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以科學觀點 剖析中華民國海軍武器性能

以科學觀點 剖析中華民國海軍武器性能. 陳柏羽老師 2012.9.18. 全體就備戰部署. 1. 各自速至指定部位 2. 所有艙門緊閉 3. 通風停止，燈光昏暗. 標準一型防空飛彈. 標準一型防空飛彈，是我國海軍 第一種區域防空飛彈 該型飛彈彈體重 625 公斤，彈體長 4.47 公尺， 飛行速度為 2 馬赫 ， 射程為 46 公里。 . 標準二型防空飛彈. 配備於我國基隆級艦上的防空飛彈，是海軍目前性能 最強的防空飛彈 彈體重 705 公斤，彈體長 4.72 公尺， 飛行速度約 2 馬赫，射程為 73 至 167 公里

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以科學觀點 剖析中華民國海軍武器性能

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Presentation Transcript

  1. 以科學觀點剖析中華民國海軍武器性能 陳柏羽老師 2012.9.18

  2. 全體就備戰部署 1.各自速至指定部位 2.所有艙門緊閉 3.通風停止，燈光昏暗

  3. 標準一型防空飛彈 標準一型防空飛彈，是我國海軍第一種區域防空飛彈 該型飛彈彈體重625公斤，彈體長4.47公尺，飛行速度為2馬赫，射程為46公里。 

  4. 標準二型防空飛彈 配備於我國基隆級艦上的防空飛彈，是海軍目前性能最強的防空飛彈 彈體重705公斤，彈體長4.72公尺，飛行速度約2馬赫，射程為73至167公里 為一半主動雷達導引方式，於基隆級艦的艦艏艦艉各裝置一具發射器

  5. 五吋艦砲 五吋砲的接戰程序:主要在艦上雷達偵獲空中或水面目標後，由ＭＫ－八六火砲射控系統直接以電腦系統控制五吋砲接戰

  6. 五吋艦砲 最大射擊距離約為21公里；最大射擊高度約為一萬三千公尺；發射速率可達每分鐘三十四發。

  7. 單管20mm快砲  射程:有效射程1500公尺 射高:1000公尺俯仰角:-10。~+90。射界:360。射速: 600發/分鐘

  8. 近迫武器系統(Close-In Weapon System ) 方陣快炮:MK-15 20mm方陣快炮(Phalanx Gatling MK-15)最為人知 公羊滾轉體防空飛彈(RAM) 星戰雷射光砲:最快明年初服役

  9. MK-15 20mm方陣快炮 設計來負責對抗低空、近程目標(針對反艦飛彈和低空飛行的固定翼航空器)的點防禦武器 只要給它可能目標的資料後,它就完全靠自己的雷達搜索、追蹤、目標威脅評估、鎖定、開火,無須倚靠其它系統幫忙

  10. MK-15 20mm方陣快炮 開火的短時間內傾瀉出大量彈藥(依型號不同,擁有3000發/分鐘~4500發/分鐘的射速)到系統計算出其所攻擊目標的可能行經地點形成彈幕,並在開火後(開火時間通常只有一秒上下)

  11. 方陣快炮的限制 方陣快砲是作為最後一到防線, 基本上那時飛彈將會於數秒鐘至半分鐘內被摧毀 如果對方是超音速反艦飛彈, 基本上方陣等於沒用→因為方陣開火後約數秒就準備中彈, 這時就算超音速飛彈導航系統與彈體被破壞, 但由於這類飛彈速度高, 還有很大的慣性讓飛彈繼續往前飛一段距離, 剛好足夠補足方陣的射程, 所以照樣準備中彈! 超音速反艦飛彈就是號稱神盾殺手..所以更需要攔截射程更長的彈砲合一近迫系統

  12. 星戰雷射光砲 功率為50000瓦的雷射武器 可以光速發射，熔化敵軍射來的砲彈外殼、引爆內部的炸藥，已在測試中成功摧毀六十公釐的迫擊砲砲彈

  13. 神盾殺手:超音速反艦飛彈 超音速衝壓飛彈的優點： 敵人反應時間短，以掠海高度20公尺計，假設目標艦的雷達高度為15公尺，則飛彈冒出水平線的距離是28公里左右，理想上，一枚秒速300公尺的反艦飛彈要花93秒才能擊中目標，然而一枚秒速660公尺的超音速飛彈只需要42秒。 如果天候惡劣，雷達自動標定能力不佳的話，目標可用的預警時間只會更短，使其根本來不及攔截超音速反艦飛彈

  14. 衝壓發動機優點 衝壓發動機（Ram Jet）是一種結構簡單、沒有任何活動組件的噴射發動機 相較於火箭推進器:一般的液態燃料衝壓發動機完全不需要攜帶氧化劑，直接吸收大氣中的氧氣進行燃燒 相較於渦輪發動機:衝壓發動機沒有渦輪壓縮機。衝壓發動機的結構包括衝壓進氣道、燃燒室 、尾噴管，只靠進氣道對空氣進行加壓

