主题：【讨论】冷垂发的安全性是靠甲板风吹和横摇甩吗？ -- 钛坪樽逾
家园 【讨论】冷垂发的安全性是靠甲板风吹和横摇甩吗？ 为便于讨论，我们称心有戚戚:【原创】冷热通用垂发的导弹布置和发射为“原文”。
原文说：
即使海面无风，其二三十节的速度加上转向会形成较强的甲板侧风。如果是靠右舷的导弹发射，就向左转，反之亦然。我们来做个理想状态下的简单估算，看看甲板风到底能不能产生足够的力，把导弹横推出去。
B 站有个短视频题目是《外贸版红旗9中亚亮剑乌兹别克斯坦发射FD2000导弹》。在视频中 38 秒左右，可以看到导弹被弹射出筒，不到 1 秒内，导弹的火箭发动机在接近弹射所能达到的最高处点火。
假设我们自用的舰载版红旗九型导弹与外贸版的重量大致相同，并采用同样的燃气弹射机构。从上面那个视频可以估算出，冷发射点火失败的导弹从出筒到落回甲板，需要不到 2 秒时间。根据普遍的估测，055 的最大航速是 30 节，最大舰宽是 20 米，前甲板垂发部位会收窄，但应该也有 15 米左右。
在无风的海况下，055 舰靠自身航速，能得到最大 30 节的甲板风，约等于每秒 15.4 米。在[URL=https://baike.baidu.com/item/%E9%A3%8E%E5%8A%9B%E7%AD%89%E7%BA%A7%E8%A1%A8]
风力等级表[/URL]里，这个风速相当于七级风。我们不考虑因为转弯，航速下降而导致的风速下降。也不考虑转弯产生的所谓甲板侧风，风向并不垂直于舰体纵轴。红旗九型导弹采用无主翼设计，弹体基本上是个圆柱体。假设导弹在竖直姿态下，在侧风中受力后是沿着风向从静止开始直线均匀加速。
根据这些条件，导弹要在 2 秒的时间乘风横移 7.5 米，需要的直线加速度是 3.75 m/(s^2)。一般认为，红旗九型导弹的重量超过了 1000 公斤。为便于计算，我们假设弹体刚出筒时质量为 1000 公斤。要得到 3.75 m/(s^2) 这样的直线加速度，甲板风必须对弹体施加 3750 牛顿的力。这个力如果用于克服地心引力，可以举起超过 380 公斤的重物。而风力等级表里对七级风的描述为“步行困难，大树摇动，气球吹起或破裂”。海上 30 节航速相当于每小时 56 公里，大家可以想想坐在这样速度行驶的车里，手伸出窗外能感受到的风力。
在实际条件中，军舰肯定无法以最大速度转弯，产生的甲板风风力会更小。风向也不会垂直于舰体纵轴，再加上必要的容错空间，导弹在 2 秒内横移的距离要多于7.5 米。就是说要以更弱的风力，产生更大的力。
既然甲板风在弹体上的那点儿推力不够，我们再来看看横摇能否帮上忙。
原文说：
对于冷发射来说，在舰体回正时，船体横摇引起的切线速度最大，可以将导弹安全“甩”出舷侧外。我们再来做个简化的估算，仍然采用我们上面假设的数据，055 的前垂发处甲板宽度 15 米，冷发射失败的导弹落回甲板需 2 秒。如果导弹在舰体横摇摆正的一瞬间出筒，在 2 秒的时间里，最大横移必须超过 7.5 米，也就是“横摇引起的切线速度”必须超过每秒 3.75 米，才能保证把发动机点火失败的导弹“甩”出舷外。这里忽略了空气阻力和风力的影响，也不考虑容错。
根据船舶初稳性高度的定义，我们可以知道几乎所有的船舶一定要有初稳性，即稳心要在重心之上。船舶的稳心就是横摇时船体的转动中心。我们可以假设 055 舰没有安装减摇装置，从而把舰体在水中的自然横摇看作近似于单摆运动，即稳心为悬点，重心为质点。虽然我们无法知道 055 舰的稳心与重心高度，但是为便于计算，假设 055 舰的重心在稳心之下 20 米，这个距离即为摆长。当然，实际的稳心与重心之间的距离可能没有这么大。
根据单摆的运动公式，计算出来以下结果：摆动角度（舰体垂轴与垂线夹角）为 5 度时，摆的最大线速度仅为每秒 1.22 米；当角度为 10 度时，最大速度为每秒 2.44 米；当角度为 15 度时，最大速度为每秒 3.66 米。
摆角 15 度，意味着甲板左右晃动幅度是 30 度，这已经大大超出了这篇百科：横摇给出的船舶乘员可以忍受的 15 度横摇幅度。
实际上，这样计算出来的最大线速度还不是前垂发筒口的线速度。军舰设计中，舰体的重心肯定要接近吃水线，比甲板低很多。当稳心在甲板之上，筒口的线速度肯定比摆的最大线速度小。当稳心在甲板之下，只有筒口与稳心之间的垂直距离，大于重心与稳心之间的距离时，筒口的线速度才会大于摆的最大线速度。
因为单摆的最大线速度还与摆长成正比，如果 055 舰的稳心距离重心不到 20 米，横摇产生的最大线速度会低于每秒 3.66 米。
也就是说，即使不考虑任何减摇装置，仅靠船舶的自然横摇，有很大可能达不到所需要的“切线速度”，无法把导弹“甩”出去。
那为什么毕升号为了验证垂发点火时机控制，要人为制造横摇呢？原文这么引述那则新闻报道：
在关于毕升号实验舰的报道中，就提到海面没有波浪，达不到导弹发射实验对横摇的要求，而用主动式减摇鳍人为达到一定横摇角度，就是为了测试垂直发射点火时机的控制。其实，毕升号在静止海区人为造成横摇，是为了利用横摇产生的甲板侧倾。
原文里说过：
所以052C舰上的左轮式冷发射装置是向外倾斜放置的，就是让弹射出去的导弹万一哑火，能够坠落到海里而不是砸在垂发装置上从其他消息来源可知，这个向外倾斜的角度大概是 5 度左右。也就是说，装备了冷热共架垂发的 055 和 052D 等型舰艇，只要当横摇的角度达到或超过 5 度时导弹弹体能完全出筒，导弹就不会因为发动机点火失败而砸到甲板上。毕升号试验的大概就是这样一个的横摇角度和点火时机的联动机制，在平时可以提高冷发射的安全性。当然，在遭遇紧急敌情时，就不会等舰体慢悠悠摇到最大角度了，肯定人工干预，拼人品了。
除了在发射筒上做文章外，俄罗斯有一型舰空导弹在舵面上装了小型燃气发生器，导弹出筒一米左右，靠燃气在舵面上产生大约 30 公斤的推力，迅速改变弹体姿态，也能防止发动机点火失败砸回甲板。另外，还可以提高导弹主发动机的点火可靠性，比如增加二次点火能力。从飞行轨迹上判断，我们的红旗九型导弹应该是没有在舵面上加燃气发生器，其主发动机是否具有二次点火能力则无从得知。