀的机动和极强的动力带来的远射程,以至于在今天的俄军战机上,都还能看见它的身影。

 

研制背景与历程

 

当1973年苏联刚完成R-23导弹和米格-23的初步测试,在超视距空战中赶上美军F-4战机时。美军划时代的F-15早已开始飞行测试,苏联空军再次面对着极大的技术劣势。为了应对美国的新一代战斗机,20世纪60年代末,苏联政府要求各飞机设计局研制在性能上能够超过F-15的新一代战斗机。1972年苏共中央和苏联部长会议的决定,启动了第四代战斗机既米格-29和苏-27的开发工作。同年,便开始配套导弹的研制准备;次年,由国家科学研究院,苏霍伊设计局,米高扬设计局,锦旗设计局(Вымпел,也翻译为三角旗),闪电设计局(Молния),和军方代表组成的研究组进行了R-27导弹的概念设计。

 

在概念设计阶段,确定了R-27导弹控制系统和推进系统模块化的方案,轻量化的型号(R-27)将用于米格29,更重型的型号(R-27E, E为增程)则用于苏27。同时,和苏联其他中距导弹相同,R-27也将同时具备雷达制导(R后缀)和红外制导(T后缀)两种型号。锦旗设计局和闪电设计局分别提供了两者不同的设计方案,其中闪电设计局延续了R-23导弹的正常式气动布局,而锦旗设计局则选择了中央空气流体动力学研究院(TsAGI)的蝶形翼气动布局。但是这种独特的气动方案并未得到一致认可。第二研究所(NII-2)的专家认为,正常式气动布局更适合R-27的作战环境,其小迎角阻力较少。然而,采用常规布局需要将控制元件分开布置在导弹的前后部分,这违反了模块化设计原则。锦旗设计局经过综合考虑,在TsAGI的支持下,坚持了蝶形翼气动布局,并最终赢得竞标。随后,在A.L.利亚平领导下,“锦旗”设计局开始为新型的R-27导弹(产品470)准备了技术方案,设计开发工作由P.P.德门捷耶夫和V.T.科尔萨科夫负责。

 

R-27ER与R-27T

在1976年,R-27导弹的设计方案最终敲定,并确定了导弹提交国家测试的截止日期,分别为在1978年前测试米格-29上的R-27,并在1979年前完成苏-27上的R-27E的测试。并研究了为米格-23装备R-27的方案。1977年导弹全面开始测试,并进行了两次地面发射测试。同时雷达导引头的初步测试也在基于Tu-124的LL-124飞行实验室上进行。

 

1979年初,米格-21 bis 116号机进行了四枚弹道测试导弹和两枚程序控制导弹的发射。不久后,同年进行了六枚程控弹和两枚遥测弹的发射。并在改装的米格-23ML 123号机上进行了R-27的首次发射测试。同时,在苏-15T 02-06号机上进行R-27E导弹的程控弹和遥测弹的发射。根据1979年1月31日军工综合体的决定,还进行了中段无线电指令修正和轻型红外导引头的研究,但后者没有得到发展。

 

第二年,飞行测试的规模大大增加。使用米格-23ML发射了22枚程控弹,并对使用R-27T导弹对降落伞和La-17靶标进行了六次打靶测试。到1980年,另一架苏-15T也对R-27ET进行了14次测试。红外导引头版本的国家测试于1980年5月开始,在第三架尚未装备雷达的米格-29 902号机上进行。

 

1981年,雷达制导版工厂测试在MIG-23ML上进行,并进行了自主发射测试。随后在首架配备有完整雷达系统的米格-29 918号机上进行了测试,并击落了空中目标。红外导引版同年进行了近四十次程控和遥测弹的发射。还从苏-27原型机T-10-4上进行了对La-17靶机的打靶测试。用于在机身下挂载导弹AKU-470弹射挂架也进行了测试。

 

AKU-470挂架

次年,又发射了24枚不同配置的导弹,包括三次战斗条件下的测试,完成了米格-29上的第一阶段国家试验。1983年,进行了第二阶段的测试计划,在米格-29和苏-27上,进行了39次R-27导弹和66次R-27E导弹的发射。此外,在米格-29 921号机上对导弹发射期间的发动机工作的稳定性进行了研究。由于苏27原型机阶段设计的重大变更,其机载雷达也进行了彻底改造。为了配合改进的雷达,新版本的R-27R导弹于1984年6月至9月间由米格-29 920号机上进行了测试。最终,R-27的国家测试于1984年完成。两种版本的导弹于1987年以R-27R和R-27T的名称被正式列装,但在1983年R-27便提前进入部队服役。R-27E导弹的测试则稍慢,并伴随着对制导系统的改进。直到1990年,该导弹才以R-27ER和R-27ET的版本被正式列装。生产在基辅的阿尔泰姆工厂进行。

