李佳欣，劉智芝，丁愛玲，榮秀娥

(1.長安大學(xué)，陜西 西安 710064；2.西北工業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043；3.西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽 712099)

彈炮結(jié)合自行防空武器關(guān)鍵技術(shù)研究

李佳欣1，劉智芝2，丁愛玲1，榮秀娥3

(1.長安大學(xué)，陜西 西安 710064；2.西北工業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043；3.西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽 712099)

針對彈炮結(jié)合自行防空武器多個型號項目的總體研制過程中，遇到彈炮結(jié)合的匹配性、適應(yīng)性、綜合性3個共性問題，在結(jié)合研制的實際情況以及大量的試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)歸納總結(jié)拓展的方法，對彈炮結(jié)合過程中彈炮火力空域和探測空域的匹配問題，彈炮設(shè)備結(jié)構(gòu)融合適應(yīng)問題，彈炮兩種火力的操作控制的綜合問題做了分析研究。總結(jié)出了彈炮火力及探測空域的匹配公式，彈炮結(jié)構(gòu)和操作控制融合適應(yīng)性、綜合性的措施，可對彈炮結(jié)合自行防空武器的研制提供很好的參考和幫助。

彈炮結(jié)合；融合；火炮發(fā)射裝置；導(dǎo)彈發(fā)射裝置

隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步發(fā)展，空襲兵器的威脅發(fā)生了巨大變化：多樣化，體系化，隱身化和高機(jī)動。面對不斷發(fā)展壯大的空襲威脅，地面防空武器已無法與空襲兵器開展全面對抗，無論是防空導(dǎo)彈還是自行高炮都存在一定的優(yōu)勢和局限性。在此情況下，彈炮結(jié)合自行防空武器應(yīng)運(yùn)而生。

彈炮結(jié)合自行防空武器是將防空導(dǎo)彈、小口徑速射高炮和火控系統(tǒng)集成到一個運(yùn)載底盤上的一種新型武器。一方面它既有防空導(dǎo)彈射程遠(yuǎn)、制導(dǎo)精度高和毀傷目標(biāo)效能好的優(yōu)點，又有自行高炮近程火力組網(wǎng)密集、反應(yīng)快、機(jī)動性好、工作可靠和經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點，彌補(bǔ)了導(dǎo)彈和高炮各自的不足，實現(xiàn)了單一導(dǎo)彈或單一高炮所不可能達(dá)到的作戰(zhàn)效能；另一方面導(dǎo)彈與火炮兩種火力集成在一個共用平臺上，共用部分占60%～90%，可節(jié)約裝備費(fèi)用，提高系統(tǒng)效費(fèi)比，而且作戰(zhàn)指揮與后勤保障也相對簡單[1]。由于上述巨大優(yōu)勢，彈炮結(jié)合自行防空武器已成為野戰(zhàn)和要地防空的重要武器裝備，也是各國陸軍多年來急需的武器裝備。

但在多種型號彈炮結(jié)合自行防空武器研制過程中，盡管總體方案有些許差異，高炮與加掛導(dǎo)彈種類不同，但在兩種武器系統(tǒng)融合的過程中，都存在導(dǎo)彈上炮的一些共性的關(guān)鍵技術(shù)難題，這主要有3個方面：一是導(dǎo)彈與高炮兩種武器有關(guān)技術(shù)指標(biāo)的匹配性問題；二是導(dǎo)彈發(fā)射裝置與火炮發(fā)射平臺結(jié)構(gòu)融合時的適應(yīng)性問題；三是導(dǎo)彈與火炮兩種火力控制的綜合性問題。筆者針對這3個方面進(jìn)行了全面仔細(xì)的分析研究，提出了解決這些問題的措施。

1 匹配性

在選擇導(dǎo)彈上炮的方案時，首先要進(jìn)行兩種武器系統(tǒng)總體有關(guān)指標(biāo)的匹配性分析計算，這些總體指標(biāo)除了使用性能指標(biāo)要匹配外，主要是計算兩種武器系統(tǒng)在火力防御空域和火控探測威力這兩項指標(biāo)上的匹配性，以便選擇互相適配的高炮與防空導(dǎo)彈。

