高建國(guó),李 金,彭明焱

(中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院,河南洛陽(yáng) 471009)

0 引言

導(dǎo)彈的發(fā)射是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,任何一個(gè)單元故障都可能造成導(dǎo)彈的發(fā)射失敗。導(dǎo)彈的發(fā)射過程是不可逆的,一旦由于某一個(gè)環(huán)節(jié)故障造成導(dǎo)彈發(fā)射失敗,希望能夠準(zhǔn)確定位故障,為設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供依據(jù)[1-4]。導(dǎo)彈內(nèi)的飛控、引信、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)射控制設(shè)備等的故障可以通過仿真和內(nèi)場(chǎng)測(cè)試反復(fù)驗(yàn)證使故障準(zhǔn)確定位;但在導(dǎo)彈發(fā)射瞬間,導(dǎo)彈與發(fā)射架分離過程中由于離梁信號(hào)故障而導(dǎo)致導(dǎo)彈發(fā)射失敗的故障準(zhǔn)確定位是非常困難的。一是產(chǎn)生離梁信號(hào)故障的因素很多,二是無法反復(fù)驗(yàn)證使故障復(fù)現(xiàn),若要驗(yàn)證就要進(jìn)行多次發(fā)射試驗(yàn),從試驗(yàn)成本來講這是不可接受的。為此文中設(shè)計(jì)了這個(gè)模擬導(dǎo)彈外場(chǎng)動(dòng)態(tài)發(fā)射的試驗(yàn)方法,為故障的復(fù)現(xiàn)和準(zhǔn)確定位提供簡(jiǎn)單實(shí)用、低成本、科學(xué)的試驗(yàn)保障,為導(dǎo)彈的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

導(dǎo)彈發(fā)射是在外場(chǎng)發(fā)射試驗(yàn)設(shè)備(或機(jī)載火控系統(tǒng))和發(fā)射裝置安全、可靠、完善的配合下完成的一個(gè)復(fù)雜過程。從按下發(fā)射按鈕開始,經(jīng)歷了電池點(diǎn)火、發(fā)射邏輯判斷、鎖制器打開、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、電氣分離(離梁)和軌上運(yùn)動(dòng),最后實(shí)現(xiàn)彈架分離[3-5]。在此過程中可能造成導(dǎo)彈發(fā)射故障從而影響導(dǎo)彈自主飛行控制的主要因素包括:

1)發(fā)射試驗(yàn)系統(tǒng)電源;

2)導(dǎo)彈的軸向沖擊;

3)導(dǎo)彈與發(fā)射電插頭分離過程中的抖動(dòng);

4)發(fā)射電插頭在復(fù)雜動(dòng)力環(huán)境下的帶電分離,及其伴隨的導(dǎo)彈供電形式變化和發(fā)控電路工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換;

5)導(dǎo)彈軌上運(yùn)動(dòng)。

試驗(yàn)系統(tǒng)分為兩部分:一是導(dǎo)彈掛裝、加載與止動(dòng)部分,二是導(dǎo)彈監(jiān)控與發(fā)射部分,這兩部分通過發(fā)射平臺(tái)結(jié)合在一起。

1.1.1 掛裝、加載與止動(dòng)部分

掛裝、加載與止動(dòng)部分包括外場(chǎng)發(fā)射平臺(tái)、鋼架、滑輪、力傳感器、砝碼、鋼索、爆炸螺栓、尼龍繩等。導(dǎo)彈掛裝、加載、止動(dòng)形式如圖1。

A(砝碼)—利用自重使鋼索張緊;B(滑輪)—支撐鋼索,改變張力方向;C(力傳感器)—測(cè)量鋼索張力;D(目標(biāo)源)—給導(dǎo)彈提供目標(biāo);E(發(fā)射平臺(tái))—真實(shí)的外場(chǎng)發(fā)射試驗(yàn)平臺(tái),用于掛裝發(fā)射裝置和導(dǎo)彈,也是被試對(duì)象之一;F(發(fā)射裝置)、G(導(dǎo)彈)—被試產(chǎn)品;H(尼龍繩)—導(dǎo)彈軸向移動(dòng)限位;I(爆炸螺栓)—爆炸后剪斷鋼索,釋放導(dǎo)彈。圖1 導(dǎo)彈掛裝、加載與止動(dòng)示意圖