  15. 衝壓發動機優點 固態火箭的燃燒作用時間都很短，一口氣將所有燃料燃燒殆盡 →適合防空飛彈 對於需要長時間低空飛行、轉向的反艦、陸攻飛彈就不適合了 衝壓發動機不僅燃燒時間長，而且氧化劑完全取自外界，飛彈本身只需攜帶燃料，所以在相同體積情況下可獲得比固態火箭更大的射程

  16. 衝壓發動機原理 衝壓發動機無法直接在靜止狀態開始工作，而需先由外界的動力獲得初速，使氣流源源不絕地高速進入進氣口 衝壓發動機必須加速至超音速才能開始工作，因為進氣道的氣流壓力必須高於燃燒室的壓力，否則外界空氣將無法進入燃燒室。 戰鬥機攜帶:則可直接獲得初速 額外的推進器：先讓飛彈點火升空並加至額定速度，才能運作。

  17. 台灣研發衝壓發動機肇始 投入原因：衝壓發動機結構簡單，不需要渦輪，初步評估認為這對當時連汽車引擎都不會做的台灣而言，是個較易切入的方向 合作對象：美國馬夸特（Marquardt）公司（製作攔截蘇聯戰略轟炸機的長程防空飛彈） 馬夸特公司的CIM-10A/B防空飛彈，衝壓發動機採外掛設計，彈體十分巨大。

  18. 建立大型風洞 馬夸特公司協助建立大型測試風洞:於1984年完成。有別於普通風洞，由於是作為衝壓發動機裝備測試，為了模擬實際高速飛行中的空氣密度以及飛行中的燃燒現象，故必須在風洞氣流中加入丙烷引燃，增加溫度

  19. 天弓飛彈計畫室成立 1981年2月：預定作為天弓防空飛彈動力系統的衝壓發動機研發團隊，順理成章地併入計畫室之中。 本意：天弓飛彈初期有意師法馬夸特公司研發的CIM-10A/B衝壓推進防空飛彈， 計畫生變：當時中科院尚無法突破衝壓發動機的技術關卡，所以天弓計畫只得先採用傳統固態火箭發展天弓一型

  20. 空射緊致型衝壓發動機 1968年：渥特公司開始為美國海軍進行整合式火箭衝壓發動機研究，也就是把固態助升火箭與續航衝壓發動機整合為一體 優點： 1.節省飛彈的體積與重量：衝壓發動機設置於彈體內部後段，固態助升火箭先燃燒，燃燒完畢之後留下來的空間就成為衝壓發動機的燃燒室 2.內置式固態火箭助推器只需燃燒5秒的時間，就能加速至可啟動衝壓發動機的速度

  21. 空射緊致型衝壓發動機之缺點 缺點：使用的液態燃料因為安全起見，平時必須儲存於航艦上，戰機出擊前才注入飛彈，使用上相當不便 美國海軍政策轉向：取消計畫，轉而支持次音速的戰斧巡航飛彈

  22. 擎天計畫成立 目的：結合過去十年來所有液態燃料衝壓發動機的相 關技術 一位中科院人員投書指稱：中科院在1980年決定發展衝壓推進防空飛彈是個嚴重的錯誤，因為發展數年後才發現模仿的對象是空射反艦飛彈（應指渥特公司的STM），發射初速天差地別，根本不能直接由地面發射來打飛機，必須重新設計

  23. 化悲憤為力量 質疑也激起擎天計畫室相關人員的鬥志，奮發努力完成了後續的測試作業 除了衝壓發動機本身的技術之外，飛彈如何在緊迫的接敵時間內確實完成搜索與鎖定，並控制高速彈體準確擊中目標 1994年：擎天計畫室與中科院研發反艦飛彈的「雄風計畫室」合併，而這種新型超音速反艦飛彈就是所謂的「雄風三型」

  24. 擎天MK-1衝壓發動機測試載具 將衝壓發動機整合入載具體內，使得體積更為緊密 仍使用傳統的大型外接式助升火箭，連接於彈體後部，燃燒殆盡後隨即拋棄

  25. 擎天MK-1的四次飛行實驗 第一次試射：純粹測試彈體、發動機與各組件的基本性能，載具發射後依照控制程式進行加速、固態助升火箭分離、衝壓發動機點火等動作，再加速到超音速，控制面全程都處於鎖定狀態，沒有任何航向修改， 第二次試射：1992年9月25日進行，是擎天MK-1第一次進行彈道控制試飛，主目的在於驗證中途導引及高空巡航測試，載具發射後依序進行加速、助推器分離、衝壓發動機點火、開始飛行控制、加到巡航速度，爬升到指定的巡航高度後進行水平巡航飛行，巡航結束後依照預設的航道俯衝

