某型導彈二次加電情況研究

李朝華 王東振 程遠方 張緒榮 史俊偉

摘要：某引進型導彈在發(fā)射過程中，載機提供給導彈的“準備電”存在二次加電情況。本文從導彈發(fā)射流程以及武器控制系統(tǒng)控制導彈加電流程入手，對“二次加電”進行試驗驗證，并結(jié)合導彈對準原理等對“準備電”二次加電可能造成的影響進行了深入分析，提出了改進建議。

關(guān)鍵詞：導彈；二次加電；傳遞對準

Keywords：missile；secondary power up；transfer alignment

1 故障現(xiàn)象

從加裝遙測系統(tǒng)的某引進型導彈的遙測數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，該型導彈在發(fā)射過程中，載機提供給導彈的“準備電”存在二次加電情況，具體表現(xiàn)為：“距離允許”標志出現(xiàn)前，載機第一次供給導彈“準備電”，導彈在“準備電”存在期間進行上電自檢，產(chǎn)生“導彈準備好”信號，“準備電”持續(xù)一段時間后載機停止供給導彈“準備電”；發(fā)射扳機按下時載機在第二次供給導彈“準備電”的同時激活導彈熱電池，導彈上電自檢、產(chǎn)生“導彈準備好”信號，導彈熱電池激活后與載機聯(lián)合供電，導彈彈射離梁后轉(zhuǎn)由熱電池自主供電。

為進一步確認“準備電”二次加電情況，對導彈發(fā)射流程、武器控制系統(tǒng)控制導彈加電流程進行分析，對“準備電”二次加電進行了相關(guān)試驗，最后結(jié)合導彈對準原理等分析了“準備電”二次加電的影響，并提出改進建議。

2 裝備原理分析

2.1 導彈發(fā)射流程分析

該引進型導彈空中使用分為懸掛狀態(tài)、加溫狀態(tài)、準備狀態(tài)、發(fā)射狀態(tài)、自主飛行狀態(tài)，發(fā)射時序圖如圖1所示。

1）懸掛狀態(tài)

導彈吊掛載機后，導彈上的分離接座與航空彈射裝置上的接頭對接，載機通過觸點識別導彈懸掛標記、安全保險執(zhí)行機構(gòu)閉鎖狀態(tài)完好標記、導彈識別碼等掛彈指示信息。

2）加溫狀態(tài)

載機起飛前向?qū)椞峁凹訙仉姟保糜趯梼?nèi)部陀螺、速調(diào)管、恒溫晶振等部組件的加溫預熱。

3）準備狀態(tài)

進入導彈允許發(fā)射區(qū)前，載機向?qū)椞峁皽蕚潆姟?，用于導引頭、飛控的電子部件供電，導引頭、飛控等上電進行自檢，導彈自檢合格后形成“導彈準備好”信號向載機輸出。某系列飛機早期型號在接收“導彈準備好”信號時斷開提供給導彈的“準備電”，該系列飛機中期型號在向?qū)椞峁皽蕚潆姟币欢螘r間后斷開給導彈的“準備電”，導彈處于斷開“準備電”狀態(tài)，但載機平顯顯示導彈已準備好。

4）發(fā)射狀態(tài)

進入導彈攻擊的有效距離內(nèi)后載機平顯出現(xiàn)“允許發(fā)射”字符，飛行員根據(jù)空中情況按壓“發(fā)射”扳機，發(fā)射扳機按下后“發(fā)射”指令、“熱電池點火”指令、“熱電池點火電壓”“準備電”下達至導彈。

導彈導引頭及飛控上電自檢合格后向載機輸出“導彈準備好”信號；熱電池激活電壓正常后向載機輸出“導彈進入狀態(tài)”信號；熱電池激活后，舵機上電自檢、解鎖后向載機輸出“延時投放”信號；載機接收到導彈返回的上述相關(guān)信息后，引爆航空彈射裝置電爆管彈射導彈。

5）自主飛行狀態(tài)