 

外形结构和气动特性

 

R-27

R-27导弹分为R-27R,R-27T,R-27ER,R-27ET四个主要型号。由于制导和动力模块的不同,各型号尺寸重量都有差别。R-27各型号的弹翼相同,从前到后分别为梯形稳定翼,蝶形翼和双三角形尾翼,舵展为972mm,尾翼翼展770mm,R-27E和R-27弹翼的区别仅在于前部的蝶形翼和后部尾翼之间的距离不同。红外型和雷达型由于导引头形状不同,梯形稳定翼也略有差别。R-27R长4080mm,重253kg,R-27T则由于红外导引头更短更轻,长度为3975mm,重245kg。

 

R-27E

R-27E相比于R-27换装更大型的发动机,发动机由单推力的R-300火箭发动机改为双推力的R-300E固体火箭发动机。火箭发动机长度由1500毫米增加到2200mm,直径由230mm增加到260mm,使导弹阻力有所增大。但是由于导弹推进剂总重由67.5kg增加到142kg,几乎是R-27的两倍,使其拥有了不死鸟级别恐怖的总冲(ΔV >1100m/s),在高空的动力学射程甚至和采用高抛弹道的AIM-120B相当。由于发动机的变化,R-27ER长度来到了4775mm,重量达到了354kg,R-27ET则为4490mm,重343kg。

 

R-27(E)发动机推力数据

R-27导弹共有五个舱段,在导弹的最前方为导引头,后面的舱室则是飞行计算机和无线电近炸引信。第三个舱室中为舵机舱,并安装有发电机,数据链天线安装在舵机后面。第四个舱室则是包含15kg高爆炸药的39kg连续杆战斗部。最后的第五个舱室则是固体火箭发动机。导弹的主要结构材料是钛合金,发动机壳体为钢材,各舱室之间通过偏心式锁定装置连接。

各主要舱段

R-27导弹的气动布局独具特色,和AIM-7的偏转弹翼式气动布局不同,尽管R-27的舵面很大,但是其气动特性更类似于鸭式布局。R-27的蝶形舵具有前掠优点的同时又提供了较大的展弦比,在横滚控制上具有非常明显的优势,尤其是在跨声速段抑制了鸭式布局固有的滚转控制反效。在主动段以及动压较高的被动段,蝶形舵控制能力非常好,因此赋予了导弹较高的机动性,但在动压较低的被动段,蝶形舵控制效果明显下降,导致过载下降。在舵面面积一定时,与采用切尖三角形和双三角形相比,蝶形翼能使舵面具有极小的气动铰链力矩从而可以大大地减小伺服机构的所需功率,这对于苏联较差的舵机技术而言是个极大的优势。而在阻力上,与大多数人的印象不同,蝶形翼的气动阻力较三角翼而并没有多大的差距。在《蝶形翼的气动特性研究》一文中的数据表明,蝶形翼在高速度段下全弹零升阻力系数和双三角翼相比,最高仅高了不到8%,大迎角下差距也不超过10%;而在低速段则更具优势。从该论文的数据来看,实际上R-27在阻力方面相比AIM-7并无劣势。和格栅舵大于传统平面舵三倍以上的阻力相比,蝶形翼增加的阻力可谓忽略不计。

 

A为双三角翼,D为蝶形翼。CL为升力系数,CDF为全弹阻力系数,xdp为全弹压心系数

 

导引头和其他型号

R-27雷达制导型采用的是9B-1101K(RGS-27)半主动脉冲多普勒雷达导引头,该导引头工作于J波段,采用单脉冲体制。导引头偏转角度为±50°。在上视情况下,可以在25公里处探测到雷达反射截面为3平方米的目标,并具有良好的电子对抗能力,和干扰源追踪模式。

 

