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SpaceX公司的星链低轨巨型星座，在公元2020年8月7日完成第十批的发射，总计发射入轨597颗 ，如今在轨活跃运行584颗。
有关运载火箭的可重复使用技术，咱们已经聊了五年了。
再入大气的返回飞行和精确着陆过程中，有关现代运载火箭的结构设计、气动计算、先进制导控制技术、发动机深度推力调节技术和快速响应技术、高可靠和高精度的测控体系等技术都得到了验证和较为充分地展示。
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今天，小火箭准备专门聊一聊运载火箭的气动部分，并且只讲述栅格翼。
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本文，属于小火箭可重复使用运载火箭技术的专题系列技术报告中的一篇，针对栅格翼技术，阐述：
第七，栅格翼要解决的问题以及对国内外栅格翼发展的展望。这个要从人类刚刚鼓足勇气和攒够技术和运气来飞向天空的那个时代了。
在公元1842年9月29日这一天，英国工程师威廉姆·萨缪尔·亨森提交了一份具有划时代意义的专利申请。在这份申请中，他充满激情地写道：“这是一种以蒸汽为动力的，能够把信件、乘客或者其他物品通过空中从一个地方送到另一个地方的设计。”![]()
同时，他附上了淳朴且直观的解释：“如果你把一块又平又轻的木板以一个固定的角度倾斜抛出的话，平板将会飞向空中并最终掉回地面。而如果这块平板本身拥有一种持续的动力，并且这个动力的大小等于向外斜抛木板的力的话，这块板子将会在空中持续运动，像鸟儿一样地飞行。”
在亨森的专利中，他认为，木板的倾斜角度在运动过程中会产生抵消重力的向上力量，而由一台蒸汽机驱动的螺旋桨则会提供推动木板前进的持续的“斜抛力”。![]()
这个构想放到今天，或者只能博得人们的莞尔一笑。
但是，在1842年，能够提出航空发动机概念的雏形，是个了不起的事情。因此，他的那个专利如今已经被认定为世界上第一个有关重于空气的飞行器的专利，并且是世界上最早详细阐述航空发动机重要性的专利。亨森可不是个只说不做的空想家，他不仅提出了带有动力的固定翼飞行器的概念，还对其付诸了实践。
1842年末，亨森制作了一个翼展为6米的模型。随后，他在1845年6月，推出了一架巨大的固定翼飞机。该机长26米，主翼面积418平方米，辅助机翼面积140平方米（我们甚至可以将这块辅助机翼称作尾翼）。
亨森给该机配备了一台功率为20kW的蒸汽机。
亨森的“空中蒸汽机”始终没能飞上蓝天。不过，这台蒸汽机则成为了世界上最早的航空发动机概念机。
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44年后，在大西洋的另一端，美国人兰利博士给出了更加详细的研究结果。他认为，平板在空中受到的升力与平板的面积成正比，与飞行速度的平方成正比，与平板攻角的正弦成正比。这个结论已经带有了一些空气动力学的味道。![]()
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同时，兰利博士认为，蒸汽机过于笨重，难以胜任航空发动机的角色，而内燃机则有着相对比较高的功率/重量比。可惜的是，兰利的概念虽然方向正确，但是限于当时的工艺水平，他始终没能让自己的飞机顺利地在天空飞行。![]()
1903年12月，莱特兄弟把人类第一架重于空气的飞行器送上天空。![]()
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但是，历史始终欠着那位叫做泰勒的自行车修理工一份荣耀。
这台拥有12马力（8.9千瓦）功率的汽油发动机仅重82公斤。![]()
