使用條件不同對某型火控系統(tǒng)正常發(fā)射設(shè)計的影響

趙慶嵐，陳志勇，魯飛，劉巍

（1.北京軍代局駐207所軍代室，太原030006；2.北方自動控制技術(shù)研究所，太原030006；3.北京軍代局駐247廠軍代室，太原030009）

使用條件不同對某型火控系統(tǒng)正常發(fā)射設(shè)計的影響

趙慶嵐1，陳志勇2，魯飛3，劉巍2

（1.北京軍代局駐207所軍代室，太原030006；2.北方自動控制技術(shù)研究所，太原030006；3.北京軍代局駐247廠軍代室，太原030009）

某型火控系統(tǒng)在設(shè)計時考慮了安全性，以模擬火箭彈仿真為基礎(chǔ)，考慮由于使用條件的變化、使用方法的不同、操作人員的隨機性以及部隊的實際使用需求，致使某些參數(shù)達(dá)到了極限條件，通過解決仿真過程中出現(xiàn)的“不發(fā)射”現(xiàn)象，保證了發(fā)射電路中的光耦器件的最佳工作狀態(tài)，保證火箭彈的正常發(fā)射和可靠發(fā)射。為以后火控系統(tǒng)的安全性設(shè)計提供了基礎(chǔ)。

火控系統(tǒng)，極限，光耦器件，發(fā)射

0 引言

某型火控系統(tǒng)作為火箭炮的“大腦”，在設(shè)計時重視并考慮“火控系統(tǒng)在不發(fā)射火箭彈的任何時刻應(yīng)具備短接火箭發(fā)動機點火電路和斷開點火能源的功能；在火箭炮非射界范圍內(nèi)，應(yīng)能可靠切斷火箭彈發(fā)射電源；應(yīng)設(shè)有發(fā)射保險鎖”等安全性要求。

在設(shè)計發(fā)射電路時，為了保證發(fā)射電路光耦器件在其工作最佳狀態(tài)，本文通過模擬彈仿真，解決了“一次火箭炮單發(fā)模擬射擊時，按照正常操作流程進行到最后一步，按下發(fā)射按鈕時，火箭彈應(yīng)發(fā)射出去，但實際火箭彈無反應(yīng)”的現(xiàn)象，確定了光耦器件的最佳狀態(tài)，保證火箭彈的正常發(fā)射和可靠發(fā)射。

1 現(xiàn)象定位

針對“一次火箭炮單發(fā)模擬射擊時，按照正常操作流程進行到最后一步，按下發(fā)射按鈕時，火箭彈應(yīng)發(fā)射出去，但實際火箭彈無反應(yīng)”的現(xiàn)象，首先對火控系統(tǒng)的工作流程進行分析，通過對工作流程的排查，可以判定工作流程沒有問題，那問題出現(xiàn)在某個硬件上。通過試驗，得出如下頁表1所示的驗證結(jié)果。火控系統(tǒng)的車外發(fā)射裝置電纜正常配備為60m，但由于部隊實際使用情況的不同，會增加電纜至150 m，由表2可知，影響火箭彈車外正常發(fā)射的主要原因為電纜過長。

表1 驗證情況對照表

2 發(fā)射指令電路分析

問題原因初步確定后，對產(chǎn)生問題的機理進行分析，其中發(fā)射指令信號采集電路如圖1所示，從圖中可看出，發(fā)射指令信號采集電路由車外發(fā)射開關(guān)S1，光耦U1（TOSHIBA公司，型號為TLP621-4（GB）和施密特反相器U2（型號為SN54LS14J）組成。反相器U2的輸出電壓即為給發(fā)控裝置的發(fā)射指令信號，當(dāng)發(fā)射開關(guān)關(guān)閉（S1處于斷開狀態(tài)）時，光耦U1處于不導(dǎo)通狀態(tài)，U1輸出電壓UCE為高電平（5 V），反相器U2輸出為低電平（無發(fā)射指令）。反之當(dāng)發(fā)射開關(guān)打開（S1處于閉合狀態(tài)）時，光耦U1處于導(dǎo)通狀態(tài)，U1輸出電壓UCE為低電平，反相器U2輸出為高電平（發(fā)射指令有效）。

圖1 發(fā)射指令信號采集電路

為了查找產(chǎn)生問題的原因，分別就車外發(fā)射裝置電纜為60 m線和150 m線進行對比測試。測試結(jié)果如表2所示。

由以上測試結(jié)果可看出，當(dāng)發(fā)射開關(guān)打開（S1處于閉合狀態(tài)）時，在車外發(fā)射裝置電纜為60 m時，光耦U1輸出電壓UCE（即反相器U2的輸入電壓）為0.8 V；在車外發(fā)射裝置電纜為150 m時，光耦U1輸出電壓UCE為0.95 V，均接近于反相器輸入電壓低電平的上限值0.85 V。

由圖2可知，當(dāng)輸入電壓為0～0.85 V時，輸出電壓為高電平；當(dāng)輸入電壓＞1.7 V時，輸出電壓為低電平；在輸入電壓為0.85 V～1.7 V之間時，為不穩(wěn)定狀態(tài)，輸出電壓會時高時低。因此，當(dāng)UCE為 0.95 V時，稍微受到外界干擾就會在邊界值0.85 V左右浮動，因此，反相器U2的輸入電壓處于不穩(wěn)定臨界狀態(tài)，導(dǎo)致時而導(dǎo)通時而斷開的現(xiàn)象，發(fā)射指令信號就會隨之變化，因此，有時不能發(fā)射，有時能發(fā)射。

