小型彈藥電氣接口標準研究

作者/宋京帥、任文明、王煒信，中國航空綜合技術研究所

小型彈藥電氣接口標準研究

作者/宋京帥、任文明、王煒信，中國航空綜合技術研究所

本文主要研究了小型彈藥電氣接口技術和標準發(fā)展情況，總結(jié)分析了美軍采用的小型和微型懸掛物電氣接口標準的主要內(nèi)容和應用特點，在此基礎上結(jié)合國內(nèi)機載武器小型化特點，提出編制小型彈藥電氣接口標準，為我國小型彈藥電氣接口標準制定提供支持。

小型彈藥；電氣接口；標準

引言

近年來，機載武器呈現(xiàn)小型化、智能化發(fā)展，原有的飛機/懸掛物接口標準體系已經(jīng)不能滿足小型機載武器的實際使用需求，為飛機武器系統(tǒng)集成帶來了新的挑戰(zhàn)。

美國在上世紀90年代初提出了重量小于350磅（約136kg）的小型彈藥研究計劃。早期如GBU—39/B等小型彈藥采用了美軍標1760接口，但在與無人機、轟炸機等平臺的集成過程中暴露出接口上的諸多問題。為提高飛機/懸掛物接口互操作性，美國軍方實施了“通用武器接口（UAI）”計劃，在新一代精確制導武器中推廣應用小型和微型懸掛物接口標準。美國雷錫恩公司研制的新一代小直徑制導炸彈（SDB II）采用了上述UAI接口，實現(xiàn)SDB II與F—16戰(zhàn)斗機、MQ—9無人機、B—52H轟炸機等多種機型平臺系統(tǒng)集成。

國內(nèi)小型機載武器的研制處于起步階段，尚未系統(tǒng)地開展小型彈藥電氣接口方面的研究工作，也缺乏小型彈藥與不同機型平臺系統(tǒng)集成的研究。

本文通過研究國外小型彈藥電氣接口技術以及相關標準的發(fā)展情況，分析美軍飛機/懸掛物電氣接口標準體系，借鑒小型和微型懸掛物接口標準在國外的應用，提出國內(nèi)小型彈藥電氣接口標準編制建議，推動我國小型彈藥電氣接口標準化發(fā)展。

1. 小型彈藥電氣接口標準發(fā)展

1.1 小型彈藥電氣接口發(fā)展

美軍飛機/懸掛物電氣接口標準體系按照懸掛物重量級可劃分為三個層級：

（1）一般懸掛物，重量大于125 kg，接口按照MIL—STD—1760《飛機/懸掛物電氣連接系統(tǒng)》執(zhí)行；

（2）小型懸掛物，重量大于25 kg，小于125 kg，接口按照SAE AS 5725《小型懸掛物接口標準》執(zhí)行；

（3）微型懸掛物重量小于25 kg，接口按照SAE AS 5725《微型懸掛物接口標準》執(zhí)行。

美軍標MIL—STD—1760于1981年起發(fā)布實施，為美國及北約的飛機和懸掛物規(guī)定了一個通用的飛機/懸掛物電氣接口。該接口基于1553數(shù)據(jù)總線，同時為實現(xiàn)特定功能提供了離散信號、高帶寬信號以及電源接口等。美軍標1760接口被廣泛的應用于各型飛機平臺和懸掛物的電氣接口設計中，包括聯(lián)合防區(qū)外武器（JSOW）、聯(lián)合直接攻擊彈藥（JDAM）、風向修正撒布器（WCMD）以及聯(lián)合防區(qū)外空面彈藥（JASSM）等。

隨著小型彈藥的發(fā)展，國外研制了小直徑炸彈系統(tǒng)（SBS）、低成本自動攻擊系統(tǒng)（LOCASS）、小型空中發(fā)射誘餌（MALD）等多種小型彈藥。但在與無人機、轟炸機等平臺的集成過程中，MIL—STD—1760標準已難以滿足小型彈藥的接口需求，主要有以下幾方面：

（1）美軍標1760接口信號種類多，對飛機平臺負載要求大。同時接口電連接器尺寸大，在與運載系統(tǒng)的分離中需要相對較大的釋放分離力，不能滿足小型彈藥與無人機等平臺的安全分離要求；

（2）美軍標1760接口需要復雜和昂貴的電氣連接系統(tǒng)，與小型彈藥低成本、高效集成、多機型通用的研發(fā)目標相悖；

（3）美軍標1760接口采用傳統(tǒng)的1553總線，傳輸速率較低，而小型彈藥的數(shù)據(jù)傳輸接口要求具備高速數(shù)據(jù)實時通信傳輸能力。考慮到未來戰(zhàn)略需求，1553總線遠程終端數(shù)量有限，無法有效支持小型彈藥密集懸掛和發(fā)射。