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泰勒注意到，对于航空发动机而言，单纯注重功率是不行的，应当以最轻的重量为代价获得最大的功率。至此，活塞发动机设计的核心思想开始显现，那就是追求足够高的功率/重量比。亨森爵士的蒸汽航空发动机，其功率高达20千瓦，但是相对于1360千克的总重来说，功率/重量比仅为0.015。而泰勒的4缸水冷汽油机的功率虽然不及亨森爵士的蒸汽机的一半，但其功率/重量比达到了0.109，是前者的7.3倍。上图为泰勒设计的发动机的图纸。一旦找到了突破的方向，航空发动机就开始飞速发展。从亨森爵士提出带有航空发动机的固定翼飞机概念到莱特兄弟的飞机上天，人们等了61年。重于空气的飞行器，能够飞起来，无非是因为所受的升力大于等于自身的重力。要产生足够的升力，可以像泰勒那样，用足够轻但功率足够强的发动机来持续提供推动飞行器前行的动力，这样以较高的飞行速度来产生足够的升力（动压与飞行速度的平方成正比）。![]()
以上思路，就是至今依然被很多人津津乐道的：只要功率用不完，板砖也能飞上天；或有成语云：以莱特兄弟的带有四缸汽油发动机的双翼飞机马上就成为了人们对重于空气的飞行器的第一印象。
随后，人类的航空器从双翼进化到单翼，然后就是后掠翼，然后是符合跨声速面积律的设计，然后是高超声速飞行器。
不过，还有一条充满了探索精神和无限趣味的支线，值得咱们探讨，那就是：多翼设计。动压与特征面积成正比，翼面足够大或者足够多，理论上也是能够产生足够升力的。
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1890年，也就是莱特兄弟成功之前十几年，发明家马克西姆爵士研制了上图这样的“飞行机器”。
一开始，爵士准备用双翼设计，但是蒸汽机的分量实在太重，为了增加升力，爵士只好增加了一组机翼，随后又增加了一组机翼。
不过，最终，还是因为难以同时满足减重和增加功率还有增加升力这三个方面的要求，该机器没能起飞。![]()
1904年，英国航空先驱菲利普斯，研制上上图这样的飞行器。可惜，当年因为升空后，姿态不稳定，没能实现持续飞行。菲利普斯决定，一不做二不休，干脆让升力面更多一些：
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这是由200个栅格翼面组成的飞行器，自带22马力的发动机。这一年，该机飞行成功，在天空持续飞行了152.4米，成为英国第一架重于空气的飞行器。
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后来，诺斯洛普公司对这种栅格式机翼进行了一些研究，不过该公司最终还是走了力大砖飞的路线，配合飞翼气动外形，拥有了自己的特色。
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1907年，加拿大，出现了这样的由3393个栅格来提供升力的飞行器。
70马力的寇蒂斯发动机相较于这样的体量来说，力气稍小，但是栅格翼本身的升力系数足够大，理论能够让这个名为小天鹅的飞行器升到15米高的空中。
可惜，小天鹅这样美妙轻盈的名字没能帮助该机实现宛如其名的着陆。1912年3月，小天鹅号在布拉多结冰的湖面尝试降落的时候，力道有些大，结果全机坠毁。
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1909年问世的多兰德军用飞机，在栅格的应用上相较于前辈们，谨慎多了。![]()
后来，第一次世界大战爆发，以大英帝国的骆驼式双翼机为代表的驱逐机成为了空战的主要力量。
战争的驱动力，促使工程师对飞行速度和机动性有了更高的追求，从而让栅格多翼这个支线戛然而止。![]()
福克Dr 1三翼机算是在大量双翼机占据天空的时代的一个特例了。![]()
第一次世界大战期间，德国的齐柏林飞艇成为了英国人的梦魇。巨大的载弹量，深夜中悄无声息地抵达，伦敦人在骤然升起的火海中，仰望被火光映照出来的庞大的黑影，发出了近乎绝望的叹息声。
为了对付齐柏林飞艇，英国工程师研制出了自燃子弹头，同时也给了多翼机一个施展的机会：齐柏林飞艇飞行速度较慢，约为每小时84公里，但是其续航距离相当长，而且行踪不定。当时以空战速度和机动性为设计指标的双翼机较难实现长时间空中防飞艇巡逻的任务。而多翼机，无需很快的飞行速度就能维持飞行状态，从而能够提供一个空中巡逻平台，为打击齐柏林飞艇创造可能性。![]()
