小型懸掛物接口技術(shù)研究

史志釗， 趙寶奇， 常遷榛， 聶志強(qiáng)， 鞏冠峰

(1.中國(guó)航空工業(yè)洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所，河南洛陽(yáng) 471009;2.中國(guó)人民解放軍駐六一三所軍事代表室，河南 洛陽(yáng) 471009;3.空軍工程大學(xué)，西安 710051)

0 引言

MIL-STD-1760飛機(jī)懸掛物電氣連接系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)在美國(guó)和北約獲得了巨大的成功［1］。國(guó)內(nèi)參照美國(guó)MIL-STD-1760C版制定的GJB1188A《飛機(jī)懸掛物電氣連接系統(tǒng)接口要求》標(biāo)準(zhǔn)也得到了軍方和工業(yè)部門(mén)的廣泛認(rèn)可，效益明顯［2-3］。作為下一代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展方向的無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)，一般攜帶小型而大威力的精確制導(dǎo)武器去攻擊、攔截地面或空中目標(biāo)［4］，但隨著無(wú)人機(jī)與小型靈巧武器等技術(shù)的快速發(fā)展，在進(jìn)行機(jī)載武器系統(tǒng)綜合時(shí)，發(fā)現(xiàn)1760標(biāo)準(zhǔn)定義的標(biāo)準(zhǔn)接口在規(guī)格、技術(shù)及費(fèi)用等多方面已不適應(yīng)這些小型運(yùn)載平臺(tái)及其小型懸掛物的使用要求。為了最大限度地提高小型懸掛物與運(yùn)載平臺(tái)之間的互用性，避免再出現(xiàn)類似于GJB1188貫徹前的亂象，減少或避免服役期間因多次改裝而造成的各種資源的浪費(fèi)，有必要盡快開(kāi)展小型懸掛物接口相關(guān)技術(shù)的研究工作。通過(guò)跟蹤研究國(guó)外小型懸掛物接口方面的先進(jìn)理念及技術(shù)，同時(shí)借鑒國(guó)內(nèi)外飛機(jī)/懸掛物電氣接口標(biāo)準(zhǔn)推廣應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)，逐步在國(guó)內(nèi)建立完善的飛機(jī)/懸掛物接口技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 小型懸掛物接口技術(shù)的發(fā)展概況

20世紀(jì)70年代末，美國(guó)為了改變以前飛機(jī)平臺(tái)與各類懸掛物各自獨(dú)立設(shè)計(jì)的狀況，開(kāi)始研究飛機(jī)懸掛物之間通用電氣接口方面的技術(shù)，希望能通過(guò)規(guī)范接口類型使飛機(jī)懸掛物之間的電氣接口的激增最小化，有效地改善了飛機(jī)與懸掛物之間的互用性問(wèn)題。美國(guó)于1981年發(fā)布了MIL-STD-1760《國(guó)防部接口標(biāo)準(zhǔn) 飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)》，隨后歷經(jīng)5次大的修訂于2007年10月發(fā)布了最新版的MIL-STD-1760E［5］。為了適應(yīng)小型智能懸掛物的快速發(fā)展，美國(guó)20世紀(jì)末期就由小型彈藥/外掛物接口工作組委員會(huì)(MM/SITG)開(kāi)展了相關(guān)的研究驗(yàn)證工作，2008年1月發(fā)布了小型任務(wù)懸掛物的接口標(biāo)準(zhǔn)AS5725《Interface Standard，Miniature Mission Store Interface》［6］，預(yù)計(jì)相關(guān)的配套標(biāo)準(zhǔn)如驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)等也將隨后發(fā)布。

國(guó)內(nèi)1991年發(fā)布了GJB1188《飛機(jī)懸掛物電氣連接系統(tǒng)要求》，1999年參照1760C修訂發(fā)布了 GJB 1188A，其后續(xù)版本的修訂工作也取得了較大的進(jìn)展，雖然小型懸掛物接口方面的技術(shù)也在探索研究，但目前尚沒(méi)形成相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。

2 小型懸掛物接口組成及功能要求

2.1 小型懸掛物接口組成

小型懸掛物接口研究的主要對(duì)象一方面是飛機(jī)主運(yùn)載裝置與小型懸掛物之間的電氣接口，另一方面是飛機(jī)掛載的小型懸掛物運(yùn)載系統(tǒng)與小型懸掛物之間的電氣接口。

AS5725中小型懸掛物接口(MMSI)中信號(hào)的定義充分借鑒了1760信號(hào)類型及要求，增加了少量有小型懸掛物接口特點(diǎn)的信號(hào)。AS5725的信號(hào)類型可簡(jiǎn)單地分為信號(hào)線、離散線及電源線，具體的接口組成如圖1所示。

