面向低成本發(fā)展戰(zhàn)略的導彈火工系統(tǒng)貨架建設

史若沖，姜 開，魏 敏，陳俊杰，楊大偉

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面向低成本發(fā)展戰(zhàn)略的導彈火工系統(tǒng)貨架建設

史若沖，姜 開，魏 敏，陳俊杰，楊大偉

（中國運載火箭技術研究院，北京，100076）

低成本發(fā)展戰(zhàn)略是戰(zhàn)術導彈發(fā)展的重要趨勢。本文從導彈總體設計角度，對火工品進行了功能性和系統(tǒng)化梳理，給出了火工品總體設計要求；基于火工品基本型和關鍵屬性辨識，提出了火工系統(tǒng)選型貨架以及基于產(chǎn)品化思想的火工系統(tǒng)貨架產(chǎn)品架構方案；最后從技術和管理兩方面提出了導彈武器火工系統(tǒng)貨架產(chǎn)品的低成本發(fā)展戰(zhàn)略構想。

火工品；導彈；產(chǎn)品貨架；低成本

火工品是指裝有火炸藥，受外界能量激發(fā)后產(chǎn)生燃燒或爆炸，用以引燃、引爆、作機械功或產(chǎn)生特定效應的一次性使用裝置的總稱。由于火工品具有體積小、比能量大、使用簡單、作用時間短、功能可靠和性能可設計等優(yōu)點[1-2]，其在導彈上的用途極為廣泛。

火工品是導彈飛行過程中控制回路的執(zhí)行元件之一，通過點火、起爆、傳爆、傳火（包括延期）、作功等一系列作用[3]，在導彈動力系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、姿控系統(tǒng)及特定功能系統(tǒng)中完成特定的動作，火工品對導彈飛行成敗起到關鍵性作用。

由于國內導彈武器型號多，火工品擔負功能具有獨特性，導致火工品種類和產(chǎn)品規(guī)格繁多、不成體系。多數(shù)火工品為舊型號定制產(chǎn)品，新研武器仍需開展新火工品的研制，導致導彈火工系統(tǒng)的研制試驗成本高、配套種類多、維修保障性差等問題，同時火工品在受零風險、高成熟度的質量管理約束下，新技術應用匱乏，火工品技術落后、性能低。

在市場化競爭日益劇烈和導彈武器型譜化快速發(fā)展的背景下，火工品諸多不利因素影響到了導彈火工品設計過程中的快速選型及低成本應用，導彈對火工品系列化設計和貨架構建的需求越來越迫切。本文在整理導彈各系統(tǒng)中火工品組成和功能的基礎上，辨識出導彈火工品基本型及其關鍵特性，按照滿足應用需求、合理、可行及兼顧未來發(fā)展的原則，對導彈火工品選型貨架進行規(guī)劃，采用產(chǎn)品化思想對選型貨架成熟化應用，從而形成火工系統(tǒng)貨架產(chǎn)品，并提出了火工系統(tǒng)貨架的低成本發(fā)展戰(zhàn)略。

1 面向總體需求的導彈火工品選型貨架規(guī)劃

1.1 導彈火工裝置的應用

1.1.1 發(fā)動機點火

發(fā)動機是導彈飛行的動力，發(fā)動機內部一般設有小火箭式點火裝置，點火裝置是發(fā)動機發(fā)火的直接輸入。點火裝置一般由電起爆器、安全機構、導爆索組件、隔板點火器和點火器組成。當控制系統(tǒng)發(fā)出點火信號后，高電流將電起爆器起爆，經(jīng)安全機構引燃導爆索，傳遞至隔板點火器，將發(fā)動機內的點火器點燃，進一步引燃發(fā)動機內的藥柱，發(fā)動機發(fā)火工作。

1.1.2 發(fā)動機自毀

自毀裝置是在導彈飛行發(fā)生故障時，實現(xiàn)發(fā)動機卸壓或爆毀。自毀裝置一般由電起爆器、安全機構、導爆索組件、聚能切割索組成。在滿足導彈自毀條件下，自毀信號高電流將電起爆器起爆，經(jīng)安全機構引燃導爆索，繼而引燃聚能切割索，將發(fā)動機切殼完成自毀。