四机翼的构型，使其用仅18.3米的翼展，提供了89.4平方米的翼面积。该机能够以97公里/小时的慢速在3000米高空持续飞行18个小时。
两台100马力的安扎尼10缸风冷发动机为她提供动力。（这款发动机，后来和塞斯纳结缘，这是后话了。）
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该机顶部有一挺戴维斯机枪和一挺刘易斯机枪。机鼻部位还有一挺刘易斯机枪。
另外，小火箭觉得值得一提的是，超级夜鹰为了能够在夜间拦截齐柏林飞艇，专门配备了大功率探照灯。
这些探照灯由英国ABC汽车公司的年轻的汽车大灯设计师来设计，并且专门配备了独立的汽油发电机来供电。
超级夜鹰，首飞时间为1917年，到1918年下半年具备战斗力。
此时，德国经历了粮食短缺的芜菁之冬和两线作战的局面后，再难发起对伦敦的齐柏林飞艇大规模夜袭了，超级夜鹰也就没能等到施展的机会。再后来，在航空技术发展史的主线上就是单翼机和喷气机的时代了，直到今天。
为了追求机翼结构和空气动力的更优平衡解，苏联茹科夫斯基学派的工程师们，想起了栅格翼的设计。当时，通过解析计算和大量风洞试验，有这样一个结论：
用同等重量的材料来制造栅格翼和传统机翼，则栅格翼在满足同等气动力的前提下，各向尺寸能够比传统机翼小40%以上；栅格翼的气动压心到作动器轴心的距离很短，从而使得力臂较短，在产生同等控制力的前提下，栅格翼需要的驱动力矩相较于传统翼要小30%以上。
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1962年，苏联对于战术弹道导弹的执着和对栅格翼技术的持续研究取得了重要成果。栅格翼，也就从这里开始，从航空领域进入弹道式飞行器领域，从给整机提供升力变为给飞行器提供稳定性和控制力。
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可见，他们把SS-12这款导弹定性为单级液体弹道导弹，而且无非是飞毛腿弹道导弹的升级版本。实际上，小火箭认定该型弹道导弹为二级固体弹道导弹，并且是人类首次对栅格翼技术的大规模成功应用。![]()
受某协多年来从未给咱们响应鼓励和表彰的影响，这几年不再对词条进行持续更新和维护了。
十几年来，小火箭写了数千个词条，提供了大量公益计算和火箭弹道和卫星轨道仿真，但是在2020年，为了回应某部门的无支持，只好暂停相关词条的更新与维护。
不过，个人还是希望能够继续为全世界热爱太空技术的好友们服务，因此就这个机会，把这些百科网站上较为明显的错误更正一下。![]()
SS-12弹道导弹被误认为是液体弹道导弹，其原因在于其第一级的四个喷管。
要知道，固体火箭发动机大部分都是单一大喷管，只有采用多个燃烧室或者多台并联的液体火箭才会出现这样的喷管布局。
在上世纪60年代，苏联尚未解决直径达到1米的较大型的固体火箭发动机的大批量生产技术和工艺。为了满足SS-12弹道导弹的一千公里量级的核弹头投掷能力这一战术技术指标，只好别出心裁地将4个直径为500毫米的固体火箭发动机药柱进行并联。为确保点火后的燃烧同步性的问题，这4个药柱之间是有燃烧通路进行相互连通的。
不过，单个小直径药柱对应的喷管是没有改变的，这就呈现出了4个喷口并联而实际上却是固体火箭而非液体火箭的现象。二级同样采用了固体火箭发动机并联技术，而且为端燃方式。
这种燃烧方式，使得SS-12弹道导弹的第二级的质心变化范围非常大，从而使得二级弹头在再入稠密大气的时候，存在气动不稳定的隐患。为彻底解决这个隐患，SS-12弹道导弹的设计师决定在第二级增设稳定翼面，把气动压心拉到二级弹体后部。这个朴素但有效的设想，源自数千年来人类对于传统弓箭技艺的传承。但是，传统的稳定翼面硕大无比，会严重影响第一级发动机耗尽关机后的整体速度，从而使射程难以超过700公里。![]()
SS-12弹道导弹的栅格翼，平时收拢在二级弹体外侧。
