我國(guó)直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)*

李端松,張大治,張 登,武曉攀,杜青山

(西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所,西安 710065)

0 引言

直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置是用于懸掛、發(fā)射或投放機(jī)載導(dǎo)彈的機(jī)電一體化產(chǎn)品,其特征是在導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)賦予導(dǎo)彈一定的初速度和初始射向,是直升機(jī)載導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要組成部分[1]。直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置的研制和發(fā)展與武裝直升機(jī)及其導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的發(fā)展密切相關(guān)。近年來(lái),我國(guó)武裝直升機(jī)的綜合性能不斷提高,其導(dǎo)彈武器系統(tǒng)也朝著系列化、超視距作戰(zhàn)、全方位攻擊的方向快速發(fā)展[2],為了適應(yīng)新時(shí)期武裝直升機(jī)及其導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用需求,直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置的研制和開(kāi)發(fā)工作也受到了使用方的高度重視。文中將從發(fā)射裝置的分類(lèi)、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)等方面對(duì)我國(guó)直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置的組成

直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置是機(jī)電一體化產(chǎn)品,由發(fā)射架和發(fā)射控制單元兩部分組成。發(fā)射架是發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)部分,也是發(fā)射控制單元和導(dǎo)彈掛載的基體,一般包括架體、發(fā)射導(dǎo)軌、電氣插拔機(jī)構(gòu)和鎖制器等部分。發(fā)射控制單元是實(shí)現(xiàn)載機(jī)火控系統(tǒng)與導(dǎo)彈之間信息和命令交互的中樞單元,具有導(dǎo)彈自檢、發(fā)射允許條件判斷、完成導(dǎo)彈發(fā)射等功能,一般由箱體、連接電纜和控制電路組成。

2 直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置的分類(lèi)

隨著武裝直升機(jī)及其導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的不斷發(fā)展,發(fā)射裝置的種類(lèi)也日趨增多。根據(jù)發(fā)射裝置的掛載能力和掛載導(dǎo)彈種類(lèi)一般還可以分成四聯(lián)裝、兩聯(lián)裝、單聯(lián)裝及混掛發(fā)射裝置等。

結(jié)合國(guó)內(nèi)已裝備部隊(duì)的情況,按導(dǎo)彈發(fā)射方式的不同,直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置可分為軌式導(dǎo)彈發(fā)射裝置和筒裝導(dǎo)彈發(fā)射裝置。

2.1 軌式導(dǎo)彈發(fā)射裝置

軌式導(dǎo)彈發(fā)射裝置的特點(diǎn)是有一條或一組引導(dǎo)導(dǎo)彈滑行的軌道,在導(dǎo)彈發(fā)射離軌時(shí)賦予導(dǎo)彈一定的初速度和初始射向,并確保載機(jī)安全和導(dǎo)彈發(fā)射的精度要求。根據(jù)導(dǎo)彈離軌方式的不同,一般分為同時(shí)離軌和順序離軌兩種[1-3]。同時(shí)離軌是指導(dǎo)彈的中、后滑塊(直升機(jī)載導(dǎo)彈一般有前、中、后三個(gè)滑塊)同時(shí)與導(dǎo)軌分離;順序離軌是指導(dǎo)彈的中、后滑塊依次與導(dǎo)軌分離。順序離軌在導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)存在“導(dǎo)彈頭部下沉”現(xiàn)象,優(yōu)點(diǎn)是滑行距離長(zhǎng),可以獲得較高的離軌速度,減小導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)的初始擾動(dòng);同時(shí)離軌沒(méi)有“頭部下沉”問(wèn)題,但在同樣的發(fā)射裝置尺寸情況下,滑行距離短,離軌速度相對(duì)較低。目前我國(guó)直升機(jī)載空地導(dǎo)彈大部分采用同時(shí)離軌的方式。軌式導(dǎo)彈發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟,國(guó)外很多典型的直升機(jī)載導(dǎo)彈武器系統(tǒng)也普遍采用,如“海爾法”導(dǎo)彈、“小?！睂?dǎo)彈等。