1.1 火力防御空域的匹配性

兩種火力防御空域的有關(guān)指標(biāo)是彈炮結(jié)合首要考慮和反復(fù)分析計算的最重要的指標(biāo)之一，一般在選擇導(dǎo)彈時，要求兩種火力防御空域銜接處有一定的重疊區(qū)，而且突出強(qiáng)調(diào)導(dǎo)彈應(yīng)具有較遠(yuǎn)的有效殺傷斜距離，最小有效殺傷斜距離的要求可適當(dāng)降低[2]。這是因為：一是無論導(dǎo)彈還是火炮都需要射擊準(zhǔn)備時間，合理的防區(qū)重疊可避免實戰(zhàn)中出現(xiàn)火力空擋；二是導(dǎo)彈與火炮毀殲概率隨著斜距離發(fā)生變化，通過合理設(shè)置火力重疊區(qū)可充分發(fā)揮導(dǎo)彈與火炮的優(yōu)勢。一般高炮的最大有效斜距離應(yīng)遠(yuǎn)于導(dǎo)彈的最小有效殺傷斜距離1～2 km，高炮的最大有效高度應(yīng)高于導(dǎo)彈的最小有效殺傷斜距離1～2 km。在圖1所示的彈炮結(jié)合火力空域匹配圖中，配用最大有效殺傷斜距離5～6 km，最小有效殺傷斜距離0.5～1 km，最大有效殺傷高度在3 km左右的便攜式導(dǎo)彈，則大都選用20～25 mm口徑高炮(最大有效斜距離2～2.5 km，最大有效射高1.5～2.5 km)，這樣的彈炮結(jié)合火力空域比較匹配。

1.2 火控探測威力匹配性

探測威力匹配，一般是指火炮探測系統(tǒng)對空中目標(biāo)搜索、跟蹤的威力與防空導(dǎo)彈的火力威力的適配性。

1.2.1 搜索雷達(dá)作用范圍匹配性

雷達(dá)搜索范圍的匹配性包括兩個方面：搜索的作用距離和搜索的覆蓋高度。

若自行高炮搜索雷達(dá)的最大作用距離為Rs，則導(dǎo)彈與火炮雷達(dá)搜索距離范圍的匹配條件應(yīng)為

Rs≥Rmax+vT(tS+tX+tDF)

式中：Rmax為導(dǎo)彈最大有效殺傷斜距離；vT為需抗擊典型目標(biāo)的最大飛行速度；tS為從搜索雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)至導(dǎo)彈可以攻擊的系統(tǒng)反應(yīng)時間；tX為操作手允許反應(yīng)時間；tDF為導(dǎo)彈飛行到最大有效殺傷斜距時間[3]。

若搜索雷達(dá)覆蓋高度最大為Hm，最小為H0，則在覆蓋高度上的匹配條件為：雷達(dá)最大高度指標(biāo)Hm應(yīng)大于導(dǎo)彈的最大有效殺傷高度Hmax，雷達(dá)最小高度H0應(yīng)小于導(dǎo)彈的最小有效殺傷高度Hmin。在這種情況下，可認(rèn)為高炮搜索雷達(dá)的威力范圍能夠與防空導(dǎo)彈的火力威力相匹配，如表1選用Rmax為5 km左右的導(dǎo)彈，則雷達(dá)搜索距離應(yīng)選在15 km左右。

表1 導(dǎo)彈與雷達(dá)搜索距離Rs的選取情況

1.2.2 跟蹤距離匹配性

自行高炮對目標(biāo)的跟蹤主要有雷達(dá)和光電跟蹤兩種模式，若跟蹤系統(tǒng)最小跟蹤距離為RG，則導(dǎo)彈與火炮跟蹤范圍匹配條件為

RG≥Rmax+vT(t2+tLT+tDF)