当一二级分离后，四个栅格翼展开，让凹面迎风，极大地增强了该弹道导弹再入稠密大气时的稳定性。![]()
上图为SS-12弹道导弹的运输起竖发射车，车辆左侧，就是SS-12弹道导弹。
在1965年3月14日到1965年10月7日，SS-12弹道导弹进行了29次定型发射试验，表现相当不错，与1965年当年正式入役。
临近1990年，实现了五次重要升级的SS-12弹道导弹正式退役，累计进行了427次发射，从未在战争中使用过（万幸，因为该导弹通常携带的是一枚当量为50万吨TNT的核弹头。）1957年10月4日，苏联把人类第一颗人造地球卫星送入太空，工程师对于载人航天的信心足了不少。
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1961年4月12日，尤里·加加林乘坐东方号载人飞船，由一枚R-7洲际弹道导弹改装而来的火箭送入太空，成为第一位人类宇航员。
当时，东方号的逃逸装置，是一个弹射座椅。在关键时刻，宇航员踹开飞船舱门，拉动弹射装置，就能够被弹射出舱，然后打开降落伞。
实际上，这个逃逸装置，也是宇航员当时返回地球稠密大气后的降落方式。不过，在加加林提出了诚恳的建议后，工程师们还是决定进行改进，以便提供一套真正能够在火箭上升阶段保护宇航员生命安全的系统。
到1965年年底，苏联工程师已经在SS-12弹道导弹的29次试射中得到了大量关于栅格翼的宝贵数据。而有关栅格翼在载人火箭逃逸系统上的应用的理论计算，也进行了很多。
联盟载人飞船与火箭系统，是人类至今仍然在用的载人发射系统，已经有54年的历史了。![]()
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在联盟火箭出问题的时候，其顶部的逃逸塔固体火箭会立刻点火，把载人飞船连同宇航员还有整流罩都带离火箭；
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在发射准备阶段，逃逸塔的正式使用有那么一次，充分展示了逃逸塔和栅格翼的作用：
公元1983年9月26日，协调世界时19点36分19秒，距离预定点火时刻还有90秒。两位苏联宇航员在联盟T-9载人飞船内，等待火箭点火。
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此时，他们两人不知道的是，这枚联盟载人运载火箭的第一级中，有一个高压氮气阀门突然失控了。
高压氮气冲破阀门的束缚，顺着管道一路到了RD-107液体火箭发动机的煤油涡轮泵。
原本用于增压输送的氮气，没有把煤油燃料顶过来，而是自己直接闯入了处于待命状态的涡轮泵上。这导致RD-107液体火箭发动机的煤油涡轮泵在没有燃料输送的情况下，空转了起来。
没有燃料阻尼，涡轮泵的转速立即就超出了设计值，然后超出了最大允许值，最终爆裂。爆裂产生的碎片击穿了联盟火箭第一级的贮箱，迸发的火花迅速让火箭底部成为一片火海。原来，火箭底部的大火已经吞噬了火箭用于和指挥中心连接的信息缆线。实际上，此时联盟飞船内的两名宇航员也无法手动启动逃逸塔了。发射指挥人员临危不乱，马上就想到了还能够通过无线电遥控的方式来控制逃逸塔。
这是终极的备份方案，只要两名地面指挥人员在5秒种之内，几乎同时地按住遥控逃逸开关，发射装置就能够通过无线电把控制信号发给逃逸塔内的固体火箭发动机。
起火5秒后，一道亮光从已经变成一团火球的联盟火箭顶部腾空而起。
逃逸塔的固体火箭把联盟飞船瞬间带到了650米的高空（加速度高达17g，推背感十足了）。
最终，联盟飞船的返回舱把两位宇航员带到了4公里外的地方，成功着陆。而发射场的大火，直到20小时之后，在9月27日才扑灭。![]()
发轫自上世纪60年代的联盟系列载人运载火箭的逃逸塔和栅格翼技术，已经沿用到了今天，并在多个国家的多个型号上得到了应用。以上的栅格翼，无论是在SS-12弹道导弹上，还是在载人运载火箭的逃逸体上，展开后，都是固定不动的，仅具备提供气动稳定性的作用，不具备主动姿态控制能力。
