導彈電源系統(tǒng)設計及發(fā)展趨勢

張春曉，劉仕偉

(中國空空導彈研究院，河南洛陽 471009)

導彈電源系統(tǒng)是導彈的重要組成部分，可以形象地說是導彈的心臟。電源系統(tǒng)有問題或性能不高，將直接影響導彈的技戰(zhàn)術指標。

隨著導彈的不斷發(fā)展，特別是自動駕駛儀技術的應用和導引頭等部件電路的復雜化，對電源種類的需求也越來越多，對電源系統(tǒng)的可靠性要求也越來越高。在導彈的電源系統(tǒng)設計上，總體上可以采用集中式供電，也可以采用分布式供電。所謂分布式供電，即由電源系統(tǒng)向導彈各用電部件提供一次電源，各用電部件根據(jù)自身需要進行二次電源變換。目前在導彈上多采用分布式供電。

本文對導彈電源系統(tǒng)的設計和發(fā)展趨勢進行了較為詳細的論述，提出了“分布式布局，一體化設計”的新思路，可以提高電源系統(tǒng)設計的通用化、標準化和模塊化設計水平。

1 導彈電源系統(tǒng)的組成

導彈電源系統(tǒng)通常由一次電源、二次電源以及電源控制電路等構成，各部分組成如下：(1)一次電源：通常選用熱電池，也可選用渦輪發(fā)電機；(2)二次電源：二次電源一般包括直流-直流、直流-交流、交流-直流變換器；(3)電源控制電路：通常由點火電路、電源輸出狀態(tài)檢測電路、彈架電源轉換電路等組成。

熱電池比渦輪發(fā)電機具有質量輕、體積小、供電品質高、免維護、壽命長、結構簡單、使用方便、力學性能好等顯著優(yōu)點。近年來由于熱電池技術的飛速發(fā)展，熱電池已經(jīng)逐漸取代了渦輪發(fā)電機，成為導彈一次電源的主流模式，新型導彈大都采用熱電池，如美國的AIM-120、俄羅斯的P-73等[1]。

導彈電源系統(tǒng)的組成框圖見圖1。

2 導彈電源系統(tǒng)的特點和設計

2.1 導彈電源系統(tǒng)的特點

導彈具有體積質量相對較小、工作時間相對較短、機動能力強等特點。電源系統(tǒng)與此相適應，具有以下主要特點：(1)起動快，以縮短導彈發(fā)射的準備時間；(2)瞬時輸出功率能力大；(3)適應嚴酷的力學和溫度環(huán)境條件；(4)耐存貯、高可靠；(5)體積小、質量輕。

2.2 導彈電源系統(tǒng)的設計

2.2.1 電源系統(tǒng)總體設計

以電源系統(tǒng)研制任務書為依據(jù)，開展電源系統(tǒng)的總體設計，主要包括以下幾個方面：(1)系統(tǒng)性能設計；(2)結構布局設計；(3)接口設計；(4)下級分系統(tǒng)的技術指標分配；(5)試驗設計。

2.2.2 熱電池設計

熱電池的技術指標是一個綜合指標，因此其指標的確定需要綜合考慮，確定一個最佳的綜合指標，既要滿足導彈總體指標的要求，同時也要充分考慮熱電池的技術水平，保證熱電池的可靠性和安全性。熱電池的設計主要是電池主要性能指標的確定，包括以下幾個方面：(1)熱電池的種類要求；(2)輸出電壓精度要求；(3)激活時間要求；(4)電池的體積、質量、安裝方式要求；(5)可靠性要求；(6)壽命要求；(7)安全性要求；(8)鑒定和質量一致性檢驗要求。

2.2.3 二次電源設計

二次電源主要包括直流-直流變換器、直流-交流變換器和交流-直流變換器，在導彈系統(tǒng)上廣泛應用的主要是直流-直流變換器。

二次電源的設計需要綜合考慮，合理選型，達到最佳的設計效果。主要包括以下幾個方面：(1)電源種類的確定；(2)布局設計；(3)電源精度設計；(4)濾波電路設計；(5)功耗和散熱設計；(6)環(huán)境適應性設計。