2.2 筒裝導(dǎo)彈發(fā)射裝置

筒裝導(dǎo)彈發(fā)射裝置的主要功能是實(shí)現(xiàn)筒裝導(dǎo)彈的機(jī)械鎖定和電氣連接,并在導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)轉(zhuǎn)換和緩沖部分后坐能量。根據(jù)筒裝導(dǎo)彈與發(fā)射裝置安裝的相對(duì)位置關(guān)系,筒裝導(dǎo)彈發(fā)射裝置可分為托架式和吊掛式。我國(guó)直升機(jī)載導(dǎo)彈采用筒式發(fā)射的較少,比較典型的是直11WB武裝直升機(jī)空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng),采用托架式筒裝導(dǎo)彈發(fā)射裝置,用于發(fā)射AKD8空地導(dǎo)彈和AFT-8Z空地導(dǎo)彈;國(guó)外采用筒式發(fā)射的典型代表有以色列的“長(zhǎng)釘-ER”反坦克導(dǎo)彈四聯(lián)裝發(fā)射裝置。

3 我國(guó)直升機(jī)載發(fā)射裝置的研究現(xiàn)狀

與美國(guó)、歐洲以及俄羅斯等軍事強(qiáng)國(guó)相比,我國(guó)的直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置研究起步比較晚,在技術(shù)方面還存在較大差距[4],具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 通用化程度低

我國(guó)直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置的通用化研究尚處于起步階段,關(guān)于通用化兼容設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議規(guī)范建立不夠完善,大部分發(fā)射裝置都是針對(duì)某型導(dǎo)彈專(zhuān)門(mén)研制,不具有向前或向后的兼容性,各型直升機(jī)、直升機(jī)載導(dǎo)彈及相應(yīng)的發(fā)射裝置通常有各自特有的機(jī)械、電氣接口,基本上形成了“一架一機(jī)”、“一架一彈”的格局,導(dǎo)致各型導(dǎo)彈混掛兼容難度較大,因此,發(fā)射裝置的型號(hào)隨著空地導(dǎo)彈的研制不斷增加,不僅極大阻礙了載機(jī)作戰(zhàn)使用效能的發(fā)揮,降低了武器系統(tǒng)使用的靈活性,而且也增加了研制成本,加大了部隊(duì)維護(hù)和后勤保障負(fù)擔(dān)。相對(duì)而言,美國(guó)等軍事強(qiáng)國(guó)發(fā)射裝置的通用化水平較高,M299/M310是美軍一款比較有代表性的直升機(jī)載通用發(fā)射裝置,其能夠兼容發(fā)射“海爾法”系列多型導(dǎo)彈,M299/M310發(fā)射裝置分別如圖1、圖2所示。

圖1 M299發(fā)射裝置

圖2 M310發(fā)射裝置

3.2 發(fā)射裝置類(lèi)型單一

目前,我國(guó)的直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置大多數(shù)為外掛、導(dǎo)軌式布局,結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、類(lèi)型單一,多用于常規(guī)速度載機(jī)平臺(tái)的導(dǎo)彈發(fā)射。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,武裝直升機(jī)在超高速巡航、超機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)以及隱身性等方面取得了重大進(jìn)步,直升機(jī)載導(dǎo)彈也從幾公斤到上百公斤呈現(xiàn)系列化發(fā)展,傳統(tǒng)的外掛、軌式發(fā)射裝置已經(jīng)不能滿足武裝直升機(jī)及其導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用需求,特別是在直升機(jī)超高速、超機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)使用時(shí)導(dǎo)彈發(fā)射動(dòng)力學(xué)方面的問(wèn)題不斷凸顯出來(lái)。近年來(lái),美國(guó)一些軍事大國(guó)已經(jīng)把直升機(jī)載外掛保形發(fā)射裝置、內(nèi)埋發(fā)射裝置以及彈射投放技術(shù)列入了優(yōu)先發(fā)展的目標(biāo),并取得了成熟的應(yīng)用,如美國(guó)S-97直升機(jī)保形發(fā)射裝置(如圖3)和RAH-66科曼奇內(nèi)埋發(fā)射裝置(如圖4)。