到上世纪70年代，苏联工程师开始把栅格翼推向了控制系统第一线，赋予其更多使命。
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SS-20弹道导弹，射程5500公里，长16.5米，直径1.81米，发射质量为37.1吨。
这种发射筒和越野车辆的组合，成为了今后大量弹道导弹的模仿对象。
SS-20具备三弹头投掷能力，其生存性能和突防性能都较好。
而从人类太空技术发展史的角度来看，她也值得拥有姓名。相邻栅格翼，采用了不同的固定方式，有的和弹体有两个距离较远的固定点，有的则练到了弹体凸起的一个金属块上。哈！的确，这就是SS-20弹道导弹尤其值得说的一点。
她是人类第一款用栅格翼来控制飞行姿态的大型弹道导弹。第一组，为传统固定稳定翼；第二组，为栅格翼控制面。
另外，SS-20大型弹道导弹高达654枚的产量，也使得栅格翼作为控制舵面的存在，摆脱了少量使用的技术验证阶段，直接进入大批量使用阶段。翼和舵，从传统意义上来说，翼用于提供升力和提升稳定性，而舵则用于提供控制力和控制力矩，用于主动改变飞行器的姿态。
把无法转动，无法提供姿态控制力矩，只提供气动稳定性的栅格结构，称为栅格翼；而那些能够转动，可以提供控制力矩的栅格结构，成为栅格舵。
不过，在今天，翼和舵的表观意义已经模糊，在航空领域，尤其是先进战斗机上，翼和舵的概念，实现了融合。![]()
第一代喷气式战斗机米格-15，其水平尾翼和垂直尾翼，提供了俯仰通道和偏航滚转通道的气动稳定性。
水平尾翼后端的升降舵和垂直尾翼后端的方向舵，则是主动控制战斗机姿态的控制力矩的来源。![]()
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到了后来，全动式尾翼的出现，大幅提升了飞行器的机动能力。
同时，全动尾翼也就让起稳定作用的尾翼安定面和起控制作用的升降舵融合在了一起。![]()
当飞行器的服役周期足够长的时候，时间跨度的极度扩展就能够给我们带来一些有趣的合影场景。![]()
现代空气动力学让翼和舵的概念融合的另一个典型案例就是鸭翼。
鸭翼，其本质上是为了大幅增强飞行器机动能力（尤其是在大攻角状态下）的气动装置，按传统说法，更接近于一种舵，而不是固定不动来提升稳定性的安定翼面。但是，人们已经自然而然地将其称作鸭翼，而很少听到鸭舵这个说法（除非是在增程滑翔弹与尾舵对应称呼的场景下）。本文用了栅格翼这个叫法，之前还大量使用了栅格翼/舵这样的叫法。在好友们读了本文，对栅格翼的出现和发展历程有了一些体会之后，相信会根据自己的喜好来叫吧，不影响咱们对该技术的理解。![]()
上面这张珍贵的总装厂房内的照片，向我们展示了N-1登月火箭的发动机环状并联的独特布局。
仔细看的话，我们就能够发现，N-1火箭的第一级，同样使用了栅格翼。4块巨大的栅格翼，用来增强N-1火箭的姿态稳定性。
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上图在发射场矗立的这枚N-1运载火箭，在两个并排站立的人的上方，有一块正对咱们的栅格翼。![]()
如今，我们只能从模型上来看N-1重型运载火箭的栅格翼展开后的样子了。
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公元1969年2月21日，莫斯科时间下午12点18分07秒，公元1969年7月3日，莫斯科时间晚上23点18分32秒，公元1971年6月27日，莫斯科时间凌晨2点15分07秒，公元1972年11月23日，莫斯科当地时间上午9点11分52秒，四射四炸后，N-1载人登月项目停止，留下无限感慨和感叹！
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上图为N-1运载火箭留下的残骸被后人利用起来的情形。当年N-1运载火箭边长为2.87米的那些栅格翼，还能找到么？
小火箭费了一些工夫，多方打听，最终有好友提供了几张拍摄于哈萨克斯坦大草原的照片，提供了线索：![]()