式中：t2為火控平滑時間；tLT為從實施發(fā)射操作到導(dǎo)彈離筒時間；tDF為導(dǎo)彈飛行到最大有效殺傷斜距離時間。

在這種情況下，跟蹤雷達(dá)、電視和紅外熱像儀的跟蹤距離能夠與導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)相匹配,如表2選用Rmax為5 km左右的導(dǎo)彈，則跟蹤距離應(yīng)選在11 km左右[4]。

表2 導(dǎo)彈與最小跟蹤距離RG的選取情況

2 適應(yīng)性

適應(yīng)性主要是導(dǎo)彈發(fā)射設(shè)備與火炮發(fā)射平臺結(jié)構(gòu)融合的過程中，其結(jié)構(gòu)布置以及布置后火炮平臺剛強(qiáng)度、隨動的功率和精度、手輪力、機(jī)動性、平衡性、穩(wěn)定性能否適應(yīng)的問題，通過分析計算，對防空導(dǎo)彈上炮設(shè)備的總體及接口尺寸、體積、質(zhì)量和精度提出合理要求。

2.1 結(jié)構(gòu)布置

2.1.1 火力平臺的結(jié)構(gòu)布置

目前我國的小口徑自行高炮火力平臺的布置方式：一種是采用多管聯(lián)裝邊炮布置，拋殼、拋鏈拋向車體兩側(cè)；另一種采用中炮布置，拋殼在自動機(jī)下方，拋鏈從側(cè)面拋出。導(dǎo)彈發(fā)射裝置融入火炮發(fā)射裝置時，一種是將其直接加裝在火炮起落裝置上，布置在自動機(jī)外側(cè)或上方，隨起落裝置一起俯仰；另一種是獨立加裝，獨立運(yùn)動[5]。為了節(jié)省空間，便于運(yùn)動控制，一般主要采用第1種，對于第1種結(jié)構(gòu)融入要解決以下幾個問題：

1)導(dǎo)彈發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)融入后，其外廓尺寸應(yīng)適應(yīng)自行高炮的總體尺寸要求，符合鐵路和公路運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)的限制。

2)導(dǎo)彈發(fā)射裝置與火炮起落裝置融入后的位置關(guān)系要相互適應(yīng)兩種火力的實戰(zhàn)要求，確保其安全性：由于導(dǎo)彈要隨火炮跟蹤目標(biāo)，所以導(dǎo)彈裝置的位置布局應(yīng)確保起落裝置在火炮方位和高低射界不應(yīng)有干涉；由于火炮射擊時上部拋鏈、下部拋殼、中間續(xù)彈，所以導(dǎo)彈的位置，不能影響火炮射擊時自動機(jī)拋殼拋鏈和供續(xù)彈；由于導(dǎo)彈發(fā)射時，有火焰氣體和尾蓋板噴出，所以火炮發(fā)射平臺要有安全防護(hù)措施。

3)由于導(dǎo)彈射向要靠火炮發(fā)射平臺保證，所以對導(dǎo)彈發(fā)射架能否適應(yīng)火炮軸系平行精度的要求進(jìn)行分析，以確定導(dǎo)彈的視場是否適合彈炮結(jié)合。

2.1.2 火控跟蹤平臺的結(jié)構(gòu)布置

目前自行高炮火控多功能跟蹤頭的布置基本采用單平臺，布置在炮塔正前部或側(cè)部的最低處。導(dǎo)彈上炮后，要根據(jù)導(dǎo)彈制導(dǎo)方式的不同，將制導(dǎo)設(shè)備不同程度的融入火炮跟蹤平臺。在結(jié)構(gòu)融入的過程中要考慮以下問題：

1)跟蹤制導(dǎo)頭的外形尺寸要適應(yīng)炮塔為原跟蹤頭所預(yù)留的極限尺寸，高度的增加不能遮擋搜索雷達(dá)天線的正常工作。

2)要適應(yīng)跟蹤頭方位和高低的非周視運(yùn)動范圍，在運(yùn)動范圍內(nèi)不得有干涉。

3)新增制導(dǎo)設(shè)備的軸系應(yīng)適應(yīng)原跟蹤平臺各軸系的平行性指標(biāo)要求。

2.2 剛強(qiáng)度、功率、手輪力及機(jī)動性

2.2.1 平臺的剛強(qiáng)度

彈炮結(jié)合后除增加導(dǎo)彈和掛架的質(zhì)量外，還增加了光電制導(dǎo)和發(fā)控設(shè)備的質(zhì)量，這些質(zhì)量的增加使得：