2.2.4 直流-直流變換器的選型設計

直流-直流變換器又分為DC/DC電源和線性電源，二者各有優(yōu)缺點。DC/DC電源效率高、噪聲大，它的傳導干擾和輻射干擾會對用電部件和周圍的電子部件產(chǎn)生干擾。線性電源噪聲小、干擾小，但效率低、發(fā)熱大。DC/DC電源更適合導彈對體積和質量限制的要求，尤其適用于抗輸入尖峰干擾要求高、對電源波紋噪聲要求低、內阻要求小的脈沖特性負載的應用場合。因此，在導彈直流電源設計中，彈載計算機、數(shù)字電路和一些功率電路應選用DC/DC電源[2-3]。但是，由于DC/DC電源存在紋波噪聲較大的缺陷，其傳導干擾和輻射干擾會對用電部件和周圍的電子部件產(chǎn)生干擾，因此，在小信號前置放大、基準電路等對電源波紋噪聲敏感的應用場合一般不宜采用DC/DC電源，而應采用線性電源[2-3]。

2.2.5 電源控制電路設計

電源控制電路主要包括電源檢測電路、點火電路，是導彈可靠性和安全性的保障之一。電源控制電路的設計應采用成熟設計，保證電路的可靠性和安全性。電源控制電路的設計主要包括以下幾個方面：(1)電路實現(xiàn)方案的選擇；(2)電路原理設計；(3)可靠性設計；(4)安全性設計；(5)環(huán)境適應性設計；(6)試驗設計。

3 導彈電源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

為適應未來導彈的發(fā)展需求，電源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 分布式布局，一體化設計

采用集中供電和分布式供電各有其優(yōu)缺點。采用集中供電可以簡化全彈的供電系統(tǒng)，在電源的系統(tǒng)設計上可能考慮得更全面，電源的供電種類也可以得到最大程度的簡化。但是集中供電帶來局部發(fā)熱嚴重、電源長距離傳輸?shù)截撦d端引起供電品質下降等問題。而分布式供電具有靈活、散熱容易、供電品質容易保證等顯著優(yōu)點，但是也帶來了供電種類增多、缺乏系統(tǒng)級的統(tǒng)籌考慮等缺點。

因此，基于上述問題，本文提出“分布式布局，一體化設計”的新思路，把全彈的電源系統(tǒng)進行統(tǒng)一規(guī)劃、設計，把上述二種供電模式的優(yōu)點結合起來，既做到壓縮電源種類、規(guī)范和簡化電源設計，又保證了散熱和電源品質的要求，使電源系統(tǒng)的設計更加通用化、標準化和模塊化，提高電源系統(tǒng)的性能和可靠性。

3.2 電源系統(tǒng)的性能大幅度提高

熱電池和電力電子器件水平的不斷提高，為導彈電源系統(tǒng)的性能提高提供了有效的保證。電源系統(tǒng)性能的提高主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)大功率、小體積、小質量；(2)快速的起動反應時間；(3)高效率、低噪聲。

3.3 電源系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化

隨著電源系統(tǒng)功能的不斷增強，特別是涉及到火工品的點火控制功能，對導彈的安全性有至關重要的影響，因此需要電源系統(tǒng)具備自檢功能。采用常規(guī)的模擬電路很難實現(xiàn)，同時會造成接口和電路的復雜性，降低可靠性。所以，在未來的導彈電源系統(tǒng)中將會采用智能化數(shù)字系統(tǒng)如DSP，實現(xiàn)對電源系統(tǒng)的自檢，保證電源系統(tǒng)安全、可靠。

3.4 電源系統(tǒng)的可靠性水平大幅提高

主要基于熱電池和電力電子器件可靠性水平的不斷提高，加之系統(tǒng)設計水平、認識水平、試驗考核的不斷提高和完善，導彈電源系統(tǒng)的可靠性水平大幅提高。

4 結論

導彈電源系統(tǒng)是導彈的重要組成部分，是導彈正常工作的保證，是導彈技戰(zhàn)術指標能夠實現(xiàn)的必要條件。隨著導彈技術的不斷發(fā)展和需求的不斷提高，導彈電源系統(tǒng)將向數(shù)字化、智能化、小型化、多功能的方向發(fā)展。

[1]梁曉庚，王伯榮，余志峰，等.導彈制導控制系統(tǒng)設計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[2]王順祺.穩(wěn)壓電源設計[M].北京：國防工業(yè)出版社，1983.

[3]楊旭，裴云慶，王兆安.開關電源技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.