圖1 接口信號(hào)組Fig.1 Interface signal set

AS5725定義的小型懸掛物接口在應(yīng)用時(shí)可以進(jìn)行剪裁，在下列接口類型之一中選取:1)I類應(yīng)該包括除輔助電源接口之外的全部接口;2)IA類應(yīng)該包括含輔助電源接口在內(nèi)的全部接口;3)II類應(yīng)該包括除高帶寬、上行光纖通道、下行光纖通過(guò)信號(hào)和輔助電源接口外的所有信號(hào);4)IIA類應(yīng)該包括II類信號(hào)加上輔助電源接口。

2.2 信號(hào)功能及要求

2.2.1 信號(hào)線功能及要求

信號(hào)線類接口包括高帶寬、光纖通道及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線三類信號(hào)接口。高帶寬(HB)信號(hào)用于A型或B型信號(hào)的雙向單工傳輸，信號(hào)定義及要求與1760E中的高帶寬通道HB1完全相同。光纖通道的信號(hào)定義及要求與1760E相同，主信號(hào)組中包含一對(duì)，一個(gè)上行光纖通道(UFC)和一個(gè)下行光纖通道(DFC)接口，用于載機(jī)及懸掛物之間高速大批量數(shù)據(jù)的傳輸。光纖通道接口為今后的應(yīng)用預(yù)留了較大的擴(kuò)展空間［7］。

1553B作為第一代軍用數(shù)據(jù)總線，其1 M/s的帶寬已不能滿足大批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅?］。AS5725采用了10 MHz的增強(qiáng)型EBR1553網(wǎng)絡(luò)，功能與MIL-STD-1553B相似，以指令/響應(yīng)方式異步運(yùn)行，且應(yīng)以半雙工方式傳輸，接口信號(hào)符合SAE AS5652《10 M/s網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)字時(shí)間分配命令/響應(yīng)多路數(shù)據(jù)總線》的要求［9］。

2.2.2 離散信號(hào)線功能及要求

離散信號(hào)線主要是一些低功率的開(kāi)關(guān)量接口，包括安全允許、平臺(tái)類別、懸掛物匹配以及運(yùn)載裝置匹配線，另外還有一根結(jié)構(gòu)地線。安全允許離散信號(hào)功能及要求與1760E的投放允許信號(hào)相同。懸掛物匹配及運(yùn)載裝置匹配線的功能及要求類似于1760E的聯(lián)鎖信號(hào)。結(jié)構(gòu)地線的功能及要求也與1760E中的要求相同。

平臺(tái)類別接口是一種新增的信號(hào)，該信號(hào)的功能是用來(lái)表明小型懸掛物將在什么樣的平臺(tái)上使用，因?yàn)椴煌倪\(yùn)載平臺(tái)為武器懸掛物提供初始速度的能力有很大的差別。該信號(hào)有3種狀態(tài)，分別表示3種運(yùn)載平臺(tái)類型:1)1類平臺(tái)，信號(hào)懸空，表示為速度大于450 km/h(約250 kn)的機(jī)載高速平臺(tái);2)2類平臺(tái)，接高電平，表示為速度小于450 km/h(約250 kn)的機(jī)載低速平臺(tái);3)3類平臺(tái)，接地，表示為一些面基發(fā)射系統(tǒng)的平臺(tái)。

2.2.3 電源線功能及要求

電源類接口是一些大功率的電源供電接口。包括工作電源、安全允許電源和輔助電源以及它們各自的回路。其中工作電源及其回路類似于1760E的直流1，只是負(fù)載能力較小，為5 A。安全允許電源其回路類似于1760E的直流2，也是負(fù)載能力較小，為5 A。

輔助電源為270 V，類似于1760E的270 V直流，負(fù)載能力為5 A，可用于懸掛物內(nèi)部電子設(shè)備的基本操作和非安全關(guān)鍵功能的供電。

3 與1760接口對(duì)比分析

AS5725規(guī)定的小型懸掛物接口信號(hào)是在MILSTD-1760E的基礎(chǔ)上形成的，絕大部分信號(hào)的功能及信號(hào)特性都是一致的，去掉了冗余備份的接口，電源類信號(hào)負(fù)載能力適當(dāng)降低，使得信號(hào)數(shù)量大幅減少，連接器的物理尺寸也有效減小。以信號(hào)種類最全的IA類為例，AS5725中IA類信號(hào)共15路，1760E中IA類信號(hào)共41路，信號(hào)數(shù)量減少了將近2/3。因此，一定程度上AS5725可以看作是1760E信號(hào)的剪裁版。

