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

直升機載導彈發(fā)射裝置是用于懸掛、發(fā)射或投放機載導彈的機電一體化產(chǎn)品,其特征是在導彈發(fā)射時賦予導彈一定的初速度和初始射向,是直升機載導彈武器系統(tǒng)的重要組成部分[1]。直升機載導彈發(fā)射裝置的研制和發(fā)展與武裝直升機及其導彈武器系統(tǒng)的發(fā)展密切相關(guān)。近年來,我國武裝直升機的綜合性能不斷提高,其導彈武器系統(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)新時期武裝直升機及其導彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用需求,直升機載導彈發(fā)射裝置的研制和開發(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、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢等方面對我國直升機載導彈發(fā)射裝置進行詳細論述。

1 直升機載導彈發(fā)射裝置的組成

直升機載導彈發(fā)射裝置是機電一體化產(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)射控制單元和導彈掛載的基體,一般包括架體、發(fā)射導軌、電氣插拔機構(gòu)和鎖制器等部分。發(fā)射控制單元是實現(xiàn)載機火控系統(tǒng)與導彈之間信息和命令交互的中樞單元,具有導彈自檢、發(fā)射允許條件判斷、完成導彈發(fā)射等功能,一般由箱體、連接電纜和控制電路組成。

2 直升機載導彈發(fā)射裝置的分類

隨著武裝直升機及其導彈武器系統(tǒng)的不斷發(fā)展,發(fā)射裝置的種類也日趨增多。根據(jù)發(fā)射裝置的掛載能力和掛載導彈種類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)合國內(nèi)已裝備部隊的情況,按導彈發(fā)射方式的不同,直升機載導彈發(fā)射裝置可分為軌式導彈發(fā)射裝置和筒裝導彈發(fā)射裝置。

2.1 軌式導彈發(fā)射裝置

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

2.2 筒裝導彈發(fā)射裝置

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

3 我國直升機載發(fā)射裝置的研究現(xiàn)狀

與美國、歐洲以及俄羅斯等軍事強國相比,我國的直升機載導彈發(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)在以下幾個方面。

3.1 通用化程度低

我國直升機載導彈發(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)計的相關(guān)標準、通信協(xié)議規(guī)范建立不夠完善,大部分發(fā)射裝置都是針對某型導彈專門研制,不具有向前或向后的兼容性,各型直升機、直升機載導彈及相應(yīng)的發(fā)射裝置通常有各自特有的機械、電氣接口,基本上形成了“一架一機”、“一架一彈”的格局,導致各型導彈混掛兼容難度較大,因此,發(fā)射裝置的型號隨著空地導彈的研制不斷增加,不僅極大阻礙了載機作戰(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,加大了部隊維護和后勤保障負擔。相對而言,美國等軍事強國發(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載通用發(fā)射裝置,其能夠兼容發(fā)射“海爾法”系列多型導彈,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)射裝置類型單一

目前,我國的直升機載導彈發(fā)射裝置大多數(shù)為外掛、導軌式布局,結(jié)構(gòu)形式簡單、類型單一,多用于常規(guī)速度載機平臺的導彈發(fā)射。經(jīng)過多年的發(fā)展,武裝直升機在超高速巡航、超機動作戰(zhàn)以及隱身性等方面取得了重大進步,直升機載導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及其導彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用需求,特別是在直升機超高速、超機動作戰(zhàn)使用時導彈發(fā)射動力學方面的問題不斷凸顯出來。近年來,美國一些軍事大國已經(jīng)把直升機載外掛保形發(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,并取得了成熟的應(yīng)用,如美國S-97直升機保形發(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

由于武裝直升機平臺的振動、沖擊等力學環(huán)境比較惡劣,為了適應(yīng)復雜惡劣的力學環(huán)境,我國直升機載導彈發(fā)射裝置的設(shè)計相對國外(同等重量級的負載情況下)直升機載發(fā)射裝置較為笨重,新材料、新工藝在發(fā)射裝置設(shè)計與制造過程中應(yīng)用不夠廣泛,不僅影響武裝直升機的機動性能,而且嚴重降低了武器負載的掛在能力,削弱了武裝直升機平臺的戰(zhàn)斗力。美國的通用四聯(lián)裝發(fā)射裝置M299A1、兩聯(lián)裝發(fā)射裝置M310A1與國內(nèi)某型通用發(fā)射裝置的重量及承載能力對照表見表1。

表1 發(fā)射裝置重量及承載能力對照表

4 我國直升機載發(fā)射裝置的發(fā)展趨勢

隨著軍事技術(shù)的進步,我國武裝直升機朝著更加高機動性、敏捷性、隱身性的方向不斷發(fā)展,直升機載導彈武器系統(tǒng)在多目標打擊能力、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及其導彈武器系統(tǒng)的發(fā)展需求。為適應(yīng)載機平臺和武器系統(tǒng)快速發(fā)展的需要,我國直升機載導彈發(fā)射裝置的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下6個方面。