導彈根據(jù)離機時載機提供的飛行任務(wù)及中制導段無線電修正信息飛向目標。

2.2 “準備電”加電流程分析

1）空中首次加電

某系列飛機早期型號雷達在發(fā)現(xiàn)目標后，火控計算機通過總線向武器控制系統(tǒng)功能交聯(lián)組件發(fā)送一個雙極性串行碼字（見圖2）。該字第23～28位為“某一掛點準備”指令，武器控制系統(tǒng)接收譯碼后加載至自動組件繼電器控制端，同時功能交聯(lián)組件按照延時時間形成“接通準備”指令加載至自動部件電路，自動部件電路據(jù)此形成“27V準備”指令至航空彈射裝置。航空彈射裝置電源部件根據(jù)“27V準備”指令將載機交流電轉(zhuǎn)換為導彈所需“準備電”，導彈上電自檢合格后產(chǎn)生“導彈準備好”信號，通過航空彈射裝置上傳至武器控制系統(tǒng)自動部件并轉(zhuǎn)換為“導彈準備好/頭部截獲”信號，通過自動部件內(nèi)部繼電器自保至導彈發(fā)射，作為允許發(fā)射的條件之一，并在載機座艙選擇和顯示控制臺中顯示該掛點導彈準備好的信息，自動組件在接收到“導彈準備好/頭部截獲”信號后，通過繼電器切斷“27V準備”指令。

上述過程可歸納為：在空中發(fā)現(xiàn)目標后，武器控制系統(tǒng)接收到火控系統(tǒng)通過雙極性串行碼傳來的“掛點準備”指令后，根據(jù)一定的延時時間形成“27V準備”指令，航空彈射裝置根據(jù)該指令向?qū)椆皽蕚潆姟?，導彈上電自檢合格后，通過航空彈射裝置向武器控制系統(tǒng)傳輸“導彈準備好/頭部截獲”信號，武器控制系統(tǒng)根據(jù)此指令切斷“準備”指令，航空彈射裝置停止向?qū)椆皽蕚潆姟?，同時武器控制系統(tǒng)記憶“導彈準備好”信號至導彈發(fā)射，作為允許發(fā)射的條件之一。

2）空中二次加電

在進入導彈允許發(fā)射區(qū)后，武器控制系統(tǒng)功能交聯(lián)組件通過總線向火力控制系統(tǒng)發(fā)送若干個包含“允許發(fā)射”的一個雙極性串行碼字（見圖3），平視顯示器上顯示“允許發(fā)射”符號，飛行員適時扣壓發(fā)射扳機，“發(fā)射”指令經(jīng)過航炮自動部件以及控制和轉(zhuǎn)換組件進行狀態(tài)選擇，經(jīng)過導彈自動部件進行消抖處理，根據(jù)掛點條件確定發(fā)射導彈的掛點，經(jīng)過導彈控制組件以及自動組件轉(zhuǎn)換為“27V準備”指令、“發(fā)射1”指令、“發(fā)射2”指令至航空彈射裝置。航空彈射裝置電源部件根據(jù)“27V準備”指令將載機三相交流電再次轉(zhuǎn)換為導彈所需“準備電”，同時“發(fā)射1”指令、“發(fā)射2”指令通過航空彈射裝置繼電器向?qū)棸l(fā)出“熱電池點火”指令及熱電池點火電壓，導彈根據(jù)工作時序執(zhí)行后續(xù)操作。當“導彈進入狀態(tài)”信號與“延時投放”信號產(chǎn)生后，航空彈射裝置生成“導彈進入狀態(tài)1”信號至武器控制系統(tǒng)，武器控制系統(tǒng)停止向航空彈射裝置提供三相交流電，導彈“準備電”停止供電。

上述過程可歸納為：在進入導彈允許發(fā)射區(qū)后，飛行員適時扣壓發(fā)射扳機，武器控制系統(tǒng)將“發(fā)射”指令轉(zhuǎn)換為“27V準備”指令、“發(fā)射1”指令、“發(fā)射2”指令至航空彈射裝置，航空彈射裝置向?qū)椆皽蕚潆姟迸c熱電池點火電壓，導彈根據(jù)工作時序執(zhí)行自檢與電池激活，當導彈進入狀態(tài)后，武器控制系統(tǒng)停止向?qū)椆皽蕚潆姟薄?/p>