1.1.3 分離與反推

分離裝置可實現(xiàn)導彈飛行中拋掉多余無用質量。根據(jù)分離引爆裝置的類型分為兩類：一類由電起爆器、導爆索組件、點式分離火工品組成；另一類由電起爆器、線式分離火工品組成，線式分離火工品包括聚能切割索、柔性導爆索等。分離信號發(fā)出后，高電流將電起爆器引爆，點式分離火工品炸開連接緊固件，線式分離火工品炸開殼體削弱槽，實現(xiàn)上面級和下面級分離。反推裝置產(chǎn)生分離沖量，使兩分離體具有相對的分離速度。反推裝置一般由電起爆器、導爆索組件、隔板點火器和固體小火箭組成。電起爆器引燃導爆索，傳遞至隔板點火器，點燃固體小火箭。

1.2 火工品總體設計要求

火工品總體設計要求包括：（1）安全性要求：火工品是導彈的敏感部分，其意外發(fā)火可能引起災難性的后果，設計時應有盡可能低的安全失效率，建議盡可能選用鈍感電起爆器、安全機構和無起爆藥等火工品。（2）可靠性要求：火工品是導彈的激發(fā)元件，其作用失效將造成導彈功能失效，設計時首先要確定可靠性要求?？煽啃栽O計應貫徹標準化和統(tǒng)一化思想，采取冗余設計和合理的裕度設計措施。（3）環(huán)境適應性要求：火工品在導彈武器系統(tǒng)中，面臨著復雜和惡劣的工作環(huán)境，如運輸、貯存、使用等過程中的光照、高低溫、煙霧、靜電、電磁、沖擊、振動、磕碰等，火工品易受環(huán)境力的誘發(fā)，不僅會產(chǎn)生性能衰變而失效，還有可能被敏化意外激發(fā)。環(huán)境適應性設計應采取諸如全密封、靜電泄放等措施。（4）協(xié)調性要求：火工品常以爆燃或爆轟形式來激發(fā)火工系統(tǒng)，除要考慮單個火工品的性能外，還要考慮系統(tǒng)內部的合理匹配關系，包括能量、沖量、結構、時間、外形和功能等參數(shù)。協(xié)調性設計包括火工品時序精準控制、火工品推力一致性要求，火工系統(tǒng)中點火、傳爆、終端元件保持一致，同時簡化傳遞環(huán)節(jié)。（5）其他要求：如儲存性要求、繼承性和先進性要求?；鸸て沸枰S導彈放在一定條件下貯存，一般要求貯存期為15a甚至更長，要求火工品長期貯存性能穩(wěn)定。成熟產(chǎn)品技術相對落后，而新技術會帶來可靠性風險[4]，設計時應采用多種成熟技術與少數(shù)新技術巧妙地有機組合。

1.3 導彈火工系統(tǒng)選型貨架規(guī)劃

本文提出了“類、型、系、體”的火工品分類體系，其中“類”根據(jù)火工品在火工裝置中作用位置進行分類，“型”是組成火工系統(tǒng)最基本功能的種類，“系”是按基本型首要屬性而形成的系列，“體”是按次要屬性形成火工系統(tǒng)貨架的最小組成單元。

首先需要對火工品基本型進行辨識。通過對導彈火工品的應用系統(tǒng)分析，結合總體設計需求，劃分出導彈火工品的基本型。基本型確立的原則為“擇優(yōu)棄劣、減少種類；兼顧前沿、注重通用”，對已經(jīng)淘汰或技術落后的產(chǎn)品不再考慮，盡量減少基本型的數(shù)量，提高產(chǎn)品的通用性。形成的火工品基本型包括：（1）起始類火工品：電點火器、電起爆器、隔板點火器等；（2）傳導類火工品：安全機構、導爆索組件等；（3）終端類火工品：切割索、爆炸螺栓、固體小火箭等。

逐個對每個火工品基本型的屬性及關鍵程度進行辨識，結合總體設計要求，對總體需求能力的重要性進行主要評估，詳見表1。

根據(jù)辨識出來的火工品基本型和關鍵屬性，結合總體對火工品的設計要求與火工品技術發(fā)展趨勢，整理出火工品選型貨架，見圖1。每個系列內的火工品個體由于電氣或機械接口一致，需要防差錯設計。