  26. 第三次試射:模仿反艦飛彈的低-高-低彈道，載具發射後仍先爬升至高空巡航，飛行一段時間後向低空俯衝並調整速度，進入終端低高度水平飛行一段時間，最後載具以橫向高G轉彎，完成後控制指令歸零 第四次試飛：要用於驗證掠海飛行性能，載具點火發射後，依序進行分離、俯衝、拉平動作，再於極低空進行不同高度的掠海飛行，最後也成功完成任務。擎天MK-1的最大巡航高度可達12000m，速率超過2馬赫。

  27. 擎天MK-2 整合固態火箭衝壓發動機技術，將助升火箭設置於衝壓發動機燃燒室內以節省體積空間，利於給飛機掛載或裝入地面、艦艇發射箱內

  28. 助升器改到彈體兩側 優點：縮減彈體長度，利於裝入發射箱或由戰機攜帶 彈側助推器脫離彈體技術難關：兩個助推器不能同時脫離、脫離時受到外界氣流影響使助推器撞擊彈體、使用機械裝置連結側掛式助升火箭，機械故障而無法同時脫離 問題解決：爆炸脫離裝置，因為爆炸時機的控制較為簡單容易，而且爆炸時的向外推力便足以避免助推器脫離後回頭撞上彈體

  29. 超級比一比 雄風三的體型重量遠低於日炙這表示雄風三的技術層次比日炙高很多

  30. 俄羅斯SS-N-22(3M80E)日炙反艦飛彈 • 彈長:9.4公尺彈徑:1.3公尺彈重:4000公斤彈頭:300公斤導引方式:直昇機中途導引+終端主/被動雷達最大射程:120公里/改進型160公里動力來源:衝壓發動機巡弋高度:7~20公尺最大飛行速度:2.4馬赫

  31. 外掛的沖壓引擎 大陸80年代發展失敗的C-101,C-301

  32. 俄羅斯紅寶石超音速反艦飛彈

  33. 俄印和製的布拉莫斯

  34. 法國的ANF

  35. 雄三整合進彈體的衝壓引擎

  36. 雄風三型反艦飛彈彈尾特寫 兩側助推器上的可折疊式穩定面

  37. 2006年初曝光照片 成功號原本的四聯裝雄風二型反艦飛彈發射器被撤除了右邊兩管，換成另外兩管長度與寬度更大的發射箱，這就是雄風三型飛彈的發射器

  38. 超音速反艦飛彈的優點 目標艦的雷達高度為15公尺，則飛彈冒出水平線的距離是28公里左右，理想上，一枚秒速300公尺的反艦飛彈要花93秒才能擊中目標，然而一枚秒速660公尺的超音速飛彈只需要42秒。如果天候惡劣，雷達自動標定能力不佳的話，目標可用的預警時間只會更短，使其根本來不及攔截超音速反艦飛彈

  39. 數學題~雄風三型飛彈以超音速飛向300公里外的日本金剛驅逐艦數學題~雄風三型飛彈以超音速飛向300公里外的日本金剛驅逐艦 題目：花蓮外海的成功級巡防艦對300公里外的日本神盾金剛驅逐艦發射一枚雄風三型飛彈，就是以剛好超音速(平均)，日軍在石桓島上空的E-2C在我成功級巡防艦發射後就通知金剛艦，共花了五秒

  40. 問題一 Q1:雄風三型要花多久的時間可以命中 金剛艦？

  41. 解答一 以雄三性能數據660m/s推算, 成功級距離金剛級約300km(假設雄三射程達300km), 300000/660 = 454s 約7分鐘34秒.

  42. 問題2 Q2:請問扣掉五秒後，金剛艦還有多久反應時間接戰？

  43. 解答2 7分34秒-5秒= 7分29秒. 但是沒那麼簡單, 就算預警機發現, 假設雄風3距海平面高度約20m, 推算日艦雷達高度為15m, 出現在海平面為28km, 以660m/s計算, 接戰反應時間為42秒.

  44. 問題3 Q3:金剛艦接戰程序 ？

  45. 解答3 電戰干擾為優先 發射防空飛彈攔截：由於VLS垂發後飛彈須向上昇然後轉向, 接著下降往反艦飛彈飛去, 這會耗去不少時間約10數秒 （無第二次發射飛彈攔截的距離） 發射電子干擾火箭：形成金屬絲幕, 在雷達上看起來會像是一片雷達雲, 艦艇高速迴轉閃避 近迫防禦系統: 到了最後Mk15發揮時已在3-5km內, 只剩下約5-7秒 就算最終被近迫武器攔截, 但是強大的動能還是讓破片殘骸飛向目標造成傷害.

  46. 問題4 Q4:金剛艦的下場？

  47. 解答4 一般的艦艇挨上2-3枚次音速反艦飛彈還不見得會馬上沉沒. 但只要挨到一枚超音速反艦飛彈4000噸級的巡防艦當場嗚呼哀哉. 大如7000-8000級的神盾驅逐艦兩枚也足夠讓他沉入海底. 這是超音速反艦飛彈最具威脅的地方

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