3.1 信號(hào)類接口對(duì)比分析

AS5725中信號(hào)線類接口是4路，1760E中信號(hào)線類接口是9路。AS5725中高帶寬信號(hào)、上/下行光纖通道信號(hào)的功能及要求與1760E中是相同的，數(shù)據(jù)總線信號(hào)的功能也類似。

信號(hào)類接口主要的不同點(diǎn)有:1)AS5725中僅保留1路HB1高帶寬接口，用于傳輸高帶寬的A型或B型信號(hào);2)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接口由1 M的MIL-STD-1553B改為10 M的增強(qiáng)型EBR1553;3)光纖類信號(hào)線中保留了上行光纖通道和下行光纖通道接口，去掉了預(yù)留的光纖信號(hào)接口;4)取消了低帶寬信號(hào)接口。

3.2 離散類接口對(duì)比分析

AS5725中離散類接口是5路，1760E中信號(hào)線類接口是11路。其中安全允許離散則相當(dāng)于1760E中的投放允許離散接口，懸掛物配接線則相當(dāng)于1760E中的聯(lián)鎖回線和聯(lián)鎖接口。運(yùn)載裝置配接線要求也相當(dāng)于1760E中的聯(lián)鎖回線和聯(lián)鎖接口，功能是用于判斷運(yùn)載系統(tǒng)的掛載與否的狀態(tài)。

離散類接口主要的不同點(diǎn)是:1)取消了地址線接口，因?yàn)樵谶\(yùn)載系統(tǒng)之下不可能有太多的遠(yuǎn)程終端，所有小型任務(wù)懸掛物均可以采用固定地址，故而取消了1760E中規(guī)定的離散地址接口線;2)增加了一路平臺(tái)類型接口，不同運(yùn)載平臺(tái)的飛行特性，將對(duì)精確制導(dǎo)武器的初始狀態(tài)和飛行性能有顯著的影響;3)增加了運(yùn)載裝置配接線，因?yàn)樵趻燧d小型任務(wù)懸掛物的運(yùn)載系統(tǒng)(例如撒布器)通常在飛行中是需要與宿主機(jī)分離的，所以需要知道它們的“存在(掛載)”狀態(tài)。

3.3 電源類接口對(duì)比分析

AS5725中電源類接口總共6路，而1760E中電源信號(hào)主接口是10路，輔助電源接口共11路。其中工作電源功能及要求與1760E中的28 VDC電源1基本相同，安全允許電源功能及要求與1760E中的28 VDC電源2基本相同。

電源類接口主要的不同點(diǎn)是:1)工作電源及安全允許電源的負(fù)載能力與1760E不同，小型任務(wù)懸掛物要求僅是1760E的1/2，為5 A;2)輔助電源接口方面AS5725僅保留270 VDC電源線，而且規(guī)定270 VDC電源接口只能用于平臺(tái)及其運(yùn)載懸掛物，小型任務(wù)懸掛物一律不使用輔助電源接口;3)AS5725電源接口中完全舍棄了對(duì)115/200 VAC電源的使用。

3.4 物理接口的對(duì)比分析

AS5725中連接器應(yīng)滿足MIL-C-38999/XX(或MIL-DTL-38999，對(duì)應(yīng)GJB599/XX)的III系列、外殼尺寸號(hào)為15、方向識(shí)別鍵字母為N的連接器，1760E的主連接器一般選用MIL-DTL-38999/XX的Ⅲ系列、外殼尺寸為25、方向鍵識(shí)別字母為N的連接器，輔連接器一般選用MIL-DTL-38999/XX的Ⅲ系列、外殼尺寸為25、方向鍵識(shí)別字母為A的連接器，因此連接器物理接口尺寸大幅縮小。

4 小型懸掛物接口的應(yīng)用

4.1 與1760的兼容性問(wèn)題

小型懸掛物標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)可適用于所有平臺(tái)、小型懸掛物以及相互之間有電氣連接的有關(guān)運(yùn)載系統(tǒng)。運(yùn)載系統(tǒng)包括系留的或可投放的運(yùn)載裝置及發(fā)射平臺(tái)等，例如無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)(主運(yùn)載裝置)、飛機(jī)的專用運(yùn)載區(qū)以及面基發(fā)射系統(tǒng)。

