軌控推力矢量技術(shù)在防空導(dǎo)彈上的應(yīng)用研究

屈英

摘要：近年來，我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的防空導(dǎo)彈采用空氣舵對(duì)導(dǎo)彈實(shí)施控制，從指令輸出到需用過載產(chǎn)生需要較長(zhǎng)的時(shí)間，一般在低空需要0.3s左右，在高空需要0.6s左右。對(duì)于追求精確制導(dǎo)的現(xiàn)代防空導(dǎo)彈，需要在短時(shí)間內(nèi)提供較大的可用過載，空氣動(dòng)力控制方式顯然已不能滿足精確制導(dǎo)需求。目前比較廣泛采用的側(cè)向噴流推力矢量方法是提高防空導(dǎo)彈可用過載大小和快速性的主要技術(shù)途徑之一。此外，在中高空飛行時(shí)，由于空氣稀薄，防空導(dǎo)彈空氣舵的作用力明顯下降。為了提高防空導(dǎo)彈中高空的可用過載能力，也需要通過側(cè)向噴流推力矢量方法來控制導(dǎo)彈。

關(guān)鍵詞：軌控推力矢量技術(shù);防空導(dǎo)彈;應(yīng)用研究

1軌控側(cè)向噴流與導(dǎo)彈氣動(dòng)外形布局匹配設(shè)計(jì)

1.1鴨式布局

鴨式布局空氣舵安裝在導(dǎo)彈頭部，側(cè)向噴流在舵面后方，基本不用考慮噴流干擾效應(yīng)對(duì)舵面法向力的影響，空氣舵法向力放大因子一般等于或大于1。因此，鴨式布局與噴管出口布置匹配設(shè)計(jì)主要考慮噴流對(duì)全彈法向力的影響和噴流引起的擾流不對(duì)稱性導(dǎo)致的側(cè)向干擾。鴨式布局側(cè)向噴流噴管出口在彈身上的布局一般在0.47～0.50（以頭部尖點(diǎn)為參考起點(diǎn)，導(dǎo)彈總長(zhǎng)為參考長(zhǎng)度）。噴流干擾效應(yīng)多數(shù)情況下會(huì)引起全彈法向力正增益，但是增益不宜過大，需要綜合考慮舵面效率、導(dǎo)彈重心和壓心匹配設(shè)計(jì)，否則正增益引起的氣動(dòng)干擾力矩會(huì)影響導(dǎo)彈的穩(wěn)定控制和制導(dǎo)精度。此外，噴流條件下鴨式布局導(dǎo)彈的飛行攻角不宜過大，通常控制在12°以內(nèi)，否則側(cè)向干擾會(huì)比較嚴(yán)重，尤其是噴流出口象限角度（即Φ角）相對(duì)在舵面非對(duì)稱位置，在大攻角下彈身擾流、舵面洗流和噴流擾流相互耦合比較嚴(yán)重，干擾的不確定性增強(qiáng)。

1.2正常式布局

正常式布局側(cè)向噴流對(duì)導(dǎo)彈法向力和空氣舵法向力的影響比較明顯，主要原因是噴管出口布置在彈身中部的重心附近，彈翼通常也布置在彈身中部，且彈翼是導(dǎo)彈產(chǎn)生升力的主要部件，因此噴流干擾效應(yīng)通常會(huì)引起全彈法向力負(fù)增益。舵面在彈身尾部，距離噴流擾動(dòng)核心區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)，受到噴流干擾效應(yīng)的影響相對(duì)較小，負(fù)增益相對(duì)減小?；谏鲜鲈?，為了降低噴流干擾效應(yīng)對(duì)全彈法向力的負(fù)增益影響，正常式布局常用的措施或方案是將噴管出口設(shè)置在彈翼翼梢，譬如ASTER15/30防空導(dǎo)彈。

2防空導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)特點(diǎn)

傳統(tǒng)上防空導(dǎo)彈攔截目標(biāo)主要采用單對(duì)單的方式，在面對(duì)巡航導(dǎo)彈和戰(zhàn)機(jī)等來襲群目標(biāo)時(shí)，一方面隨著目標(biāo)機(jī)動(dòng)能力和干擾能力的提高，導(dǎo)彈容易在攔截過程中丟失目標(biāo);另一方面，由于高威脅和高價(jià)值目標(biāo)隱藏在集群中，使得導(dǎo)彈發(fā)射后很難改變攔截目標(biāo)。采用協(xié)同作戰(zhàn)將有助于提高對(duì)群目標(biāo)的攔截效率：1）導(dǎo)彈發(fā)射后可根據(jù)實(shí)時(shí)探測(cè)信息快速改變攔截目標(biāo)的能力;2）可對(duì)不同威脅、不同價(jià)值的目標(biāo)進(jìn)行差異化攔截;3）可在復(fù)雜干擾下高效攔截機(jī)動(dòng)目標(biāo)，降低目標(biāo)不可逃逸區(qū)。因此，快速任務(wù)分配和分配后的協(xié)同制導(dǎo)是防空導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)發(fā)展的必然趨勢(shì)。一般任務(wù)分配包括完全集中式、完全分布式、分層集中式和分層分布式四種框架?？紤]到防空導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)效率、實(shí)時(shí)性和抗干擾需求，本文建立了如下集中-分布式任務(wù)分配框架，有效提高了任務(wù)分配效率。