1.2 小型彈藥電氣接口標準現(xiàn)狀

2005年，北約工業(yè)咨詢組（NIAG）與SAE協(xié)會下屬的航空航天委員會（AS—1）聯(lián)合開展了“飛機、發(fā)射裝置和武器互操作性—通用接口（ALWI—CI）”研究，提出了飛機、發(fā)射裝置和武器互操作性技術體系結(jié)構(gòu)（ALWI—TA），初步明確了小型彈藥電氣接口發(fā)展藍圖。根據(jù)規(guī)劃，在五年內(nèi)將分別完成小型和微型懸掛物電氣接口標準編制。

應美國軍方對高速數(shù)據(jù)通信的實際需求，AS—1委員會參照1553總線的技術，于同年發(fā)布了標準SAE AS 5652《10 Mbps網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)數(shù)字時分制命令/相應多路數(shù)據(jù)總線》。該標準提出了一種新型增強位率總線（EBR—1553），通信傳輸速率比傳統(tǒng)1553總線提高10倍，解決了小型懸掛物高速數(shù)據(jù)實時通信關鍵技術。

基于EBR—1553總線，AS—1委員會于2008年編制發(fā)布了SAE AS 5725電氣接口標準。該標準主要規(guī)定了小型懸掛物與其運載系統(tǒng)之間的電氣接口要求，適用于所有的飛機平臺、小型懸掛物以及相互之間有電氣連接的運載系統(tǒng)。標準已得到美國軍方的認可，納入美軍UAI接口技術體系。

同年，AS—1委員會修訂了早期編制的標準SAE AS 5653《MIL—STD—1760高速網(wǎng)絡通信》，基于光纖通道標準，定義了一種與MIL—STD—1760接口協(xié)同的新型數(shù)據(jù)通信方式。該標準規(guī)范了視頻、音頻、數(shù)據(jù)文件以及指令消息等信息的傳輸機制，是微型懸掛物電氣接口標準的關鍵技術。

2009年，AS—1委員會針對無人機等小型飛機平臺特點，編制發(fā)布了適用于最大重量25 kg、最小彈徑38 mm的微型懸掛物接口標準SAE AS 5726。該標準主要規(guī)定了微型懸掛物和宿主系統(tǒng)之間接口的電氣和邏輯要求，但未規(guī)定電氣接口物理層要求，標準還需進一步完善。

2. 小型彈藥電氣接口標準分析

2.1 SAE AS 5725小型懸掛物電氣接口標準

標準規(guī)定的小型懸掛物基本運載配置中，小型懸掛物運載系統(tǒng)作為飛機平臺的任務懸掛物，與飛機掛點通過美軍標1760接口連接，與單獨的小型懸掛物通過盲配連接器或臍帶電纜連接，如圖1所示。平臺/小型懸掛物之間電氣接口主要包括兩部分：

(a)小型懸掛物運載接口（MSCI）；

(b)小型懸掛物接口（MMSI）。

圖1 平臺/小型懸掛物系統(tǒng)配置

該標準在美軍標1760接口的基礎上刪除了冗余備份接口，并根據(jù)不同機型平臺與小型懸掛物集成的實際需求，增加了平臺類型等接口。與美軍標1760接口相比，小型懸掛物電氣接口信號數(shù)量大幅縮減，但信號功能及特性基本保持一致。小型懸掛物接口信號組包括高帶寬接口、數(shù)字數(shù)據(jù)接口、專用離散量和運載系統(tǒng)電源信號等。

MSCI與MMSI可選擇下列接口類型，并相互協(xié)調(diào)。

（1）I類：包括除輔助電源接口之外的全部接口；

（2）IA類：由包括輔助電源接口在內(nèi)的全部接口組成；

（3）II類：包括除高帶寬信號、上行光纖通道信號、下行光纖通道信號以及輔助電源接口之外的全部信號組；

（4）IIA類：由II類信號組再加上輔助電源接口組成。

2.2 SAE AS 5726微型懸掛物電氣接口標準

標準規(guī)定的宿主/微型懸掛物電氣連接系統(tǒng)包括兩類電氣接口；

(a)微型懸掛物宿主接口（MMHI）；

(b)微型懸掛物接口（IMM）。

圖2 宿主/微型懸掛物系統(tǒng)配置

宿主/微型懸掛物之間電氣接口包括數(shù)據(jù)傳輸接口、離散信號接口以及電源接口等。數(shù)據(jù)傳輸接口與電源接口共用同一物理層接口：通過與工作電源/工作電源回路相同的信號線，從微型懸掛物傳輸數(shù)據(jù)至宿主系統(tǒng)；通過與安全允許電源/安全允許電源回路相同的信號線，從宿主系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)至微型懸掛物。與小型懸掛物系統(tǒng)采用的EBR—1553總線不同，微型懸掛物系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸接口采用基于光纖通道的1760高速網(wǎng)絡（HS 1760）通信，極大地提高了宿主/微型懸掛物系統(tǒng)信息傳輸速率，提高了密集掛載狀態(tài)下數(shù)據(jù)裝訂效率。