3 “準備電”二次加電試驗驗證

選取2架某系列中期型號飛機裝掛航空彈射裝置，連接軍械檢測車，使用示波器監(jiān)控采集某引進型導彈加溫、準備、發(fā)射全過程的加“準備電”情況，采集波形如圖4、圖5所示。試驗情況表明該系列中期型號飛機發(fā)射導彈過程中存在二次加“準備電”情況，第一次加“準備電”時間持續(xù)幾秒鐘，第二次“準備電”在按壓發(fā)射扳機后產(chǎn)生。

4 “準備電”二次加電影響分析

4.1 對準影響

導彈對準分為粗對準以及精對準，定義如下。

“粗對準”：又稱數(shù)學分離、傳遞對準，是指在載機與導彈固連且載機慣導精度足夠的情況下，直接將導彈在載機系的參數(shù)利用飛行任務(wù)傳給導彈完成對準，建立導彈慣導和機載主慣導相一致的導航坐標系，明確導彈在導航坐標系中的位置、速度和姿態(tài)。但載機與固連的導彈在角位置上有顯著的彈性變形，在感受的速度方面存在因桿臂效應(yīng)造成的差異，在載機慣導測得信息與導彈得到該信息之間存在信息延遲誤差。因此，除了控制導彈在載機的安裝誤差外，必須對上述誤差進行補償，利用載機火控向?qū)梻鬟f經(jīng)補償計算的導彈相對于慣性系的初始四元數(shù)、位置、速度作為導航計算的初值，再利用彈上存儲的從彈上慣導測量的該時刻直至當前時刻的信息進行追溯導航計算，以完成初始對準。“粗對準”的完成是形成“導彈準備好”的必要條件之一。

“精對準”：在出現(xiàn)“導彈準備好”信號后，若“準備電”持續(xù)供電，則導彈自動進入“精對準”狀態(tài)，并允許隨時發(fā)射導彈。對于遠距攻擊，動基座傳遞粗對準的精度不能滿足導引頭截獲概率的要求，需要進一步提高對準精度。當載機與導彈固連在一起無初始角誤差時，載機慣導應(yīng)與導彈慣導測量并計算得到的速度相等，不相等的主要原因就是存在初始角誤差。用卡爾曼濾波方法估計該誤差，并對當時的導航參數(shù)進行修正，以此作為導航計算的新起點，這就是卡爾曼濾波精對準方法。導彈采用載機慣導與導彈慣導系統(tǒng)“速度+姿態(tài)”匹配方案實現(xiàn)快速傳遞對準，該卡爾曼濾波算法對機翼的振動有很好的魯棒性，可在幾秒內(nèi)完成“精對準”，且對準精度極高。

下面通過對比國產(chǎn)和某引進型導彈遙測及飛參數(shù)據(jù)進行說明。國產(chǎn)導彈發(fā)射前（扣壓扳機前），由載機提供導彈“準備電”，扣壓扳機后，導彈熱電池點火供電，導彈發(fā)射離梁。期間未出現(xiàn)“準備電”二次加電情況，如圖6所示。某引進型導彈發(fā)射前（扣壓扳機前），由載機提供導彈“準備電”并持續(xù)一段時間后載機切斷電，扣壓扳機后，載機再次提供導彈“準備電”，同時激活導彈熱電池點火供電，導彈發(fā)射離梁，如圖7所示。

某引進型導彈飛行控制組件技術(shù)說明書中明確導彈準備好時間分為有“對準”和無“對準”兩種狀態(tài)。按下發(fā)射扳機是個不可逆過程，可以在兩種狀態(tài)下按下發(fā)射扳機：在有“對準”準備后；在無“對準”準備后。