圖3 S-97直升機(jī)保形發(fā)射裝置

圖4 RAH-66科曼奇內(nèi)埋發(fā)射裝置

3.3 發(fā)射裝置輕量化程度低

由于武裝直升機(jī)平臺(tái)的振動(dòng)、沖擊等力學(xué)環(huán)境比較惡劣,為了適應(yīng)復(fù)雜惡劣的力學(xué)環(huán)境,我國(guó)直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置的設(shè)計(jì)相對(duì)國(guó)外(同等重量級(jí)的負(fù)載情況下)直升機(jī)載發(fā)射裝置較為笨重,新材料、新工藝在發(fā)射裝置設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中應(yīng)用不夠廣泛,不僅影響武裝直升機(jī)的機(jī)動(dòng)性能,而且嚴(yán)重降低了武器負(fù)載的掛在能力,削弱了武裝直升機(jī)平臺(tái)的戰(zhàn)斗力。美國(guó)的通用四聯(lián)裝發(fā)射裝置M299A1、兩聯(lián)裝發(fā)射裝置M310A1與國(guó)內(nèi)某型通用發(fā)射裝置的重量及承載能力對(duì)照表見(jiàn)表1。

表1 發(fā)射裝置重量及承載能力對(duì)照表

4 我國(guó)直升機(jī)載發(fā)射裝置的發(fā)展趨勢(shì)

隨著軍事技術(shù)的進(jìn)步,我國(guó)武裝直升機(jī)朝著更加高機(jī)動(dòng)性、敏捷性、隱身性的方向不斷發(fā)展,直升機(jī)載導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在多目標(biāo)打擊能力、全方位攻擊模式、微型化、智能化等方面也不斷提高,傳統(tǒng)的發(fā)射裝置已經(jīng)不能完全滿足武裝直升機(jī)及其導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的發(fā)展需求。為適應(yīng)載機(jī)平臺(tái)和武器系統(tǒng)快速發(fā)展的需要,我國(guó)直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下6個(gè)方面。

4.1 通用化發(fā)射裝置

基于我國(guó)現(xiàn)役武裝直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置通用化程度低的現(xiàn)狀,結(jié)合未來(lái)武裝直升機(jī)的作戰(zhàn)使用特點(diǎn)和需求,進(jìn)行發(fā)射裝置的通用化研究,提升載機(jī)平臺(tái)-發(fā)射裝置-導(dǎo)彈之間的互適性和通用性,是提高武裝直升機(jī)及其導(dǎo)彈武器系統(tǒng)綜合作戰(zhàn)效能的當(dāng)務(wù)之急[5]。通過(guò)建立呈現(xiàn)系列化的、通用化的彈-架接口、電氣接口標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范載機(jī)懸掛物管理系統(tǒng)和武器系統(tǒng)之間的通信協(xié)議,實(shí)現(xiàn)發(fā)射裝置“一架多彈”、“一架多機(jī)”的通用化配置體系也是直升機(jī)載發(fā)射裝置未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著直升機(jī)載導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的系列化發(fā)展,實(shí)現(xiàn)發(fā)射裝置的通用化,不僅能夠有效降低導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的研制經(jīng)費(fèi),縮短研制周期,還能最大程度減少部隊(duì)維護(hù)保障需求,改善部隊(duì)的綜合保障能力[6]。

通過(guò)深入研究,發(fā)展能夠適應(yīng)海軍、陸軍、空軍三軍通用且能夠適應(yīng)武裝直升機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)和無(wú)人機(jī)等不同載機(jī)平臺(tái)的發(fā)射裝置,不僅能夠最大程度的滿足載機(jī)平臺(tái)不同的作戰(zhàn)使用需求,對(duì)于提高武器系統(tǒng)使用的靈活性也有著重要意義。

