探究防空導(dǎo)彈控制方法

宋 崇 ， 李文鵬

1.91851部隊，遼寧 葫蘆島 125000

2.92419部隊，遼寧 葫蘆島 125106

防空導(dǎo)彈系統(tǒng)必須提高精度、增大射程和速度，因為如今的空襲目標有著向小體積、高速度、強機動能力的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的防空導(dǎo)彈系統(tǒng)都是基于空氣動力控制而其速度有限、非最小相位常常用造成延遲等的缺點，最終會造成脫靶量增加。必須采用非常規(guī)方法來解決這一問題，而目前大多數(shù)都是采用直接側(cè)向力控制技術(shù)解決這一個問題。

1 推力矢量控制

通過控制主推力相對彈軸的偏移產(chǎn)生改變導(dǎo)彈方向所需力矩的控制技術(shù)就為推力矢量控制技術(shù)。而這種方法顯然在低速、高空狀態(tài)下仍可產(chǎn)生很大的控制力矩。在現(xiàn)代防空導(dǎo)彈設(shè)計中都是廣泛使用具有空氣動力控制不具備的優(yōu)良特性的推力矢量控制技術(shù)，其優(yōu)點可表現(xiàn)如下：

1）像型號為俄羅斯的C-300，就是由于目標橫越速度可能很高，而初始彈道需要快速修正的地空導(dǎo)彈；

2）垂直發(fā)射后緊接著就快速轉(zhuǎn)彎，是一種無需精密發(fā)射裝置的導(dǎo)彈。之所以不能用一般的空氣舵進行操縱，是因為垂直發(fā)射的導(dǎo)彈必須在低速下以最短的時間進行方位對準，并在射面里進行轉(zhuǎn)彎控制，造成了導(dǎo)彈速度低，操縱效率也低。所以使用推力矢量舵才能

達到快速對準和轉(zhuǎn)彎控制的目的。如美國的“標準3”，為改善射界、提高快速反應(yīng)能力都采用了該項技術(shù)。

推力矢量控制的實現(xiàn)方法有3種：1）擺動噴管；2）流體二次噴射；3）噴流偏轉(zhuǎn)。

而推力矢量控制系統(tǒng)的性能有以下4個方面：1）噴流偏轉(zhuǎn)角度；2）側(cè)向力系數(shù)；3）軸向推力損失；4）驅(qū)動力。

2 直接側(cè)向力控制

流發(fā)動機的安裝在導(dǎo)彈質(zhì)心或者質(zhì)心之前，當噴流發(fā)動機工作時就會產(chǎn)生直接力，使得導(dǎo)彈軌跡或者姿態(tài)被直接改變，這就是所謂的直接側(cè)向力控制。而這種非常規(guī)控制方法相比傳統(tǒng)的氣動力控制，其優(yōu)點為它與導(dǎo)彈的飛行環(huán)境沒有任何關(guān)系，其也不會受導(dǎo)彈的飛行速度以及周圍的大氣條件的影響，該優(yōu)勢就使得導(dǎo)彈在初始飛行段和高空飛行段的飛行性能大大增強了，還使得氣動力控制導(dǎo)彈的缺點得以彌補。直接側(cè)向力控制與氣動力控制相結(jié)合，使其導(dǎo)彈的綜合性能大幅度提高，由于其結(jié)合后具有很大的獨特優(yōu)勢，因此世界各國大量研究對直接側(cè)向力控制技術(shù)，甚至在某些發(fā)達國家已經(jīng)被大量應(yīng)用。

2.1 軌控直接力方式

軌控直接力方式是在攔截彈的質(zhì)心處進行燃氣動力執(zhí)行機構(gòu)的安裝，其橫向機動能力直接由側(cè)向力所提供。在導(dǎo)彈質(zhì)心附近進行側(cè)向推力系統(tǒng)的安裝，其小型火箭發(fā)動機既可固體也可為液體。若為末段處的側(cè)向力軌控發(fā)動機，在與目標相遇前1秒左右通常側(cè)噴發(fā)動機會被點燃，這樣不僅盡可能的減少了脫靶量，同時與直接碰撞水平也是較為接近的。

軌控發(fā)動機為得到有效利用，并為滿足不同控制幅度要求，通常發(fā)電機通常采用以下3種脈沖推力方式：

1）連續(xù)脈沖

在末制導(dǎo)初始階段，連續(xù)脈沖工作為發(fā)動機的方式，其要求控制幅度大，也就是說發(fā)動機在經(jīng)過若干個采樣周期的連續(xù)脈沖工作后，直到導(dǎo)引律的輸出小于攔截彈的最大過載為止。如圖1所示，發(fā)動機采用n個梯形脈沖在某一采樣周期期間進行連續(xù)工作。由沖量等效原則可得出，在該方式土作用下的最大等效控制力為：FT=（FmaxT+Fmaxto）n（1）式

其中的J表示發(fā)動機推力的上升時間和下降時間，to表示穩(wěn)態(tài)工作時間，F(xiàn)max表示最大推力，T表示采樣周期。

圖1 連續(xù)脈沖工作方式

2）間隔脈沖

由于不斷被減少的控制幅度，入間隔脈沖工作方式會漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)動機的運行形式，如圖2所示，在時間長度為T的采樣周期期間里，為獲得與控制量F相同或相近的控制效果，可通過控制發(fā)動機的梯形脈沖工作次數(shù)來實現(xiàn)。而此最大等效控制力與（1）式相同。

圖2 間隔脈沖工作方式

3）單脈沖

彈道的糾偏會逐漸變?yōu)檩^小量是因為進一步減小了所需的控制幅度，單脈沖工作方式為此時發(fā)動機的主要運行方式。如圖3所示。在該方式下，F(xiàn)maxT仍然為發(fā)動機推力上升斜率，-FmaxT仍然為下降斜率。有沖量等效原則可得出該方式工作下的等效控制力為 ：FT=FmaxT+Fmaxto（2）式

圖3 單脈沖工作方式

2.2 姿控直接力方式

姿控直接力方式是在導(dǎo)彈四周重心前徑向安裝的幾十個小型姿控發(fā)動機控制點火，從而使得脈沖推力產(chǎn)生，從而產(chǎn)生相應(yīng)的運動，調(diào)整導(dǎo)彈進行姿態(tài)。導(dǎo)彈系統(tǒng)的控制形式，是由姿控火箭空間點火方位和產(chǎn)生的推力大小所決定的。因為數(shù)量有限的姿控火箭，在設(shè)計定型之后，確定了推力大小以及作用時間，這種作為非線性控制方式，因此，它只能根據(jù)一定的控制規(guī)律來決定啟動時的發(fā)動機類型。

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