1)火炮起落裝置的剛強(qiáng)度能否適應(yīng)導(dǎo)彈發(fā)射裝置的融入。

2)火炮跟蹤平臺的剛強(qiáng)度能否適應(yīng)制導(dǎo)設(shè)備融入。

3)炮塔的剛強(qiáng)度能否適應(yīng)彈炮結(jié)合所增加設(shè)備的質(zhì)量。

4)底盤承載能力能否適應(yīng)整個系統(tǒng)質(zhì)量的增加。

所以結(jié)構(gòu)融合后要進(jìn)行這4個方面的剛強(qiáng)度分析核算，以確定各平臺的剛強(qiáng)度能否適應(yīng)彈炮結(jié)合。

2.2.2 隨動傳動裝置的剛強(qiáng)度、功率、手輪力及機(jī)動性

隨著導(dǎo)彈設(shè)備融入火力、火控平臺，引起兩個平臺回轉(zhuǎn)和俯仰部分質(zhì)量、慣量增大，從而引起靜阻和慣性力矩、不平衡力矩增大，使兩套傳動裝置各主要零部件的負(fù)載增大。因此就要對加掛導(dǎo)彈前后的隨動傳動裝置的剛強(qiáng)度、電機(jī)功率、手輪力、瞄準(zhǔn)的速度和加速度進(jìn)行比較計算，分析能否進(jìn)行彈炮結(jié)合和滿足相應(yīng)戰(zhàn)技指標(biāo)要求。

2.2.3 平衡裝置的剛強(qiáng)度

彈炮結(jié)合后，由于俯仰部分質(zhì)量質(zhì)心發(fā)生了巨大變化，原平衡裝置有可能無法平衡重力矩變化，所以要對平衡裝置進(jìn)行核算，檢查平衡裝置在拉力、強(qiáng)度方面能否適應(yīng)。若不能，要對平衡裝置進(jìn)行改造或更換。

2.2.4 穩(wěn)定性

彈炮結(jié)合后，使整個武器系統(tǒng)的質(zhì)量質(zhì)心發(fā)生變化，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能否適應(yīng)變化，能否給火炮射擊的密集度、最大行駛速度、爬坡能力、最大行程帶來顯著影響也需進(jìn)行分析計算。

3 綜合性

在結(jié)構(gòu)融合的同時，還要對兩種火力的控制功能進(jìn)行綜合，這主要包括：制導(dǎo)與跟蹤、作戰(zhàn)方式與防區(qū)劃分、作戰(zhàn)流程、操控界面等。以便能充分合理發(fā)揮兩種火力各自的優(yōu)勢，取得最佳的綜合作戰(zhàn)效能。

3.1 制導(dǎo)與跟蹤

導(dǎo)彈的制導(dǎo)與火炮跟蹤功能的綜合主要取決防空導(dǎo)彈的制導(dǎo)體制，不同的制導(dǎo)體制決定了對火炮跟蹤平臺的綜合程度。

1)若選用被動尋的導(dǎo)彈，它主要依靠空襲兵器自身輻射的能量尋找目標(biāo)。作戰(zhàn)時首先使防空導(dǎo)彈指向目標(biāo)，只要防空導(dǎo)彈鎖定目標(biāo)后發(fā)射，即不再受發(fā)射平臺的控制，可以“打了不管”。所以選擇被動尋的導(dǎo)彈可直接使用原火炮跟蹤系統(tǒng)。

2)若選用半主動尋的制導(dǎo)導(dǎo)彈，作戰(zhàn)時火炮平臺要有一個照射器連續(xù)照射飛行目標(biāo)，導(dǎo)彈在飛行過程中不斷接收照射到目標(biāo)后反射的回波，其飛行原理與被尋的導(dǎo)彈不斷接收目標(biāo)自身能量基本相同。所以可直接讓火炮平臺的跟蹤雷達(dá)、紅外跟蹤儀和激光測距機(jī)兼任。但對照射器和尋的接收設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一編碼。較之采用被動尋的導(dǎo)彈跟蹤系統(tǒng)要略作改動。