1.1.2 導(dǎo)彈監(jiān)控與發(fā)射部分

導(dǎo)彈監(jiān)控與發(fā)射部分包括控制指揮車及導(dǎo)彈監(jiān)控設(shè)備、發(fā)射試驗(yàn)平臺(tái)、遙測(cè)接收設(shè)備、目標(biāo)模擬器、示波器、高速攝像機(jī)等。有條件也可配置雷達(dá)。配置關(guān)系如圖2,各部分的功能如下:

1)指揮車及導(dǎo)彈監(jiān)控與發(fā)射設(shè)備:試驗(yàn)指揮與發(fā)射控制;

2)雷達(dá):配合模擬外場(chǎng)電磁環(huán)境;

3)油機(jī):為試驗(yàn)系統(tǒng)供電;

4)高速攝像:記錄彈架分離及運(yùn)動(dòng)過程;

5)遙測(cè):接收并處理導(dǎo)彈狀態(tài)參數(shù);

6)示波器:導(dǎo)彈離梁信號(hào)、結(jié)構(gòu)地電平監(jiān)測(cè);

7)外供電源:模擬電池供電。

圖2 導(dǎo)彈監(jiān)控與發(fā)射系統(tǒng)圖

1.2 試驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)要求

1.2.1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)要求最大限度的模擬導(dǎo)彈發(fā)射過程。試驗(yàn)前,預(yù)緊導(dǎo)彈前、后的鋼索,增加砝碼使其達(dá)到設(shè)定的重量;通過外場(chǎng)監(jiān)控和發(fā)射試驗(yàn)設(shè)備對(duì)導(dǎo)彈系統(tǒng)進(jìn)行上電自檢準(zhǔn)備,自檢正常并構(gòu)成發(fā)射條件(導(dǎo)彈截獲目標(biāo))后,按下發(fā)射按鈕;發(fā)控系統(tǒng)執(zhí)行導(dǎo)彈正常發(fā)射控制邏輯(電池戰(zhàn)火→電壓判斷→發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火);發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電壓通過點(diǎn)火觸點(diǎn)的引出線引爆爆炸螺栓;爆炸螺栓爆炸后釋放導(dǎo)彈,使其在牽引鋼索的作用下,與發(fā)射電插頭分離;插頭分離后,導(dǎo)彈轉(zhuǎn)入自主供電狀態(tài),并開始軌上運(yùn)動(dòng),發(fā)射裝置感知“導(dǎo)彈存在”信號(hào)的變化,斷開供氣電磁閥,停止供氣;導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)規(guī)定的行程后,在后端軸向限位尼龍繩的作用下停止運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)過程中遙測(cè)記錄導(dǎo)彈參數(shù);高速攝像記錄導(dǎo)彈軌上運(yùn)動(dòng)過程;必要時(shí)用示波器記錄導(dǎo)彈離梁和接地電平。

1.2.2 設(shè)計(jì)要求

1.2.2.1 參試產(chǎn)品

試驗(yàn)使用的參試產(chǎn)品由導(dǎo)彈前艙、遙測(cè)艙和模擬后彈體組成,其中模擬后彈體應(yīng)有發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電壓的引出導(dǎo)線。前艙的組件要求如下:

1)電源組件:根據(jù)需要,可用點(diǎn)過火的電源組件代替,在此電源組件的三個(gè)電池輸出及其地線端接線,可通過與殼體固定的螺釘孔引出進(jìn)行外部供電,用于導(dǎo)彈的發(fā)射排故;也可用正規(guī)的電源組件,用于導(dǎo)彈的發(fā)射檢查;