只不过，没能继续安装在N-1运载火箭上，而是被搭建成了坚固且通风的观景小屋。![]()
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这张在发射前草草拍摄的照片中，一个栅格翼还没安好，只是刚插入定位孔。
罕见的90°旋转的姿态，彷佛是跨越了50年的时空，向我们的致意和召唤。
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在R-77空对空战术导弹上，栅格翼也得到了充分的使用。实际上，R-77是人类第一款使用栅格翼的空空导弹。![]()
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SS-23弹道导弹，同样使用了栅格翼，而且是全动式全弹道主动控制型。
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俄罗斯现役白杨洲际弹道导弹的第一级，也采用了经典的俄式栅格翼设计。
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上图为白杨洲际弹道导弹发射时的照片（仅限好友们技术交流使用）。
白杨洲际弹道导弹的第一级，采用了和SS-20弹道导弹类似的技术，同样是8块栅格翼，分为稳定组和控制组。
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白杨洲际弹道导弹的尾部，4块稳定栅格翼和弹体有两个距离较远的连接点；4块控制栅格翼和弹体的突出金属块连接。
俄式设计对栅格翼的偏爱，当然还不会止于此，我们甚至在潜射武器上，也能够看到栅格翼的身影：
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潜射巡航导弹的通用型水下推进模块上，有4个可折叠栅格翼。![]()
与在大气中飞行的作用机理类似，栅格翼可以提升导弹在海水中的运动稳定性。![]()
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另外，在火星-10弹道导弹上，栅格翼的表现也是相当不错的。这个咱们在多年前有过详细分析和弹道计算，这里就不再赘述了。
到上世纪90年代初期，美国工程师突然就掌握了栅格翼的几乎全部技术，并且开始在部分型号上应用。炸弹之母在总体设计方面，有2个特征非常明显，成了她独特的地方。总结起来，就是：狠 和 准。![]()
9.17米长，9.806吨重的炸弹之母内，装填了足足有9.5吨的炸药。之前的那些燃料空气弹，为了提升爆温（个别变态型号已将爆温提升为2000℃，太阳表面温度的三分之一），大幅牺牲了爆速，其爆速仅为4公里/秒。爆速的损失让之前炸起来很热闹的炸弹的打击力度大打折扣。炸弹之母的炸药摒弃了聚苯乙烯、硝酸铵，也没有打环氧乙烷、苯乙烯等成分的主意，而是直接用了猛炸药。
当然，为了延续小火箭的风格，现将炸弹之母所用炸药的详细组分情况公布如下：
43.5%的黑索金+29.3%的TNT+20.6%的铝粉+4.89%的石蜡+其他
（略去部分组分，不具备非专业人士制备条件，请勿在家尝试）![]()
小火箭（隐去数值）画出了常规炸弹（蓝实线）、燃料空气炸弹（红色实线）和炸弹之母（黑色实线）爆炸时的压力-时间曲线示意图。
由上图可见，普通炸弹的爆速较高，一开始超压形成迅速，但是来得快，去得也快，很快就会形成一个压强低于大气压的负压区，然后压力再次返回，最后趋于平静。而燃料空气弹，超压较小，但是持续时间长（这段时间足够产生让受打击的一方难熬的高温高压），之后的负压持续时间也较长，这会大量杀伤躲藏在地下工事中的有生力量。![]()
这张动图则是小火箭用来说明，大当量的武器爆炸的时候，会出现先有超压，后有负压的情况。上图的爆炸源在树木的右侧，因此树先向左跑，然后负压到来，树的顶端快速向右移动。![]()
炸弹之母的栅格翼，一眼看去就是美国Dynetics的流派。![]()
这是该公司给出的类似在炸弹之母上应用的栅格翼的流场计算结果。