9B-1101K

由于在导引头技术和载机连续波照射器上的劣势,苏联半主动雷达导引头的探测距离较同时代美军导引头要短不少。而R-27的研制指标中就要求其射程能够压制美军同类导弹。因而,苏联工程师采用了中段惯性制导加无线电指令修正的方式来延长其射程,当导弹靠近目标后再由半主动导引头捕获并进行制导。R-27R最大中段制导时长为30s,装备在米格29上时,最大中段制导距离为50km;R-27ER装备的型号则更长。R-27制导系统实际上和下一代主动雷达弹的工作方式极其相似。而美军此时装备的AIM-7M导弹则没有这些,导弹全程依靠自身导引头来制导,因而在最大发射距离上要落后于R-27。美军直到AIM-7P才加上了中段无线电指令修正。

 

TGS-36T

R-27红外制导型采用的是TGS-36T " Geofizika  "全向红外导引头,该导引头工作于中红外波段,导引头偏转角为±55°,通过高压液氮冷却,使用APU-470导轨式发射架挂载。在冷却剂充足的条件下,该导引头可以连续工作3小时,并可由雷达或IRST辅助锁定。在理想条件下,R-27T可探测迎头10-15公里远的非加力目标,若目标开启了加力则为20-25公里。在尾追攻击的情况下,可以在40公里外锁定非加力目标,若目标开启了加力则可达80公里以上。该导引头具备一定的抗干扰能力。部分较新的R-27T可能装备了新型的MK-80M导引头。

 

除开以上两种导引头,R-27还有装备有反辐射被动雷达导引头的R-27(E)P,和装备主动雷达导引头的R-27(E)A。R-27P采用的是基于Kh-31P的L-111导引头技术开发的 9B-1102 导引头,该导引头可以锁定正在进行主动干扰或者正在使用雷达的目标,如电子战机和预警机。R-27P最远可以在200km外锁定目标,并可以攻击最大机动过载不超过5.5G的目标。不过由于9B-1102依旧属于早期反辐射导引头,其跟踪质量和制导精度都不高。

 

在1981年,苏联便完成了主动雷达中距空空导弹制导系统的初步设计。根据1982年7月19日的军工综合体的决定,锦旗设计局开始研发一种采用主动导引头的R-27型号,并使其拥有射后不理的能力。R-27(E)A导弹的概念设计于1983年完成,并在次年改装了两架米格29用于测试R-27A,但后来这些飞机被用于RVV-AE的测试工作。1985年到1986年,R-27A在另外两架米格29上进行了8次发射测试。

 

9B-1103M

R-27A采用的ARGS-27导引头上计划使用Alice型数字计算机,但由于其开发进度缓慢,导致在1988年至1989年间,其研究几乎被暂停,以便集中资源进行RVV-AE导弹的研发工作。进入90年代后,新展出的R-27EA导引头换成了基于R-77导引头的9B-1103K-150,重量大幅减少,并且提高了探测范围,但R-27EA是只在航展上进行过展出,没有任何服役的记录。

 

R-27还有一个被称为R-27EM的型号,该型号为海军型(M=Morskaja,海洋),是苏-33的装备的一部分。该型号改进了在海面环境下对低空目标的对抗能力,宣传最低拦截高度为3米,具备对掠海飞行的鱼叉和战斧反舰导弹的拦截能力,依旧采用半主动雷达制导,但是战斗部更轻。

 

射程

 

R-27R作战高度为20至25000米,目标速度最大速度为3500km/h,R-27最大过载为30G,可有效攻击过载为8g以下的空中目标,具备攻击高度差达10km目标的快速升降能力,对于空中目标的杀伤概率为0.6-0.8。R-27导弹的发射速度限制为0.6至2.25马赫,过载不超过5-7 g。

 

R-27导弹的干质比和AIM-7M相当,但是由于采用单推力发动机和苏联相对较差的推进剂技术,R-27在射程上要短于AIM-7M。其在低空能达到约2.5马赫的最大速度,在高空高速下发射则能达到4马赫。俄国人宣传R-27R的射程为80公里,但这只有在超过20000米的高度下才能实现。一般而言,在10000米高度,载机以1100km/h的速度对以900km/h迎头飞行的目标进行射击时,发射距离为35公里。在5000米高度时,则为23公里,在海平面则为10km。如果是尾追攻击,在高空下降至15公里。最小射程在500至2000米之间

 