2)引信:在排故時(shí),換裝引信試驗(yàn)件;并在殼體上開孔,從“離梁”和“接地”端引出測(cè)試電纜,用于監(jiān)測(cè)引信工作情況,其它技術(shù)狀態(tài)與正規(guī)批引信一致;

3)S/A機(jī)構(gòu):拆除拔銷器。

1.2.2.2 導(dǎo)彈行程

動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)不僅要求模擬導(dǎo)彈與電插頭的分離,還要求模擬分離后的一小段行程,主要是為了驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火觸點(diǎn)與導(dǎo)彈吊掛接觸是否對(duì)導(dǎo)彈產(chǎn)生影響。因此模擬導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)發(fā)射試驗(yàn)時(shí),導(dǎo)彈應(yīng)在軌上運(yùn)動(dòng)一段距離。這個(gè)行程與導(dǎo)彈的重量重心和吊掛有關(guān),一般考慮其它因素,導(dǎo)彈行程確定在30～100 mm之間。這個(gè)距離足以滿足模擬分離的要求。導(dǎo)彈后端的軸向限位尼龍繩應(yīng)將導(dǎo)彈位移限制在100 mm之內(nèi)。

1.2.2.3 砝碼

砝碼的重量選取與正常發(fā)射時(shí)導(dǎo)彈和插頭分離時(shí)刻的發(fā)動(dòng)機(jī)推力有關(guān)。用砝碼施加軸向力,模擬的是一個(gè)瞬間沖高迅速回落的過程,而不是發(fā)動(dòng)機(jī)推力逐漸增加的過程,因此應(yīng)盡可能使砝碼作用下的軸向力處于分離時(shí)刻發(fā)動(dòng)機(jī)推力要求值的高端。

1.2.2.4 爆炸螺栓

爆炸螺栓實(shí)際上模擬發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火,爆炸延時(shí)時(shí)間不大于100 ms。

1.2.2.5 鋼索

鋼索用于導(dǎo)彈加載,因此一定要有足夠的張力。另外必須采取絕緣措施。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1)將試驗(yàn)用發(fā)射裝置掛裝在發(fā)射平臺(tái)上,將前后鋼索固定在牢靠的支架上,保持固定點(diǎn)與發(fā)射架在同一水平高度,確保試驗(yàn)時(shí)鋼索的拉力與導(dǎo)彈軸線一致;

2)按試驗(yàn)?zāi)康牟煌?將改裝好的待試試驗(yàn)產(chǎn)品掛在發(fā)射裝置上,并用護(hù)套將其與鋼索、保護(hù)繩、爆炸螺栓進(jìn)行連接;

3)均勻預(yù)緊前后鋼索,根據(jù)所試產(chǎn)品分離時(shí)所需發(fā)動(dòng)機(jī)推力的要求值,調(diào)整好砝碼重量和懸掛高度及尼龍繩松緊度。

2.2 試驗(yàn)發(fā)射

按導(dǎo)彈的發(fā)射程序進(jìn)行加載發(fā)射試驗(yàn):

1)用外場(chǎng)發(fā)射試驗(yàn)設(shè)備監(jiān)控導(dǎo)彈系統(tǒng)上電自檢準(zhǔn)備;

2)調(diào)整目標(biāo)源使導(dǎo)彈截獲;

3)按下發(fā)射按鈕;電池組件用點(diǎn)過火的試驗(yàn)件時(shí),應(yīng)同時(shí)打開外供電源給模擬電池供電;

4)發(fā)射裝置執(zhí)行發(fā)控邏輯判斷后給出發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電壓;

5)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電壓通過從觸點(diǎn)經(jīng)殼體引出的導(dǎo)線引爆爆炸螺栓;

6)導(dǎo)彈被爆炸螺栓釋放后,在砝碼產(chǎn)生的軸向力作用下沖開鎖制器,并與發(fā)射電插頭分離;