上图是黑白的，而且终究也是没有给出更为详细的数据。小火箭干脆自己算一下，用高精度流场计算的结果来感谢大家多年来对小火箭的鼓励和支持吧！在需要产生同等大小控制力矩的需求下，栅格翼相较于常规舵面，其需要的铰链力矩较小，因此，特别适合于作动器功率相对不足的情况。反过来说，栅格翼的紧凑、可折叠、需求功率小的特征使其能够在对结构要求特殊、对机动性要求较高的多种飞行器上得到应用。![]()
通过计算可知，炸弹之母的栅格翼/舵设计较为合理，与弹体的配置情况较为优化，能够以较小的铰链力矩来有效控制炸弹的落点。结合小火箭手中相关作动器的延迟系数、弹体常数和美军GPS的定位精度，可以认为，炸弹之母的落点误差在15米以内。考虑到炸弹之母的爆炸冲击波能够对坚固工事产生破坏作用的半径为137.61米，毁伤建筑超压半径为1公里，杀伤无防护人员的超压半径为2.7公里，15米的误差对其作战效能的影响是很小的。![]()
注意炸弹尾部的绿色部分不是喷流，而是小火箭给出的两层等压面。![]()
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整体来说，炸弹之母的气动设计较为优化，对于一枚从4000米到6500米的高度空投，在1.0至2.0米高度爆炸的炸弹来说，是比较合适的。![]()
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猎鹰9号系列运载火箭，或许是当下有关栅格翼的应用最为知名的一个飞行器系列的吧！
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栅格翼对于猎鹰9号运载火箭第一级的再入稠密大气的飞行稳定性，有着重要的作用。同时，其气动控制能力也是保证在高超声速阶段和亚声速阶段实施多约束精确制导控制操作的关键。![]()
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运载火箭上的栅格翼，会经历亚声速、跨声速、超声速和高超声速等多种飞行速度状态。在不同的速度状态下，栅格翼的通过性是不同的，这主要是激波的产生时机和形态所导致的。![]()
栅格翼不同于传统翼，其跨声速状态，实际上有3种，临界马赫数，也就有3个，而不是传统的一个。当飞行器的速度小于当地声速，但恰好能够让栅格内部最窄的地方出现第一道激波的时候，为第1临界马赫数。这个第1临界马赫数，相当于把栅格分隔为一个一个小局部的传统临界马赫数。此时的栅格翼，部分栅格内部因产生激波，出现了局部壅塞现象，对于气流来说，这个栅格就不再具备通透性，而是被粘稠的气流塞住了。当飞行器的速度超过了第1临界马赫数但尚未达到当地声速的时候，局部栅格孔内的正激波变为斜激波，局部壅塞解除。此时我们能够听到劈哩啪啦的清脆声音，这是栅格孔依次从正激波向斜激波过渡的时候，压缩波和膨胀波从栅格孔后面泄放出来的声音。当飞行器的速度继续增加，整体超过当地声速的时候，整个栅格翼的迎风面出现脱体正激波。
这时候的栅格翼，对于气流来说，更像是一块实心厚板子。大部分的气流从栅格翼外缘绕过，此时的栅格翼的阻力系数最大。当飞行器的速度再增加，脱体正激波就开始附体，附着在栅格迎风面前缘上，此为第2临界马赫数。这个第2临界马赫数，相当于把整个栅格翼看作一个整体时的临界马赫数。飞行器速度继续增大，栅格翼的每个栅格都开始张开大口，把激波向内吸入，出现吞波现象。对吞波时机的把握和吞波栅格前缘的雕琢，考验着设计师的水平。被吞入的斜激波在栅格内部相交、反弹，相互压缩又相互助推膨胀，这是最考验栅格翼结构设计师的水平和产品结构强度刚度的时刻。当栅格前缘产生的斜激波被栅格吞入，并且恰好在栅格内的后缘上相交的时候，为第3临界马赫数。此时，是栅格的栅的最后一次出场，从此以后，阻挡气流的栅，就将让位给通透气流的格了。速度再增加的话，栅格上前缘产生的斜激波不再和下前缘产生的激波在栅格内部相交，而是交于栅格翼后方某处。
此时的栅格，不再是挥舞着大刀的汉子，而是甩着彩带翩翩起舞的少女。此时气流的画风，也将从干脆利落的霹雳舞迪斯科，变为缠绵婉转的敦煌壁画中的曼妙舞蹈。![]()