3)若采用無線指令制導(dǎo)，作戰(zhàn)時發(fā)射平臺跟蹤器除了跟蹤目標(biāo)，還要確定導(dǎo)彈的位置，算出導(dǎo)彈與目標(biāo)的偏差，通過指令發(fā)射機(jī)發(fā)送到導(dǎo)彈接收機(jī)上；彈上陀螺測出導(dǎo)彈姿態(tài)，計算機(jī)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，駕駛儀控制舵機(jī)按正確導(dǎo)引飛行。由于導(dǎo)彈必須在雷達(dá)波束內(nèi)飛行，所以就要采用較大視場的初始導(dǎo)入設(shè)備，這樣就要將炮上的跟蹤雷達(dá)改為跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)，增加相應(yīng)的指令發(fā)射機(jī)。所以指令導(dǎo)彈對火炮的跟蹤系統(tǒng)改造比較復(fù)雜。

3.2 作戰(zhàn)方式與防區(qū)劃分

導(dǎo)彈上炮后，系統(tǒng)要進(jìn)行兩種火力作戰(zhàn)，作戰(zhàn)方式一般采取“導(dǎo)彈”、“彈炮”和“火炮”3種方式。根據(jù)戰(zhàn)場需要，可以在這3種方式中選擇一種進(jìn)行作戰(zhàn)。需要進(jìn)一步分析的是，在“彈炮”方式下如何合理劃分防區(qū)。導(dǎo)彈與火炮的作戰(zhàn)范圍存在重迭區(qū)，因此需要具體研究防區(qū)劃分的界面。由于實戰(zhàn)情況復(fù)雜，因此防區(qū)劃分界面的設(shè)置在一定程度上是粗略的，沒有必要過分精細(xì)，主要追求綜合作戰(zhàn)效能。由于距離遠(yuǎn)只用導(dǎo)彈攻擊，所以防區(qū)劃分的界面主要分析目標(biāo)臨近時目標(biāo)高度界面和目標(biāo)距離界面[6]。

3.2.1 目標(biāo)高度界面的劃分

用H表示迎攻狀態(tài)下的目標(biāo)高度，H0是防區(qū)界面控制高度，目標(biāo)高度大于等于H0時，火控計算機(jī)控制只使用導(dǎo)彈攻擊，不使用火炮射擊。H0選擇考慮：

1)H0應(yīng)大于導(dǎo)彈的最小有效殺傷斜距離，否則會擴(kuò)大導(dǎo)彈防區(qū)內(nèi)的作戰(zhàn)死區(qū)。

2)火炮最大有效射角約為80°，高度H0愈大，火炮射擊死區(qū)就愈大，所以H0不宜過大。

綜上所述，H0的選取一般比火炮的最大有效高度小一些，比導(dǎo)彈的最小有效斜距離大一些。

3.2.2 目標(biāo)距離界面的劃分

用D表示迎攻時目標(biāo)的距離，D0是防區(qū)界面控制距離，D0的選擇要考慮：

1)目標(biāo)距離愈遠(yuǎn)，火炮射擊毀傷概率愈小，因此火炮防區(qū)距離D0不宜選擇過大。

2)目標(biāo)距離愈近，火炮射擊毀傷概率愈大，因此導(dǎo)彈防區(qū)距離D0不宜選擇過小。

3)在“導(dǎo)彈防區(qū)”和“火炮防區(qū)”應(yīng)都能比較多的實施攻擊。

按上述思路，彈炮距離重迭區(qū)其遠(yuǎn)界距離D0max一般小于等于火炮最大有效斜距離，近界距離D0min比導(dǎo)彈最小殺傷距離大一些。

通過上述防區(qū)劃分的分析可以看出：

1)高度H大于H0時為導(dǎo)彈防區(qū)。

2)高度H小于等于H0時，可用導(dǎo)彈和火炮攻擊，分3種情況：目標(biāo)距離D大于等于遠(yuǎn)界距離D0max時用導(dǎo)彈攻擊；目標(biāo)距離D小于遠(yuǎn)界距離D0max、大于近界距離D0min時可用導(dǎo)彈或火炮攻擊；目標(biāo)距離D小于近界距離D0min時只用火炮攻擊。