為了保證互用性，必須解決好與1760的兼容性問(wèn)題。一種較為合適的方式是對(duì)較為上層的接口仍全面貫徹1760標(biāo)準(zhǔn)，如飛機(jī)掛點(diǎn)接口ASI、運(yùn)載懸掛物接口CSI等;然后較為上層的接口如運(yùn)載懸掛物掛點(diǎn)接口CSSI等貫徹小型懸掛物接口標(biāo)準(zhǔn);在運(yùn)載系統(tǒng)內(nèi)完成接口的轉(zhuǎn)換。此方法既可以保證載機(jī)或運(yùn)載系統(tǒng)的上層接口全面貫徹1760通用接口標(biāo)準(zhǔn)，又能方便小型懸掛物的使用，保證其互用性，從而全面有效地提高載機(jī)及運(yùn)載平臺(tái)與各類懸掛物接口的互用性。圖2所示為小型懸掛物接口的應(yīng)用示意圖。

圖2 小型懸掛物接口的應(yīng)用示意圖Fig.2 The using of miniature mission store interface

4.2 小型懸掛物的量化使用問(wèn)題

隨著電子技術(shù)及高能炸藥等技術(shù)的進(jìn)步，小型化是未來(lái)機(jī)載武器發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。懸掛物的小型化甚至微型化也帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題，就是必須考慮武器批量掛載使用的問(wèn)題。如MQ-1A“捕食者”以前僅能掛載2枚“海爾法”導(dǎo)彈，在使用多聯(lián)掛架后可以同時(shí)掛載24枚。特別是一些超小型的制導(dǎo)武器面世后，小型懸掛物量化使用的要求將更為迫切。如艾利安特技術(shù)系統(tǒng)公司(ATK)研制的“短柄斧”(Hacchet)超輕型精確制導(dǎo)彈藥僅2.7 kg，美國(guó)海軍空戰(zhàn)中心武器部(NAWCWD)和DRS技術(shù)公司聯(lián)合研制的“長(zhǎng)釘”微型光電制導(dǎo)武器僅2.4 kg。武器的批量使用可充分發(fā)揮小型智能武器體積較小、精度高的特點(diǎn)，從而大幅提高作戰(zhàn)飛機(jī)的載彈量和作戰(zhàn)效能［10］。

小型懸掛物標(biāo)準(zhǔn)接口采用了EBR1553網(wǎng)絡(luò)，具有星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，接口形式類似RS485接口，這種總線網(wǎng)絡(luò)上信息傳輸?shù)奈ㄒ豢刂茩?quán)由總線控制器BC負(fù)責(zé)，它通過(guò)邏輯集線器接口控制與各RT的通訊，供懸掛物使用的RT數(shù)量可擴(kuò)展至248個(gè)。該技術(shù)可以較好地實(shí)現(xiàn)小型懸掛物批量使用的問(wèn)題，圖3所示為批量使用的接口排列示意圖。

圖3 小型懸掛物接口排列示意圖Fig.3 The arranging of miniature mission store interface

5 結(jié)束語(yǔ)

在無(wú)人機(jī)、直升機(jī)及小型懸掛物等技術(shù)快速發(fā)展的今天［11］，小型懸掛物接口可作為GJB1188標(biāo)準(zhǔn)通用接口的有效補(bǔ)充，充分提高載機(jī)與小型懸掛物的兼容性，這對(duì)提高機(jī)載武器系統(tǒng)的快速綜合能力及綜合保障能力等方面都有巨大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景，因此應(yīng)借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，盡快開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研究并形成相應(yīng)的規(guī)范。

［1］彭志專，馮金富，魯卿.飛機(jī)/懸掛物電氣接口標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展方向探討［J］.電光與控制，2008，15(4):60-62.

［2］GJB1188A.飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)接口要求［S］.1999.

［3］MIL-STD-1760C.Department of defense interface standard for aircraft/store electrical interconnection system［S］.20 March 1997.

［4］馬向玲，雷宇曜，孫永芹.有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同空地作戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)綜述［J］.電光與控制，2011，18(3):56-57.

［5］MIL-STD-1760E.Department of defense interface standard aircraft/store electrical interconnection system ［S］.10 October 2007.

［6］AS5725.Interface standard，miniature mission store interface［S］.2011.

［7］胥輝旗，王義冬，田燕妮.高速光纖總線技術(shù)在導(dǎo)彈上應(yīng)用研究［J］.電光與控制，2012，19(2):10-11.

［8］馬貴斌，周?chē)?guó)奇，田珂.軍用數(shù)據(jù)總線技術(shù)發(fā)展綜述［J］.電光與控制，2010，17(6):50-53.

［9］AS5653.10 megabit/sec network configuration digital time division command/response multiplex data bus［S］.1 December 2005.

［10］許赟.國(guó)外無(wú)人機(jī)機(jī)載空地武器的發(fā)展及其展望［J］.國(guó)際航空，2011(9):78-80.

［11］榮毅超，任宏光，劉穎.關(guān)于無(wú)人機(jī)武器裝備的思考［J］.航空兵器，2008，18(1):3-6.