小火箭对其进行了高精度流场计算，并给出了可视化的结果。
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刚刚跨过声速的栅格翼，在前缘顶出了一个巨大的激波后区域，栅格内部的流场复杂且绚丽。部分栅格已经将激波吞入，在内部相交，并给栅格翼的后缘带来了更加复杂的流场。![]()
速度进一步增加，栅格翼的威力像脱缰野马一般释放了出来，为飞行器提供强大的控制力矩的同时，炙烤着小火箭计算中心的计算单元。上图从上到下为6个栅格孔，与猎鹰9号运载火箭早期型号的栅格翼相同。为了让大家看得更清楚，我故意选取了栅格翼正中心的六个栅格进行计算。这六个栅格，上部两个孔被转轴阻挡住了，下部四个孔则是通透的，方便对照观察。斜激波在栅格孔内部相交，当穿出栅格孔之后，已经实现了对流场的调制。速度再增加，栅格翼整体让激波附体，并在整体外援顶住斜激波后，向斜后方劈砍，从此一骑绝尘。斜激波在栅格翼后方相交，形成一道被栅格规劝之后的气流。三道气流组成一个巨大的箭头，以栅格翼前方的气流压缩区为顶点，指向火箭将要着陆的地方。
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再仔细看跨声速阶段的栅格翼，我们会发现，虽然栅格内部对壅塞气流有着一定的自我调节能力，始终能够让气流处于该有的状态。但是对于整个飞行器来说，还是期望壅塞状态能够快些结束，壅塞能够通过其他设计或者机理来溢流，从而让飞行器即使是在跨声速阶段，依然有着不错的姿态控制能力。
另外，从超声速段的流场计算，小火箭能够体会到，整体外缘和栅格翼内部栅格的后缘形态对后方激波相交状态的稳定性和效率有着很大影响。被人类用了几十年的平板式栅格翼的确有着巨大的优化空间。![]()
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新版本的猎鹰9号运载火箭3D打印钛合金栅格翼是这样优化的。可见，这个波浪状的构型，实际上就是栅格激波附体、相交形态的具象化展示。![]()
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波浪状的栅和局部三维优化形态的格，使得栅格翼在跨声速和超声速阶段有着更好的性能，和传统机翼的后掠翼有着异曲同工之妙。
构型的变化，让栅格翼在整体速度和前方来流状况如前的情况下，拥有了更好的栅格内部流场，从而使得栅格翼的气动效率和可用速度范围大幅提升。![]()
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小火箭第一定律：迄今为止，在人类工程技术发展史上，几乎没有任何一项尖端技术能够被军方所忽略。不管这项技术的初衷到底是用于提升人类的生活质量还是仅仅用来满足人类的好奇心，最终这些家伙大多都被拿来用于增强军队的作战效能了。栅格翼当然也遵循了小火箭第一定律，不过正如小火箭给出的上面两张照片那样，栅格翼用于军事，能够让弹道导弹具备更好的稳定性和控制能力，而用在运载火箭上，则同样可以发挥巨大的作用。至于用在什么样的飞行器上，用在怎样的场景中，全看人心了。![]()
栅格翼，本质上上是一组小展弦比的气动翼面共同提供气动控制力的装置。
在人类航空史的早期，栅格翼在和双翼机的竞争中落败，在一战末期昙花一现。到了航天时代，栅格翼首先在弹道导弹上重生，继而在载人运载火箭和远程弹道导弹上崛起，如今活跃在可重复使用运载火箭和多种军用型号上。我国的长征系列运载火箭也曾经尝试用栅格翼控制一级火箭的落区范围，并且取得了成功。在不远的将来，以蓝箭航天和星际荣耀为代表的中国商业航天企业，将会攻克运载火箭第一级的回收与可重复使用技术，为中国航天的发展提供持续创新和稳步推进的力量。小火箭对此非常期待，也乐于在总体设计、弹道计算和气动计算方面进行充分且愉快的交流沟通。![]()
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