軌控推力矢量技術在防空導彈上的應用研究

屈英

摘要：近年來，我國的現代化建設的發(fā)展迅速，傳統的防空導彈采用空氣舵對導彈實施控制，從指令輸出到需用過載產生需要較長的時間，一般在低空需要0.3s左右，在高空需要0.6s左右。對于追求精確制導的現代防空導彈，需要在短時間內提供較大的可用過載，空氣動力控制方式顯然已不能滿足精確制導需求。目前比較廣泛采用的側向噴流推力矢量方法是提高防空導彈可用過載大小和快速性的主要技術途徑之一。此外，在中高空飛行時，由于空氣稀薄，防空導彈空氣舵的作用力明顯下降。為了提高防空導彈中高空的可用過載能力，也需要通過側向噴流推力矢量方法來控制導彈。

關鍵詞：軌控推力矢量技術;防空導彈;應用研究

1軌控側向噴流與導彈氣動外形布局匹配設計

1.1鴨式布局

鴨式布局空氣舵安裝在導彈頭部，側向噴流在舵面后方，基本不用考慮噴流干擾效應對舵面法向力的影響，空氣舵法向力放大因子一般等于或大于1。因此，鴨式布局與噴管出口布置匹配設計主要考慮噴流對全彈法向力的影響和噴流引起的擾流不對稱性導致的側向干擾。鴨式布局側向噴流噴管出口在彈身上的布局一般在0.47～0.50（以頭部尖點為參考起點，導彈總長為參考長度）。噴流干擾效應多數情況下會引起全彈法向力正增益，但是增益不宜過大，需要綜合考慮舵面效率、導彈重心和壓心匹配設計，否則正增益引起的氣動干擾力矩會影響導彈的穩(wěn)定控制和制導精度。此外，噴流條件下鴨式布局導彈的飛行攻角不宜過大，通常控制在12°以內，否則側向干擾會比較嚴重，尤其是噴流出口象限角度（即Φ角）相對在舵面非對稱位置，在大攻角下彈身擾流、舵面洗流和噴流擾流相互耦合比較嚴重，干擾的不確定性增強。

1.2正常式布局

正常式布局側向噴流對導彈法向力和空氣舵法向力的影響比較明顯，主要原因是噴管出口布置在彈身中部的重心附近，彈翼通常也布置在彈身中部，且彈翼是導彈產生升力的主要部件，因此噴流干擾效應通常會引起全彈法向力負增益。舵面在彈身尾部，距離噴流擾動核心區(qū)相對較遠，受到噴流干擾效應的影響相對較小，負增益相對減小。基于上述原因，為了降低噴流干擾效應對全彈法向力的負增益影響，正常式布局常用的措施或方案是將噴管出口設置在彈翼翼梢，譬如ASTER15/30防空導彈。

2防空導彈協同作戰(zhàn)特點

傳統上防空導彈攔截目標主要采用單對單的方式，在面對巡航導彈和戰(zhàn)機等來襲群目標時，一方面隨著目標機動能力和干擾能力的提高，導彈容易在攔截過程中丟失目標;另一方面，由于高威脅和高價值目標隱藏在集群中，使得導彈發(fā)射后很難改變攔截目標。采用協同作戰(zhàn)將有助于提高對群目標的攔截效率：1）導彈發(fā)射后可根據實時探測信息快速改變攔截目標的能力;2）可對不同威脅、不同價值的目標進行差異化攔截;3）可在復雜干擾下高效攔截機動目標，降低目標不可逃逸區(qū)。因此，快速任務分配和分配后的協同制導是防空導彈協同作戰(zhàn)發(fā)展的必然趨勢。一般任務分配包括完全集中式、完全分布式、分層集中式和分層分布式四種框架。考慮到防空導彈協同作戰(zhàn)效率、實時性和抗干擾需求，本文建立了如下集中-分布式任務分配框架，有效提高了任務分配效率。

3先進防空導彈發(fā)展的技術要點

3.1防空導彈總體設計技術

以通用化、模塊化設計為指導思想，基于成熟的氣動外形，通過增加助推器的形式實現導彈的快速迭代和族化發(fā)展;以“更高攔截、更遠攔截”為防空導彈的發(fā)展方向，通過氣動外形、動力系統優(yōu)化設計，提升導彈的末速及平均速度，有效降低制導控制系統的設計壓力，提升武器系統的作戰(zhàn)遠界。導彈可采用無翼式布局或小邊條翼布局，適應導彈的高速飛行能力;通過放寬靜穩(wěn)定性設計，在攔截點實現中立穩(wěn)定或一定程度的靜不穩(wěn)定，提升導彈的快速響應能力。動力系統多通過研制雙脈沖或多脈沖固體火箭發(fā)動機、超高燃速固體火箭發(fā)動機，提升導彈的能量管控能力和高速高加速能力，拓展導彈的作戰(zhàn)遠界。

3.2輕小型化一體化彈上設備技術

為適應先進防空導彈小型化、輕質發(fā)展化趨勢，彈上設備可采用一體化設計技術。一體化設計技術將傳統導彈的彈上信息處理器、電氣控制裝置、指令接收機、捷聯慣性測量裝置、遙測采編器、遙測發(fā)射機等設備進行一體化集成設計，通過總體設計技術將功能相近的功能模塊進行統一設計，數字處理功能模塊在飛行管理模塊實現;采用供電一體化技術，實現了一體化測量控制裝置的集中供電;采用結構一體化技術，整艙的結構一體化設計節(jié)省了艙內體積，減少了整艙重量;采用信息處理交互一體化技術，將信號種類進行分類，采用多種總線信息交互的方式，提高了信息交互的實時性，降低了接口的復雜度。

3.3大威力、高精度探測技術

大威力、高精度探測技術是應對隱身目標威脅的基礎。隱身目標RCS一般為0.01～0.1m2，為實現遠距、高精度探測，可重點發(fā)展大功率相控陣導引頭技術。相控陣雷達導引頭通過加大T/R模塊功率提升對目標的探測距離;相控陣導引頭跟蹤帶寬大，角速度跟蹤能力強，具備波束快速電掃角度搜索能力，可實現對目標在速度、距離和角度上的搜索、探測、截獲和跟蹤，大大降低了對外部雷達要求，滿足遠距高精度作戰(zhàn)需求。同時，相控陣導引頭高頻去耦性能好，隔離彈體擾動能力強，可靠性高，通過與引信一體化設計可實現設備的小型化設計。

結語

1）本文采用的基于導彈攔截目標能力預測的快速任務分配方法，在傳統以飛行路徑進行規(guī)劃的基礎上，通過增加機動和轉彎代價兼顧導彈的命中精度要求，為后續(xù)解決大彈目相對速度條件下的快速任務分配提供了思路。2）通過設計基于多彈交互信息的時間/角度協同制導律，能夠實現不依賴于對期望命中時間/角度的初始規(guī)劃，使多彈作戰(zhàn)具有更高的自主性和靈活性。同時與滑模制導等非線性制導方法相比，在多彈時間/角度約束下的初始過載需求更小，末端更容易命中目標。

參考文獻

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（新疆阿克蘇市庫車縣69223部隊?新疆?阿克蘇市?842300）