標準定義了兩類IMM接口，確保通過統(tǒng)一的物理層接口實現(xiàn)不同的功能：

（1）I類：工作電源接口采用28V直流電源，穩(wěn)態(tài)功率85W；

（2）II類：工作電源接口采用56V直流電源，穩(wěn)態(tài)功率200W；

對于I類和II類接口，安全允許電源接口均應采用28V直流電源。

2.3 小型和微型懸掛物接口電連接器

與美軍標1760接口電連接器相比，小型懸掛物與平臺之間MSCI和MMSI接口電連接器選用III系列、外殼尺寸號為15、方向識別鍵字母為N的連接器，連接器直徑約為27.6mm，與美軍標1760接口電連接器相比縮小約15%；微型懸掛物與宿主之間MMHI和IMM電連接器選用III系列、外殼尺寸號為9、方向識別鍵字母為N的連接器，連接器直徑約為16.8mm，與美軍標1760接口電連接器相比縮小約50%。在實際使用過程中，小型彈藥比一般機載武器重量要輕，彈徑更小，且發(fā)射投放過程對電連接器的分離力要求嚴格，采用上述小尺寸電連接器能夠滿足小型彈藥使用和發(fā)展需求。

圖3 小型和微型懸掛物電連接器示意圖

3. 小型彈藥電氣接口標準應用分析

SAE AS 5725標準與SAE AS 5726標準是對以MIL—STD—1760為主體的美軍飛機/懸掛物接口標準體系的補充和完善。同時，兩項標準還是北約飛機、發(fā)射裝置和機載武器互操作性技術體系結(jié)構(gòu)的重要組成，與MIL—STD—1760標準構(gòu)成了北約ALWI技術體系下的電氣接口標準頂層規(guī)范。對于無人機平臺、轟炸機平臺的機載武器系統(tǒng)集成，小型和微型懸掛物電氣接口標準更具優(yōu)勢：

（1）小型和微型懸掛物所用電連接器在發(fā)射分離過程中所需的分離力，與MIL—STD—1760標準規(guī)定的連接器相比較小，能夠滿足無人機等平臺對小型彈藥安全分離的要求；

（2）兩項標準規(guī)定的信號種類少，連接器物理尺寸小，可有效節(jié)省空間和系統(tǒng)負載，滿足無人機平臺對空間重量的嚴格要求；

（3）兩項標準分別采用了ERB—1553總線與HS 1760通信技術，可大幅提升平臺武器批量掛載的能力。對于載彈量較大的轟炸機平臺，在批量掛載小型彈藥時，采用上述接口可有效降低懸掛物管理系統(tǒng)、掛點投放裝置和接口轉(zhuǎn)換裝置等機載武器系統(tǒng)研制的復雜度和難度。

此外，兩項標準規(guī)定的電氣接口能適應機載武器小型化的快速發(fā)展，降低不同類型飛機平臺與小型彈藥的集成難度。對于現(xiàn)役飛機平臺，不需要更改機載武器系統(tǒng)的接口硬件，通過“接口橋”設備即可實現(xiàn)美軍標1760接口與小型彈藥接口的通信轉(zhuǎn)換。對于未來飛機平臺，標準為飛機平臺與小型彈藥高速實時通信提供了技術基礎，同時也為光纖通道等技術預留了拓展空間。

4. 結(jié)束語

小型彈藥電氣接口標準是實現(xiàn)不同類型飛機平臺與小型彈藥高效集成的重要基礎，美歐等先進國家都高度重視小型彈藥接口研究。目前國內(nèi)小型彈藥研究正處于起步階段，缺乏相關接口標準。為適應機載武器小型化發(fā)展，我國應抓住時機開展技術及標準研究，一方面借鑒國外小型和微型懸掛物接口技術，深入分析相關接口標準及配套的EBR—1553總線標準、HS 1760網(wǎng)絡通信標準，系統(tǒng)開展接口技術研究及驗證工作，另一方面抓緊制定小型彈藥電氣接口標準，完善國內(nèi)飛機/懸掛物接口標準體系，并進一步制定小型彈藥電氣接口實施指南，統(tǒng)一小型彈藥電氣接口設計，提高我國飛機/懸掛物通用化水平。

＊ [1]SAE AS 5725B Interface standard, miniature mission store interface[S].

＊ [2]SAE AS 5726 Interface standard, interface for micro munitio ns[S].

＊ [3]SAE AIR 5720A Technical architecture for aircraft, launcher, and weapon interoperability (ALWI TA) [S].

＊ [4]MIL—STD—1760E Department of defense interface standard aircraft/store electrical interconnection system[S].

＊ [5]史志釗，趙寶奇，常遷榛等.小型懸掛物接口技術研究[J].電光與控制，2012，19（7）

LEMO推出新設計的S系列連接器

LEMO推出的S系列連接器是插拔自鎖系統(tǒng)的初始設計之一。該系列產(chǎn)品還將采用LEMO專利的“巧克力塊”外殼設計。采用S系列的半圓定位，與市面上現(xiàn)有的S系列插座完全兼容。直式插頭和浮動插座都使用B系列的線夾，從而可提供與現(xiàn)有S系列略有不同的電纜范圍。