3先進(jìn)防空導(dǎo)彈發(fā)展的技術(shù)要點(diǎn)

3.1防空導(dǎo)彈總體設(shè)計(jì)技術(shù)

以通用化、模塊化設(shè)計(jì)為指導(dǎo)思想，基于成熟的氣動(dòng)外形，通過增加助推器的形式實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈的快速迭代和族化發(fā)展;以“更高攔截、更遠(yuǎn)攔截”為防空導(dǎo)彈的發(fā)展方向，通過氣動(dòng)外形、動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升導(dǎo)彈的末速及平均速度，有效降低制導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力，提升武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)遠(yuǎn)界。導(dǎo)彈可采用無翼式布局或小邊條翼布局，適應(yīng)導(dǎo)彈的高速飛行能力;通過放寬靜穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，在攔截點(diǎn)實(shí)現(xiàn)中立穩(wěn)定或一定程度的靜不穩(wěn)定，提升導(dǎo)彈的快速響應(yīng)能力。動(dòng)力系統(tǒng)多通過研制雙脈沖或多脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、超高燃速固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，提升導(dǎo)彈的能量管控能力和高速高加速能力，拓展導(dǎo)彈的作戰(zhàn)遠(yuǎn)界。

3.2輕小型化一體化彈上設(shè)備技術(shù)

為適應(yīng)先進(jìn)防空導(dǎo)彈小型化、輕質(zhì)發(fā)展化趨勢(shì)，彈上設(shè)備可采用一體化設(shè)計(jì)技術(shù)。一體化設(shè)計(jì)技術(shù)將傳統(tǒng)導(dǎo)彈的彈上信息處理器、電氣控制裝置、指令接收機(jī)、捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置、遙測(cè)采編器、遙測(cè)發(fā)射機(jī)等設(shè)備進(jìn)行一體化集成設(shè)計(jì)，通過總體設(shè)計(jì)技術(shù)將功能相近的功能模塊進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，數(shù)字處理功能模塊在飛行管理模塊實(shí)現(xiàn);采用供電一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一體化測(cè)量控制裝置的集中供電;采用結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)，整艙的結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)節(jié)省了艙內(nèi)體積，減少了整艙重量;采用信息處理交互一體化技術(shù)，將信號(hào)種類進(jìn)行分類，采用多種總線信息交互的方式，提高了信息交互的實(shí)時(shí)性，降低了接口的復(fù)雜度。

3.3大威力、高精度探測(cè)技術(shù)

大威力、高精度探測(cè)技術(shù)是應(yīng)對(duì)隱身目標(biāo)威脅的基礎(chǔ)。隱身目標(biāo)RCS一般為0.01～0.1m2，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距、高精度探測(cè)，可重點(diǎn)發(fā)展大功率相控陣導(dǎo)引頭技術(shù)。相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭通過加大T/R模塊功率提升對(duì)目標(biāo)的探測(cè)距離;相控陣導(dǎo)引頭跟蹤帶寬大，角速度跟蹤能力強(qiáng)，具備波束快速電掃角度搜索能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)在速度、距離和角度上的搜索、探測(cè)、截獲和跟蹤，大大降低了對(duì)外部雷達(dá)要求，滿足遠(yuǎn)距高精度作戰(zhàn)需求。同時(shí)，相控陣導(dǎo)引頭高頻去耦性能好，隔離彈體擾動(dòng)能力強(qiáng)，可靠性高，通過與引信一體化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化設(shè)計(jì)。

結(jié)語

1）本文采用的基于導(dǎo)彈攔截目標(biāo)能力預(yù)測(cè)的快速任務(wù)分配方法，在傳統(tǒng)以飛行路徑進(jìn)行規(guī)劃的基礎(chǔ)上，通過增加機(jī)動(dòng)和轉(zhuǎn)彎代價(jià)兼顧導(dǎo)彈的命中精度要求，為后續(xù)解決大彈目相對(duì)速度條件下的快速任務(wù)分配提供了思路。2）通過設(shè)計(jì)基于多彈交互信息的時(shí)間/角度協(xié)同制導(dǎo)律，能夠?qū)崿F(xiàn)不依賴于對(duì)期望命中時(shí)間/角度的初始規(guī)劃，使多彈作戰(zhàn)具有更高的自主性和靈活性。同時(shí)與滑模制導(dǎo)等非線性制導(dǎo)方法相比，在多彈時(shí)間/角度約束下的初始過載需求更小，末端更容易命中目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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