4.2 內(nèi)埋式發(fā)射裝置

傳統(tǒng)的外掛型發(fā)射裝置飛行阻力大,對(duì)載機(jī)的機(jī)動(dòng)性能損失嚴(yán)重。隨著我國(guó)武裝直升機(jī)朝著高速、高機(jī)動(dòng)方向的發(fā)展,整機(jī)氣動(dòng)外形的減阻優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。發(fā)射裝置采用內(nèi)埋式方案是對(duì)武器系統(tǒng)進(jìn)行減阻設(shè)計(jì)、優(yōu)化整機(jī)氣動(dòng)外形的最理想選擇,它能最大限度減小武器系統(tǒng)給載機(jī)帶來(lái)的氣動(dòng)阻力。但是,內(nèi)埋發(fā)射裝置設(shè)計(jì)難度較大,需要考慮武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸空間不足和發(fā)射分離問(wèn)題,需要對(duì)武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行小型化設(shè)計(jì),研究解決武器發(fā)射分離時(shí)彈倉(cāng)內(nèi)及其周?chē)鷼饬鲗?duì)導(dǎo)彈發(fā)射的干擾問(wèn)題,才能實(shí)現(xiàn)直升機(jī)平臺(tái)與武器系統(tǒng)的最佳“融合”[7]。我國(guó)在直升機(jī)載內(nèi)埋式發(fā)射裝置方面的研究還處于起步階段,美國(guó)、俄羅斯和西歐許多國(guó)家技術(shù)相對(duì)成熟,最典型的應(yīng)用是美國(guó)的RAH-66科曼奇武裝直升機(jī),其機(jī)身兩側(cè)各有一個(gè)武器艙,可以安裝多種空地、空空導(dǎo)彈和火箭彈,其結(jié)構(gòu)布局如圖5、圖6所示。

圖5 RAH-66武器艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖6 武器艙打開(kāi)發(fā)射武器狀態(tài)

4.3 外掛保形發(fā)射裝置

減小武器系統(tǒng)對(duì)載機(jī)飛行阻力的另一種途徑是對(duì)發(fā)射裝置與載機(jī)進(jìn)行共形、保形設(shè)計(jì),即采用短翼與武器掛架結(jié)合的方式掛載武器,或者采用發(fā)射裝置外貼機(jī)身掛載,同時(shí)對(duì)武器掛架進(jìn)行減阻與保形性設(shè)計(jì)。外掛保形發(fā)射裝置采用特殊的型面設(shè)計(jì),不僅能夠減小外掛武器對(duì)飛機(jī)氣流干擾,還能有效減小飛機(jī)的雷達(dá)波反射面積,具有優(yōu)良的隱身特性。外掛保形發(fā)射裝置按保形程度可分為半保形懸掛和全保形懸掛兩種。采用外掛保形的設(shè)計(jì)方案對(duì)武器掛載數(shù)量有限制,但較為容易實(shí)現(xiàn)。國(guó)外第2、第3代戰(zhàn)機(jī)許多都采用了半埋式保形掛架,現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始在高速直升機(jī)上展開(kāi)應(yīng)用,西科斯基公司的S-97復(fù)合式高速直升機(jī)就是采用了外掛保形發(fā)射裝置設(shè)計(jì),如圖3所示。

4.4 智能化發(fā)射裝置

武裝直升機(jī)是奪取、控制超低制空權(quán)的重要武器,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的作用日益顯著,它不僅要求作戰(zhàn)飛機(jī)能夠尾追、迎頭、側(cè)向?qū)δ繕?biāo)發(fā)起攻擊,還要能在任意姿態(tài)下后向攻擊目標(biāo),具備全方位打擊能力。武裝直升機(jī)的傳統(tǒng)攻擊模式要求被攻擊的目標(biāo)必須處于本機(jī)前方,且在制導(dǎo)武器離軸包線以內(nèi),否則將無(wú)法構(gòu)成發(fā)射條件,對(duì)整個(gè)武器系統(tǒng)作戰(zhàn)使用造成了極大的制約。為了滿足武裝直升機(jī)在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中的作戰(zhàn)使用需求,研制一種在載機(jī)飛行的過(guò)程中能夠根據(jù)被跟蹤目標(biāo)和載機(jī)之間相對(duì)位置(俯仰、偏航)的變化不斷隨動(dòng)修正射向且具備全方位攻擊能力的智能發(fā)射裝置具有重要的意義。由于智能發(fā)射裝置具備隨動(dòng)功能,在直升機(jī)飛行的過(guò)程中能夠有效增加制導(dǎo)武器的視角,擴(kuò)大武器的跟蹤和攻擊范圍,并且可采用后向發(fā)射后向攻擊技術(shù)(相對(duì)于越肩發(fā)射后向攻擊技術(shù))直接摧毀后向目標(biāo),具備全方位攻擊能力,能夠極大提升武器系統(tǒng)作戰(zhàn)使用的靈活性,增強(qiáng)武裝直升機(jī)的戰(zhàn)斗力。