表1 基本型屬性評估

Tab.1 The evaluation of basic attribute

圖1 火工系統(tǒng)選型貨架

2 導彈火工系統(tǒng)貨架產(chǎn)品架構及低成本發(fā)展戰(zhàn)略

2.1 基于產(chǎn)品化思想的火工系統(tǒng)貨架產(chǎn)品架構

2.1.1 產(chǎn)品化定義

產(chǎn)品化的目的是將發(fā)明、創(chuàng)新、研究和開發(fā)取得的科技成果、試驗品轉換為質量可靠、可穩(wěn)定重復生產(chǎn)的產(chǎn)品。它以通用化、模塊化和系列化的“三化”為內部核心，以市場需求為牽引，經(jīng)成熟化應用，形成健全的貨架產(chǎn)品體系，如圖2所示。

產(chǎn)品化在解決趨勢類發(fā)展問題上體現(xiàn)出了較強的潛力，對于快速提高企業(yè)生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品靈活程度和綜合效能，推動技術和管理創(chuàng)新，增強企業(yè)市場競爭力具有重要優(yōu)勢。

產(chǎn)品化作為近年來國內外廣泛采用的技術和創(chuàng)新手段，是推進火工系統(tǒng)向“高可靠、低成本、短周期、強通用、快升級、好維護”方向發(fā)展的關鍵舉措。火工系統(tǒng)貨架建設應以火工系統(tǒng)選型貨架為根本，在產(chǎn)品化指導下，開展火工系統(tǒng)貨架產(chǎn)品架構。

圖2 產(chǎn)品化定義

2.1.2 火工系統(tǒng)選型貨架的“三化”設計

發(fā)展通用化是最大限度地擴大同一單元的使用范圍，在多個火工品基本型設計中，設計相同的結構件、通用結構件的數(shù)量越多，火工品生產(chǎn)成本越低。發(fā)展模塊化是對一定范圍內的不同產(chǎn)品進行功能分析和分解，設計生產(chǎn)出由統(tǒng)一電氣接口和機械接口的通用模塊，如導爆索組件中的通用歧管和通用輸出接頭，其中4路通用歧管可滿足2~4路點火傳遞的要求。發(fā)展系列化是根據(jù)同一類產(chǎn)品的發(fā)展規(guī)律和使用要求，對主要參數(shù)進行合理規(guī)劃，以實現(xiàn)對不同型號導彈需求的覆蓋。

2.1.3 面向市場化的火工系統(tǒng)選型貨架搭建

在通用架構和產(chǎn)品重組的全過程中，火工系統(tǒng)選型貨架應該以滿足未來武器系統(tǒng)需求為根本出發(fā)點，立足市場需求和發(fā)展方，及時對基本型種類進行擴充。如第三代火工技術發(fā)展的激光點火與起爆技術、直列式起爆技術等，應將激光點火器和沖擊片點火器作為基本型優(yōu)先加入選型貨架中，供相關型號選擇。該發(fā)展方式既滿足了型號技術的先進性，同時推動了火工品承研單位的產(chǎn)品開發(fā)能力的提升。

2.1.4 貨架產(chǎn)品的成熟度提升

在火工系統(tǒng)貨架產(chǎn)品建設初期階段，應以總體選型貨架為基礎，梳理已有的成熟火工產(chǎn)品性能，對于滿足選型貨架要求的產(chǎn)品，將其加入火工系統(tǒng)貨架中。在新研型號或成熟型號改制時，若在選型貨架中選擇的火工品若尚未加入火工系統(tǒng)貨架，則總體單位向火工品承研單位下發(fā)研制任務書，依次開展火工品的樣機生產(chǎn)、批量試驗及評審，將經(jīng)過成熟化處理的火工品加入火工系統(tǒng)貨架中。

2.1.5 基于標準化的貨架產(chǎn)品架構

標準化工作是指導引領未來發(fā)展，明確技術走向，提升設計能力的根本。在貨架建設的基礎上，以創(chuàng)新性和先驗性項目為依托，采取“統(tǒng)籌規(guī)劃、總結經(jīng)驗、共性提煉、形成標準”的模式，建立起戰(zhàn)術武器火工品標準體系，將標準應用于產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和應用中，形成完整的技術鏈、產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈，實現(xiàn)不斷替代和升級。

