弹道导弹变轨原理（导弹上不起眼的栅格翼）

弹道导弹变轨原理（导弹上不起眼的栅格翼）二、栅格翼的原理民用领域主要在航天飞行器上。苏联在“联盟”号宇宙飞船的救生舱上安装了栅格翼。救生舱是一个无控制的飞行器，在距离地面39公里的高度以下可以紧急启动。栅格翼的作用是保证逃生舱在飞行过程中的稳定性。当上面的4块栅格翼同时打开的时候，可以保证舱室的气动压心后移，从而实现稳定飞行。栅格翼并不神秘，早在上世纪40年代，苏联科学家就对栅格翼进行全方位的研究。只不过受限于当时的理论和技术水平，并没有形成成果进行广泛应用。直到90年代初，俄罗斯制造的R77空对空导弹中使用了栅格翼套件，算是目前俄罗斯最为成功的应用案例之一。他们所用的数据，还是50年代对栅格翼进行风洞实验得出的。可见虽然当时研究非常超前，但没有广泛应用的物质基础。从这里也可以看出栅格翼确实是一套不好应用的结构。美国大概也是在同时期进行了应用，不过他们没有将栅格翼安在导弹上，而是安在了炸弹上。阿富汗战争期间，我们比较熟知的“炸弹

运载火箭虽然非常庞大，但每一个细节都容不得半点马虎。因此从制作到最后发射，每个环节都有专人进行多轮次的检测。

为了保证人员操作的平台稳定，一般在能够减重的地方都采用格栅化结构。但一些细心的观众可能注意到了，在火箭的一些部位，即使发射后仍然带有格栅板，难道这是为了方便人员操作而特意设置的吗？

其实这是导弹以后的装备趋势——栅格翼。

一、栅格翼的起源

栅格翼并不神秘，早在上世纪40年代，苏联科学家就对栅格翼进行全方位的研究。只不过受限于当时的理论和技术水平，并没有形成成果进行广泛应用。

直到90年代初，俄罗斯制造的R77空对空导弹中使用了栅格翼套件，算是目前俄罗斯最为成功的应用案例之一。他们所用的数据，还是50年代对栅格翼进行风洞实验得出的。可见虽然当时研究非常超前，但没有广泛应用的物质基础。从这里也可以看出栅格翼确实是一套不好应用的结构。

美国大概也是在同时期进行了应用，不过他们没有将栅格翼安在导弹上，而是安在了炸弹上。阿富汗战争期间，我们比较熟知的“炸弹之母”上便有栅格翼结构。值得一提的是，除了美、俄之外，德国也对栅格翼颇有研究。他们研发的一些反坦克导弹，甚至一些特制子弹上都有栅格翼。

民用领域主要在航天飞行器上。苏联在“联盟”号宇宙飞船的救生舱上安装了栅格翼。救生舱是一个无控制的飞行器，在距离地面39公里的高度以下可以紧急启动。栅格翼的作用是保证逃生舱在飞行过程中的稳定性。当上面的4块栅格翼同时打开的时候，可以保证舱室的气动压心后移，从而实现稳定飞行。

二、栅格翼的原理

在一些航空影视剧中，我们可以看到飞机在转弯的时候是不像汽车一样直接原地转，而是用机翼斜切下去完成转弯。

这是因为在飞行中，空气会对物体的表面（也称为气动舵面）产生力矩，单靠结构是无法应对这种力量的，因此只能通过斜切完成转向。栅格翼由于有诸多镂空的设计，那么就相当于本身是若干个叠加在一起、拥有相同姿态的短翼。这些“短翼”产生了远大于常规气动舵面的阻力，随之而来的便是稳定性和控制效率。

速度越快，安装栅格翼的飞行物体就越稳定；速度越慢，控制效率又越高。由于是镂空式的格栅设计，因此格栅的任意布局都能带来不一样的效果。目前应用最普遍的是蜂窝式，将格栅的壁与边框成45度角斜置，可以有效提升飞行器的升力特性，并且增加其稳定性和可控性。

三、主要代表

上文提到了俄罗斯的R77导弹和美国的“炸弹之母”。

R77是世界上第一款采用栅格翼的空对空导弹，也是“发射后不理”型导弹。就是说飞行员发射导弹后不需要持续瞄准，导弹自己追击目标。但很多电影都展示过，飞行员利用峡谷或高山采用突然转向的方式，让后边反应不及时的导弹撞山。但这点放在R77身上则很难实现。

因为R77安装的4片栅格翼弹翼减少了大攻角机动时的气流分离，减少了转向的飞行力矩，还增大了气动升力。到时候飞行员是否能够顺利摆脱R77的追击都是未知数。再说“炸弹之母”。美国人充分利用了栅格翼的结构特性，不仅紧凑、小弦长，还可以折叠后紧贴弹体。这样减少了空间，易于存储和运输。

“炸弹之母”的外形较大，一般由C130“大力神”运输。平时弹翼处于折叠状态，只有投放时展开。它与普通炸弹不同的是，其降落过程中是根据GPS信号指引的，等于是“制导炸弹”。

那么在下降过程中需要不断调整路线，栅格翼主要是为了追求低速状态下的姿态控制能力。在自由下落的过程中，传统的直板翼无法进行有效控制，相比之下，栅格翼是最好的选择。

70年代，苏联也尝试在大型导弹上使用栅格翼。从SS12“薄板”（“飞毛腿”导弹的改进版）中程导弹到SS25“白杨”战略弹道导弹，苏系工程师一直在将栅格翼完美糅进导弹结构设计中。

比较有特点的是SS20“先锋”中程导弹，也就是“白杨”的前身。它的身上安装了4个栅格翼和4个稳定翼，存储状态下尾翼处于折叠状态，用一个钢环锁紧。当导弹被发射出去后，弹力可以将钢环解锁，从而让8个尾翼展开。栅格翼的作用是导弹在第一飞行阶段中，提供气动控制力。第二阶段时，主要依靠喷射系统进行矢量推力控制。

四、技术上的优势

栅格翼的整体面积较小，受到的力矩相对也较小，那么只需要小功率就可以让物体实现转动。由此可以让传动和电源等一些装置减少体积和面积。要知道，导弹虽然看上去很大，但冗余空间很小，所有部件都是依靠非常精密的尺寸，以非常精密的状态搭配在一起。

而栅格翼的出现看似只是缩小了一些系统的体积和面积，实际上却是革命性的挽救。因为气动操作面可以安装在导弹的尾部。一般来说，普通导弹的一级发动机工作时间只有10秒左右。10秒之后，导弹的重心是前移的。气动操作面如果放在导弹尾部，可以为导弹提供更大的操作力矩，从而提高导弹的机动性。

虽然栅格翼是镂空式的设计，但结构强度是要高于平板翼的。有些导弹需要射程远、速度快、飞行时间长，传统尾翼布局所带来的飞行稳定性和强度问题，在栅格翼面前都可以迎刃而解。但有人也要问了，既然栅格翼如此优秀，且从上世纪50年代就开始研制了，为何现在没有广泛装备呢？

这是因为栅格翼看似只是有几个孔，但这些孔洞之间的结构牵扯到复杂的数据关系，没有扎实的科研团队是无法在短时间内搞出来的。这也是很多国家无法制造栅格翼的原因。

而且结构复杂的栅格翼对加工工艺的要求也很高，同时由于结构限制，隐身能力几乎等于零。在现代强调雷达隐身的大环境下，栅格翼是否可以广泛应用确实是个问题。