4.5 組合型發(fā)射裝置

在現(xiàn)代空戰(zhàn)中,武裝直升機(jī)執(zhí)行的任務(wù)類(lèi)別朝著多元化的方向發(fā)展,在瞬息萬(wàn)變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中,需要根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)類(lèi)別的變化快速更換配備的武器構(gòu)型。為了滿足武裝直升機(jī)在新時(shí)期新形勢(shì)下的作戰(zhàn)使用需求,執(zhí)行多種類(lèi)型的攻防任務(wù),對(duì)發(fā)射裝置的發(fā)展提出了通用化、模塊化、智能化的技術(shù)需求[8]。組合型發(fā)射裝置是指通過(guò)建立開(kāi)放式的系統(tǒng)構(gòu)型和軟件框架,制定通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的互連接口,對(duì)發(fā)射裝置各功能部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),提高懸掛物管理系統(tǒng)與武器之間的互換性和通用性。例如實(shí)現(xiàn)發(fā)射裝置四聯(lián)裝與兩聯(lián)裝的切換、彈射式發(fā)射裝置與軌式發(fā)射裝置的切換、導(dǎo)彈發(fā)射與火箭彈發(fā)射裝置的切換等。

組合式發(fā)射裝置具有很大的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)性和使用靈活性,在上世紀(jì)90年代,美空軍就提出了在先進(jìn)的彈射發(fā)射裝置基礎(chǔ)上增加導(dǎo)軌發(fā)射裝置的雙工作模式的組合設(shè)計(jì)方案,對(duì)于提高飛機(jī)綜合作戰(zhàn)效能有著重要的意義,也是我國(guó)直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

4.6 發(fā)射裝置輕量化

近年來(lái),直升機(jī)載導(dǎo)彈已經(jīng)從幾公斤到上百公斤呈現(xiàn)系列化發(fā)展,結(jié)合武裝直升機(jī)未來(lái)高機(jī)動(dòng)性、敏捷性的作戰(zhàn)使用需求,對(duì)發(fā)射裝置的發(fā)展提出了小型化、輕量化及大承載能力的技術(shù)需求。為此,一方面需要針對(duì)國(guó)內(nèi)外的新型材料、新型工藝,在直升機(jī)載發(fā)射裝置等組件的設(shè)計(jì)上開(kāi)展應(yīng)用研究,在保證剛、強(qiáng)度的前提下實(shí)現(xiàn)直升機(jī)武器系統(tǒng)的輕量化、小型化設(shè)計(jì);另一方面,開(kāi)展先進(jìn)、成熟的民用科技成果適時(shí)向軍用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移應(yīng)用研究,利用先進(jìn)的民用新型材料、新工藝技術(shù),進(jìn)行武器系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)技術(shù)研究。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中闡述了我國(guó)直升機(jī)載發(fā)射裝置的分類(lèi)、結(jié)構(gòu)形式,分析了國(guó)內(nèi)直升機(jī)載發(fā)射裝置存在的不足,以及與國(guó)外軍事發(fā)達(dá)國(guó)家存在的差距,在此基礎(chǔ)上,分析了我國(guó)直升機(jī)載發(fā)射裝置的發(fā)展趨勢(shì),以期逐步提高我國(guó)直升機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置未來(lái)在通用化、`集成化、智能化、模塊化、輕量化等方面的技術(shù)水平。