2.2 火工系統(tǒng)貨架低成本發(fā)展戰(zhàn)略

火工系統(tǒng)貨架產(chǎn)品發(fā)展是降低成本，提升企業(yè)市場競爭力的實質性工作。為高效推行火工系統(tǒng)貨架建設，實現(xiàn)產(chǎn)品低成本研制與生產(chǎn)，需要做好由面向國家的專項研發(fā)模式向面向市場的企業(yè)研發(fā)模式的體制變革，落實產(chǎn)品化成果，從技術、管理兩方面同時發(fā)力。

2.2.1 技術方面

采取“技術牽引進步、創(chuàng)新牽引發(fā)展”的發(fā)展戰(zhàn)略，火工系統(tǒng)貨架建設應更加注重于目標和需求導向，走關鍵項目突破、全局系列規(guī)劃的路線，將“精雕細刻”、“因用戶而異”的昂貴“定制品”改造為可以重復制造的廉價“通用產(chǎn)品”，實現(xiàn)“降種類增數(shù)量，降狀態(tài)提質量”。

2.2.2 管理方面

采取“基礎技術研究-預研試驗-型號應用”的發(fā)展戰(zhàn)略，由于單一型號研制無法實現(xiàn)全局技術推進，需要改變管理模式，建立一套管理和督導機制，推進基礎技術的研究和具體應用，真正實現(xiàn)研究成果可落實、技術推進可持續(xù)、通用技術可推廣。

3 結語

火工品在導彈各功能系統(tǒng)中發(fā)揮了舉足輕重的作用，隨著導彈的快速發(fā)展，火工系統(tǒng)貨架構建顯得越來越迫切。本文通過研究探索，形成了面向總體需求的導彈火工品選型貨架規(guī)劃、基于產(chǎn)品化思想的火工系統(tǒng)貨架產(chǎn)品架構方案，以及火工系統(tǒng)貨架低成本發(fā)展戰(zhàn)略。

本文提出的貨架方案，是以導彈火工裝置組成和總體設計要求為著力點，以產(chǎn)品化為主導思想，由基本型和關鍵屬性建立的火工系統(tǒng)選型貨架為根本建設條件，形成了由“三化”導向，以市場化牽引，通過成熟化手段，最終將火工品進行貨架化管理的建設方案。該方案有效解決了火工品設計效率低下、成本居高不下等突出問題，加快了火工品成熟度的提升，推進了火工品研制和市場開發(fā)。

本文還從技術和管理兩條主線對推動火工系統(tǒng)貨架的發(fā)展提出了合理的戰(zhàn)略，為火工系統(tǒng)貨架建設中的問題提供了解決方案，提高了產(chǎn)品化工作推進的效率，明晰了火工系統(tǒng)貨架向低成本發(fā)展的方向。

[1] W David Fahey, Joseph E Carvalho. Optical built in test (BIT) for laser (diode) initiation systems[C]//38th AIAA, 2002.

[2] 葉迎華.火工品技術[M].北京:國防工業(yè)出版社, 2014.

[3] 劉竹生.航天火工裝置[M].北京:宇航出版社, 2012.

[4] 蔣家榮.鈍感火工裝置的發(fā)展與應用[J].航天標準化,2003 (01):4-6.

Shelves Construction of Missile Pyrotechnics System Oriented to Low Cost Development Strategy

SHI Ruo-chong, JING Kai, WEI Min, CHEN Jun-jie, YANG Da-wei

（China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076）

Low coat strategy is the development trend of tactical missile development. The overall design requirements based on the functional and systemic pectination of missile pyrotechnics were proposed, from the angle of overall missile design. Type selection shelves and shelves-product architectural solutions from productization ideas of pyrotechnics system were carried out, based on the establishment of basic model and identification of critical product attribute. Finally, the low cost development strategy of missile weapon pyrotechnics system product shelves was presented, from the aspects of technology and management.

Pyrotechnics system；Missile；Product shelves；Low cost

1003-1480（2017）05-0008-04

TJ450

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2017.05.003

2017-05-05

史若沖（1987-），男，工程師，主要從事飛行器總體設計研究。