3.3 作戰(zhàn)流程

火控計算機(jī)是火控系統(tǒng)的控制、管理中心，是各種信息的匯集和數(shù)據(jù)處理中心，是目標(biāo)跟蹤和武器控制的核心。彈炮結(jié)合后它要對導(dǎo)彈和火炮兩種火力進(jìn)行控制，所以要根據(jù)新的作戰(zhàn)方式和彈炮結(jié)合防區(qū)的合理劃分，以及導(dǎo)彈在位情況和高炮的準(zhǔn)備情況等，精確計算和安排發(fā)射導(dǎo)彈和火炮所需要的各段反應(yīng)時間和時序，仔細(xì)設(shè)計作戰(zhàn)控制流程，編寫火力控制軟件。

3.4 操控界面

彈炮結(jié)合后，要把涉及到導(dǎo)彈發(fā)射與控制部分的供電、設(shè)備自檢、系統(tǒng)自檢、信息顯示、導(dǎo)彈選擇、發(fā)射條件判定、發(fā)射安全性控制、發(fā)射諸元賦值、導(dǎo)彈發(fā)射等操作綜合到自行高炮的操控界面。界面的布置與改造：一方面應(yīng)符合人機(jī)工程學(xué)，操作舒適；另一方面利用原有的操控界面尺寸，進(jìn)行彈炮結(jié)合一體化設(shè)計。

4 結(jié)束語

通過以上分析可以看出，在防空導(dǎo)彈與自行高炮兩種武器系統(tǒng)集成的過程中，對其匹配性、適應(yīng)性以及綜合性這些關(guān)鍵問題應(yīng)進(jìn)行分析計算，以便對導(dǎo)彈發(fā)射裝置上炮后的搜索、跟蹤、結(jié)構(gòu)與控制提出合理恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)要求，使彈炮結(jié)合易于實現(xiàn)，操作和控制相對簡單可靠，避免給研制工作帶來嚴(yán)重困難和固有缺陷。除上述3個方面的關(guān)鍵技術(shù)外，還有一些值得重視的問題，如系統(tǒng)供配電、彈炮安全聯(lián)鎖、隨動調(diào)轉(zhuǎn)時間等也要引起足夠的重視。

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The Key Technology Research of Anti-aircraft Gun Missile Weapon

LI Jiaxin1，LIU Zhizhi2，DING Ailing2，RONG Xiu’e3

(1.Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China；2.China North Industries Group Corporation, Xi’an 710043 , Shaanxi, China；3.Northwest Institute of Mechanical & Electrical Engineering, Xianyang 712099, Shaanxi, China)

Aiming at the common issues such as the compatibility,adaptability and comprehensibility in the course of the overall development of several models of air defense self-propelled anti-aircraft gun missile weapons, and in combination with the actual situation of development and a large number of test data, the method of systemic induction and extended generalizations are adopted. An adequate analysis and study was made of the matching issue concerning the integrated missile firepower airspace and airspace detecting and the adapting issue concerning the missile equipment structure fusion as well as the operation and control of the two kinds of missile firepower. A conclusion is drawn of the mat-ching formula of the missile firepower and airspace detecting as well as the operation and control mea-sures for the fusion adaptability of missile structure. The analysis and research summary provide a good reference and help for the development of the air defense self-propelled anti-aircraft gun missile weapons.

anti-aircraft gun missile; fusion；artillery firing device；guided missile launcher

2016-03-16

李佳欣(1991—)，女，碩士研究生，主要從事圖像處理技術(shù)研究。E-mail：357489291@qq.com

10.19323/j.issn.1673- 6524.2017.02.018

TJ35

A

1673-6524(2017)02-0084-05