R-27E的总冲要远远大于R-27和麻雀,因而其能在高空达到5马赫以上的飞行速度,在低空也能达到3马赫以上。在一部分资料中,R-27E还具备采用高抛弹道进行攻击的能力(实际上应该只有R-27EA能高抛)。在上文的相同条件下,10000米高度的发射距离为60公里,弹道射程为130公里。尾追射程约为30-40公里。R-27ER的发射距离小于弹道射程的原因之一就是受到了导引头工作时间的限制,R-27的雷达和红外导引头的标称工作时间都是60s,在对付远距离目标时便可能出现导弹仍然拥有足够的能量,但是导引头停止工作的情况。但是尽管如此,高空R-27ER的发射距离也已经和AIM-120B相差不多。如果R-27EA能够服役的话,则它的高空射程表现很可能不弱于AIM-120C5。

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R-27ER的射程包线图,实线为目标速度900km/h,虚线为1100km/h

出口与战绩

 

R-27在1983年进入苏联空军服役之后,也随米格29和苏27出口到了中国,印度,阿尔及利亚,东德,印度尼西亚,马来西亚,伊朗,波兰等国,并参与了海湾战争,--厄立特里亚战争等冲突。R-27的出口型会添上“1”的后缀,如R-27R1,R-27ET1等。

 

R-27的首个空中战果出现在1992年,一架俄罗斯MiG-23MLD使用一枚R-27击落了一架格鲁吉亚Su-25。但R-27最为出名的战例,也是其烧火棍称号的来源,则是1999—2000年埃塞俄比亚-厄立特里亚战争中的非洲之角空战。其中最出名的一场战斗发生在1999年2月25日,4架米格-29编队飞向前线,途中遭遇2架埃空军的苏-27。当时双方处于同一高度,2架苏-27见敌众我寡,试图撤退,但厄空军的米格29已经发射了导弹。苏-27立即进行大幅机动,成功躲过多枚R-27导弹。同时苏-27编队长机抓住机会向2架米格-29发射了2枚R-27,米格-29也躲避成功。之后,由于打光了R-27,米格-29不得不与苏27进入格斗,并被苏-27用1枚R-73导弹击落1架米格-29。R-27在这次战斗中的糟糕表现被认为是R-27战斗力低下的证据,但实际上参考后面一年的绝大多数空战战果(如图),R-27的战果上占了大头。在2000年5月16日的一场空战中,两架米格29中,一架因为告警系统故障被一枚R-27击落,另一架则被击伤,在地面防空的掩护下才勉强着陆。

 

 

 

R-27在非洲之角空战中的较低命中率是多方面的因数导致的结果,厄埃两方糟糕的维护保养水平导致导弹故障频发;同时由于半主动雷达制导导弹本身固有的容易对抗的特点,加上双方飞行员均对导弹性能相当了解,双方飞行员均能对来袭的导弹作出有效的应对,因而导致了较低的命中率。而在海湾战争中AIM-7的51%的高命中率(算上故障率为43%,取自兰德公司的报告;另有说法为28.5%)则是在对非对称对手作战时取得的,伊拉克空军战斗机几乎处于完全的数量,技术,信息和电子战劣势中,往往难有效应对联军的发射的导弹。和AIM-120这种主动弹相比,半主动弹的攻击特征明显,容易触发告警且被易干扰,能够通过39线机动的方式较为轻松地规避,其在对等条件下的实战命中率往往不高,以至于常常需要进入格斗空战结束战斗。

 

结语

 

R-27空空导弹作为苏联和AIM-7F/M对标的新一代空空导弹,其服役时间要落后于后者近五年。虽然R-27E在性能上实现了对麻雀导弹全面优势,但是它直到1989—1990年才服役。此时,AIM-120和R-77即将崭露头角,落后一代的R-27E面临着非常尴尬的处境。R-27空空导弹是苏联工程师在有限的技术条件下制造出优秀产品的典型案例,在体现着苏式暴力美学的同时,也有着领先和精妙的设计,无疑是冷战时期导弹技术竞争中的一颗璀璨明珠。

 

 

 

参考资料:

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5.Aircraft missile R-27 (K-27) | Missilery.info

6.Legacy Air Defence System Upgrades (ausairpower.net)

7.Уголок неба ¦ Р-27 (airwar.ru)

8.Vympel R-27 (AA-10 Alamo) - Armi aria-aria - Aerei Militari Forum

9.非洲之角空战:苏-27对决米格-29 人民网

10.Vympel R-27 - History, Design, Performance & Dissection - Soviet Union - War Thunder - Official Forum