張春曉，劉仕偉

(中國空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽 471009)

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

隨著導(dǎo)彈的不斷發(fā)展，特別是自動駕駛儀技術(shù)的應(yīng)用和導(dǎo)引頭等部件電路的復(fù)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(dǎo)彈的電源系統(tǒng)設(shè)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?qū)椄饔秒姴考峁┮淮坞娫?，各用電部件根?jù)自身需要進行二次電源變換。目前在導(dǎo)彈上多采用分布式供電。

本文對導(dǎo)彈電源系統(tǒng)的設(shè)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(shè)計”的新思路，可以提高電源系統(tǒng)設(shè)計的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計水平。

1 導(dǎo)彈電源系統(tǒng)的組成

導(dǎo)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(gòu)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(zhuǎn)換電路等組成。

熱電池比渦輪發(fā)電機具有質(zhì)量輕、體積小、供電品質(zhì)高、免維護、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、力學(xué)性能好等顯著優(yōu)點。近年來由于熱電池技術(shù)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(dǎo)彈一次電源的主流模式，新型導(dǎo)彈大都采用熱電池，如美國的AIM-120、俄羅斯的P-73等[1]。

導(dǎo)彈電源系統(tǒng)的組成框圖見圖1。

2 導(dǎo)彈電源系統(tǒng)的特點和設(shè)計

2.1 導(dǎo)彈電源系統(tǒng)的特點

導(dǎo)彈具有體積質(zhì)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(yīng)，具有以下主要特點：(1)起動快，以縮短導(dǎo)彈發(fā)射的準(zhǔn)備時間；(2)瞬時輸出功率能力大；(3)適應(yīng)嚴(yán)酷的力學(xué)和溫度環(huán)境條件；(4)耐存貯、高可靠；(5)體積小、質(zhì)量輕。

2.2 導(dǎo)彈電源系統(tǒng)的設(shè)計

2.2.1 電源系統(tǒng)總體設(shè)計

以電源系統(tǒng)研制任務(wù)書為依據(jù)，開展電源系統(tǒng)的總體設(shè)計，主要包括以下幾個方面：(1)系統(tǒng)性能設(shè)計；(2)結(jié)構(gòu)布局設(shè)計；(3)接口設(shè)計；(4)下級分系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)分配；(5)試驗設(shè)計。

2.2.2 熱電池設(shè)計

熱電池的技術(shù)指標(biāo)是一個綜合指標(biāo)，因此其指標(biāo)的確定需要綜合考慮，確定一個最佳的綜合指標(biāo)，既要滿足導(dǎo)彈總體指標(biāo)的要求，同時也要充分考慮熱電池的技術(shù)水平，保證熱電池的可靠性和安全性。熱電池的設(shè)計主要是電池主要性能指標(biāo)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(zhì)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(zhì)量一致性檢驗要求。

2.2.3 二次電源設(shè)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(dǎo)彈系統(tǒng)上廣泛應(yīng)用的主要是直流-直流變換器。

二次電源的設(shè)計需要綜合考慮，合理選型，達到最佳的設(shè)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(shè)計；(3)電源精度設(shè)計；(4)濾波電路設(shè)計；(5)功耗和散熱設(shè)計；(6)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計。

2.2.4 直流-直流變換器的選型設(shè)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(dǎo)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(dǎo)彈對體積和質(zhì)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(nèi)阻要求小的脈沖特性負(fù)載的應(yīng)用場合。因此，在導(dǎo)彈直流電源設(shè)計中，彈載計算機、數(shù)字電路和一些功率電路應(yīng)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(dǎo)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(zhǔn)電路等對電源波紋噪聲敏感的應(yīng)用場合一般不宜采用DC/DC電源，而應(yīng)采用線性電源[2-3]。

2.2.5 電源控制電路設(shè)計

電源控制電路主要包括電源檢測電路、點火電路，是導(dǎo)彈可靠性和安全性的保障之一。電源控制電路的設(shè)計應(yīng)采用成熟設(shè)計，保證電路的可靠性和安全性。電源控制電路的設(shè)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(shè)計；(3)可靠性設(shè)計；(4)安全性設(shè)計；(5)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計；(6)試驗設(shè)計。

3 導(dǎo)彈電源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

為適應(yīng)未來導(dǎo)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(shè)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(shè)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(yán)重、電源長距離傳輸?shù)截?fù)載端引起供電品質(zhì)下降等問題。而分布式供電具有靈活、散熱容易、供電品質(zhì)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(shè)計”的新思路，把全彈的電源系統(tǒng)進行統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計，把上述二種供電模式的優(yōu)點結(jié)合起來，既做到壓縮電源種類、規(guī)范和簡化電源設(shè)計，又保證了散熱和電源品質(zhì)的要求，使電源系統(tǒng)的設(shè)計更加通用化、標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(zhì)量；(2)快速的起動反應(yīng)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(dǎo)彈的安全性有至關(guān)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(fù)雜性，降低可靠性。所以，在未來的導(dǎo)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(shè)計水平、認(rèn)識水平、試驗考核的不斷提高和完善，導(dǎo)彈電源系統(tǒng)的可靠性水平大幅提高。

4 結(jié)論

導(dǎo)彈電源系統(tǒng)是導(dǎo)彈的重要組成部分，是導(dǎo)彈正常工作的保證，是導(dǎo)彈技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)的必要條件。隨著導(dǎo)彈技術(shù)的不斷發(fā)展和需求的不斷提高，導(dǎo)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(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

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

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