4.1 通用化發(fā)射裝置

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

通過深入研究,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、戰(zhàn)斗機和無人機等不同載機平臺的發(fā)射裝置,不僅能夠最大程度的滿足載機平臺不同的作戰(zhàn)使用需求,對于提高武器系統(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,對載機的機動性能損失嚴重。隨著我國武裝直升機朝著高速、高機動方向的發(fā)展,整機氣動外形的減阻優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要。發(fā)射裝置采用內(nèi)埋式方案是對武器系統(tǒng)進行減阻設(shè)計、優(yōu)化整機氣動外形的最理想選擇,它能最大限度減小武器系統(tǒng)給載機帶來的氣動阻力。但是,內(nèi)埋發(fā)射裝置設(shè)計難度較大,需要考慮武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸空間不足和發(fā)射分離問題,需要對武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局進行小型化設(shè)計,研究解決武器發(fā)射分離時彈倉內(nèi)及其周圍氣流對導彈發(fā)射的干擾問題,才能實現(xiàn)直升機平臺與武器系統(tǒng)的最佳“融合”[7]。我國在直升機載內(nèi)埋式發(fā)射裝置方面的研究還處于起步階段,美國、俄羅斯和西歐許多國家技術(shù)相對成熟,最典型的應(yīng)用是美國的RAH-66科曼奇武裝直升機,其機身兩側(cè)各有一個武器艙,可以安裝多種空地、空空導彈和火箭彈,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)對載機飛行阻力的另一種途徑是對發(fā)射裝置與載機進行共形、保形設(shè)計,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)射裝置外貼機身掛載,同時對武器掛架進行減阻與保形性設(shè)計。外掛保形發(fā)射裝置采用特殊的型面設(shè)計,不僅能夠減小外掛武器對飛機氣流干擾,還能有效減小飛機的雷達波反射面積,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)計方案對武器掛載數(shù)量有限制,但較為容易實現(xiàn)。國外第2、第3代戰(zhàn)機許多都采用了半埋式保形掛架,現(xiàn)在已經(jīng)開始在高速直升機上展開應(yīng)用,西科斯基公司的S-97復合式高速直升機就是采用了外掛保形發(fā)射裝置設(shè)計,如圖3所示。

4.4 智能化發(fā)射裝置

武裝直升機是奪取、控制超低制空權(quán)的重要武器,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的作用日益顯著,它不僅要求作戰(zhàn)飛機能夠尾追、迎頭、側(cè)向?qū)δ繕税l(fā)起攻擊,還要能在任意姿態(tài)下后向攻擊目標,具備全方位打擊能力。武裝直升機的傳統(tǒng)攻擊模式要求被攻擊的目標必須處于本機前方,且在制導武器離軸包線以內(nèi),否則將無法構(gòu)成發(fā)射條件,對整個武器系統(tǒng)作戰(zhàn)使用造成了極大的制約。為了滿足武裝直升機在未來戰(zhàn)爭中的作戰(zhàn)使用需求,研制一種在載機飛行的過程中能夠根據(jù)被跟蹤目標和載機之間相對位置(俯仰、偏航)的變化不斷隨動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)射裝置具備隨動功能,在直升機飛行的過程中能夠有效增加制導武器的視角,擴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)(相對于越肩發(fā)射后向攻擊技術(shù))直接摧毀后向目標,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,增強武裝直升機的戰(zhàn)斗力。

4.5 組合型發(fā)射裝置

在現(xiàn)代空戰(zhàn)中,武裝直升機執(zhí)行的任務(wù)類別朝著多元化的方向發(fā)展,在瞬息萬變的戰(zhàn)場環(huán)境中,需要根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)類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在新時期新形勢下的作戰(zhàn)使用需求,執(zhí)行多種類型的攻防任務(wù),對發(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)射裝置是指通過建立開放式的系統(tǒng)構(gòu)型和軟件框架,制定通用化、標準化的互連接口,對發(fā)射裝置各功能部分進行模塊化設(shè)計,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)機動性和使用靈活性,在上世紀90年代,美空軍就提出了在先進的彈射發(fā)射裝置基礎(chǔ)上增加導軌發(fā)射裝置的雙工作模式的組合設(shè)計方案,對于提高飛機綜合作戰(zhàn)效能有著重要的意義,也是我國直升機載導彈發(fā)射裝置未來發(fā)展的必然趨勢。

4.6 發(fā)射裝置輕量化

近年來,直升機載導彈已經(jīng)從幾公斤到上百公斤呈現(xiàn)系列化發(fā)展,結(jié)合武裝直升機未來高機動性、敏捷性的作戰(zhàn)使用需求,對發(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,一方面需要針對國內(nèi)外的新型材料、新型工藝,在直升機載發(fā)射裝置等組件的設(shè)計上開展應(yīng)用研究,在保證剛、強度的前提下實現(xiàn)直升機武器系統(tǒng)的輕量化、小型化設(shè)計;另一方面,開展先進、成熟的民用科技成果適時向軍用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移應(yīng)用研究,利用先進的民用新型材料、新工藝技術(shù),進行武器系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性改進技術(shù)研究。

5 結(jié)束語

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