表2 測試結(jié)果表

圖2 施密特反相器（SN54LS14J）的輸入輸出特性

注：根據(jù)施密特反相器（U2型號為SN54LS14J）的芯片手冊中輸入輸出特性（如下頁圖3）可見，反相器輸入電壓低電平上限值為0.85 V。

3 設(shè)計優(yōu)化

根據(jù)發(fā)射指令電路的分析，該電路的設(shè)計反相器U2的輸入電壓處于不穩(wěn)定臨界狀態(tài)，導(dǎo)致時而導(dǎo)通時而斷開的現(xiàn)象，發(fā)射指令信號就會隨之變化，因此，有時不能發(fā)射，有時能發(fā)射。為了使反相器U2的輸入電壓處于最佳狀態(tài)，認(rèn)真查閱光耦TLP621-4（GB）的芯片手冊（如圖3所示），傳輸率的范圍為100%～600%，原設(shè)計光耦輸入電阻R3阻值的選擇偏大，使得光耦導(dǎo)通裕度偏小。按照芯片手冊提供的典型值（IF為16 mA），經(jīng)IF=（5V-VF）/R3公式計算，得R3的理論阻值為269 Ω，因此，選擇光耦U1輸入端接電阻R3的阻值為300 Ω。

圖3 光耦（TLP621-4）輸出特性

為了驗證臨界現(xiàn)象，如表3所示，將發(fā)射指令采集電路中光耦U1輸入端所接電阻R3的阻值增大為2.232 K，光耦U1輸出電壓UCE為0.98 V，接近于反相器輸入電壓低電平的上限值0.85 V，也出現(xiàn)了有時不能發(fā)射，有時能發(fā)射的現(xiàn)象。

同理由表3測試結(jié)果可看出，當(dāng)發(fā)射開關(guān)打開時，R3的阻值為300 Ω時，光耦U1輸出電壓UCE（即反相器U2的輸入電壓）為0.45 V，小于反相器輸入電壓低電平的上限值0.85 V。這樣，反相器U2輸出即發(fā)射指令信號就處于穩(wěn)定的高電平，所以能正常發(fā)射。

下面比較光耦的傳輸率：R3阻值為2 KΩ時：由萬用表實測光耦U1輸入端接電阻R3的阻值為1.986 K，由表4光耦前級發(fā)光二極管的壓降UF為 1.07 V，光耦前向電流為IF=（4.9 V-VF）/R3，可得IF電流值約為1.93 mA，光耦的輸出電壓UCE為0.95 V，光耦輸出電流IC=（4.9 V-UCE）/R7=1.975 mA，由此得出光耦的傳輸率（IC/IF）為1.975/1.93=102%。計算結(jié)果見表3所示。

表3 光耦傳輸率計算

4 結(jié)論

通過上述分析可知，原設(shè)計的發(fā)射電路在正常使用情況下滿足發(fā)射要求，但當(dāng)外部使用環(huán)境變化（例如車外電纜長度發(fā)生變化時），致使光耦器件達(dá)到了臨界狀態(tài)，使得發(fā)射不可靠，本文通過試驗和分析，選取光耦器件的上拉電阻為最優(yōu)狀態(tài)，提升了設(shè)計水平，考慮了部隊的使用情況，為火控系統(tǒng)的安全性設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

［1］魏朝陽，臧文利，江金龍.高炮對任意速度目標(biāo)極限射擊死界的研究［J］.兵工學(xué)報，2008，29（11）：1296-1302.

［2］薄煜明，郭治.現(xiàn)代火控理論與應(yīng)用基礎(chǔ)［M］.北京:科學(xué)出版社，2012.

［3］中國人民解放軍總參炮兵部.射擊教程［M］.北京：解放軍出版社，1984.

［4］郭維波，吳凌燕，馮威.基于NI-CDAQ自動測試火控系統(tǒng)電源組件［J］.火力與指揮控制，2015，40（2）：179-181.

Working Parameter of Booster Engine Influencing on a Certain Terminal Guidance

ZHAO Qing-lan1，CHEN Zhi-yong2，LU Fei3，LIU Wei2
（1.Beijing Military Delegation Office Located at 207 Institute，Taiyuan 030006，China；
2.North Automatic Control Technology Institute，Taiyuan 030006，China；
3.Beijing Military Delegation Office Located at Fact.247，Taiyuan 030009，China）

a certain type of fire control system thinks about security when designing.Based on simulation of projectile，variation of operating conditions，randomness of operators and actual demand lead to some parameters reaching to limit.Through solving the phenomenon of“non-launching”when simulation，guarantee the best working state of optic coupler device in launch electric circuit，so guarantee regular launch and reliable launch.The conclusions lay the foundation for further security design research of fire control system.

fire control system，limit，optic coupler device，launch

TJ413

A

1002-0640（2017）02-0180-03

2015-12-05

2016-01-07

趙慶嵐（1979-），女，湖北黃石人，博士。研究方向：火力與指揮控制。