綜上所述，該引進型導彈設(shè)計上具有“精對準”功能，目前在對該型導彈飛控軟件程序代碼的破譯中已確認其存在“精對準”程序，而該型導彈發(fā)射時出現(xiàn)“準備電”二次加電，將使其無法實現(xiàn)“精對準”功能，會造成遠距攻擊命中率較低情況。根據(jù)該型導彈飛行控制組件技術(shù)說明書和目前的軟件破譯工作結(jié)果，確認該系列飛機應(yīng)該具有滿足導彈“精對準”發(fā)射的功能，載機提供的“準備電”不應(yīng)斷電且應(yīng)保持到導彈發(fā)射。

4.2 電網(wǎng)波動影響

發(fā)射瞬間“準備電”二次加電的發(fā)射模式可能出現(xiàn)電壓異常波動等情況，影響數(shù)據(jù)傳輸處理的完整性與正確性，對導彈產(chǎn)生不利影響。為評估“準備電”二次加電發(fā)射模式對引進導彈導引頭可能造成的影響，航空工業(yè)中南電磁兼容監(jiān)督檢測中心對該型導彈導引頭開展了與飛機平臺供電品質(zhì)相關(guān)的電磁兼容試驗，試驗結(jié)果是該型導彈導引頭未通過CS106測試。CS106測試的目的是考核受試設(shè)備承受電網(wǎng)尖峰電壓干擾的能力，這些尖峰由載機上感性負載的切換或電路開關(guān)或繼電器的工作（跳閘等）等帶來。由于某系列飛機在該引進型導彈發(fā)射瞬間需同時進行“準備電”二次加電以及熱電池點火，增加了波動產(chǎn)生尖峰電壓干擾的概率，可能影響到該型導彈上電自檢，造成自檢不合格或自檢時間過長，進而導致導彈不離架。

4.3 小結(jié)

1）某引進型導彈飛行控制組件技術(shù)說明書等技術(shù)資料已確認其具備“精對準”功能，目前國內(nèi)對導彈軟件的破譯工作已證實導彈存在“精對準”功能。導彈發(fā)射時出現(xiàn)“準備電”二次加電使導彈無法實現(xiàn)“精對準”功能，遠距攻擊命中率較低。

2）根據(jù)飛行控制組件技術(shù)說明書和目前國內(nèi)對軟件破譯工作的結(jié)果推測，某系列飛機應(yīng)該具有滿足導彈“精對準”發(fā)射的功能，載機提供的“準備電”不應(yīng)斷電且應(yīng)保持到導彈發(fā)射。

3）導彈發(fā)射時“準備電”二次加電增加了波動產(chǎn)生尖峰電壓干擾的概率，可能影響導彈上電自檢，造成自檢不合格或自檢時間過長，導致導彈不離架。

5 改進思路

1）對于某系列飛機早期型號，由于其設(shè)計年代較早，武器控制系統(tǒng)內(nèi)部無計算機，可通過修正武器控制系統(tǒng)內(nèi)部硬件電路和增加延時電路及判別比較電路，實現(xiàn)“準備電”長時加電功能。同時，“準備電”加電最長時間應(yīng)綜合考慮航空彈射裝置電源部件能力、載機平臺慣性導航系統(tǒng)精度累積誤差、導彈慣導散熱能力、對準算法等。

2）對于某系列飛機中期型號，應(yīng)修正武控計算機內(nèi)部導彈“準備電”加電時序，將“準備電”加電時間延長，用于導彈“精對準”。同時，“準備電”加電最長時間也應(yīng)綜合考慮航空彈射裝置電源部件能力、載機平臺慣性導航系統(tǒng)精度累積誤差、導彈慣導散熱能力、對準算法等。

3）導彈發(fā)射前實施“精對準”過程后，導彈中制導段慣性導航精度會有一定程度的提高，相應(yīng)導引頭截獲概率也會有所提高，因此應(yīng)在導彈動力射程允許范圍內(nèi)、在滿足彈目交會要求的導彈最低速度及最低可用過載等條件下，同步修正火控計算機導彈攻擊區(qū)解算，進一步釋放導彈潛能。

作者簡介

李朝華，工程師，主要從事彈藥總體技術(shù)研究。

程遠方，工程師，主要從事彈藥總體技術(shù)研究。

張緒榮，工程師，主要從事彈藥仿真研究。

史俊偉，工程師，主要從事靶試分析研究。