7)導(dǎo)彈分離后繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng),經(jīng)過預(yù)定的行程后在后端尼龍繩的作用下停止運(yùn)動(dòng);

8)遙測(cè)、監(jiān)視測(cè)量設(shè)備采集記錄模擬發(fā)射過程和導(dǎo)彈工作數(shù)據(jù)。

發(fā)射完畢后,根據(jù)測(cè)試設(shè)備所記錄采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬動(dòng)態(tài)發(fā)射過程的驗(yàn)證分析。

2.3 注意事項(xiàng)

1)試驗(yàn)過程中,確保鋼索拉力方向與導(dǎo)彈軸線一致,且導(dǎo)彈受力均勻;

2)調(diào)好保護(hù)尼龍繩的松緊度,確保產(chǎn)品安全。

3 應(yīng)用實(shí)例

某型號(hào)空空導(dǎo)彈在進(jìn)行綜合遙測(cè)彈地面靶試中,出現(xiàn)了離梁信號(hào)電壓低(0.4 V)而導(dǎo)致飛控和引信故障使導(dǎo)彈不能自主控制飛行的現(xiàn)象。

3.1 理論分析結(jié)論

通過對(duì)該型號(hào)導(dǎo)彈離梁電路、導(dǎo)彈殘骸和某型號(hào)發(fā)射裝置供氣控制電路的分析,初步得出的結(jié)論是:導(dǎo)彈在發(fā)動(dòng)機(jī)推力作用下,快速與發(fā)射電插頭分離;在分離的一瞬間,導(dǎo)彈存在消失,發(fā)射裝置供氣電磁閥狀態(tài)切換產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì);反向電動(dòng)勢(shì)通過接觸件之間的等效電容作用在導(dǎo)彈的離梁信號(hào)端,使離梁端疊加了一個(gè)較高的干擾脈沖;干擾脈沖造成引信CPLD(和飛控ASL244)離梁端口瞬間擊穿失效,對(duì)地“短路”;最終導(dǎo)致離梁信號(hào)不能正常建立,從而使導(dǎo)彈不能正常自主控制飛行。為此也提出了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的改進(jìn)方案。

3.2 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述的分析結(jié)論,按照設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)仿真試驗(yàn)方法,進(jìn)行了外場(chǎng)發(fā)射試驗(yàn)仿真,期望復(fù)現(xiàn)離梁信號(hào)故障,驗(yàn)證導(dǎo)彈能否進(jìn)入正常的自主飛行控制狀態(tài)。

仿真外場(chǎng)發(fā)射試驗(yàn)按照試驗(yàn)狀態(tài)的不同先后反復(fù)進(jìn)行了十幾次仿真試驗(yàn),從而得出了如下結(jié)論:

1)仿真發(fā)射試驗(yàn)復(fù)現(xiàn)的故障模式與外場(chǎng)發(fā)射試驗(yàn)中出現(xiàn)的故障模式基本相同;

2)仿真發(fā)射試驗(yàn)結(jié)果反映的故障機(jī)理與故障分析結(jié)果一致;

3)改進(jìn)方案合理可靠。

3.3 真實(shí)驗(yàn)證

該型號(hào)空空導(dǎo)彈根據(jù)上述試驗(yàn)得出的結(jié)論,重新進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),在隨后進(jìn)行的多次實(shí)彈靶試中均取得了發(fā)發(fā)命中的好成績(jī),為下階段的導(dǎo)彈研制提供了強(qiáng)有力的保障。

4 結(jié)論

由上述實(shí)例可見,該試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)正確合理、應(yīng)用廣泛,且僅僅是花去幾個(gè)爆炸螺栓的費(fèi)用,就可以反復(fù)模擬導(dǎo)彈外場(chǎng)的動(dòng)態(tài)發(fā)射試驗(yàn)。盡管模擬導(dǎo)彈分離的速度與真實(shí)導(dǎo)彈分離速度達(dá)不到完全吻合,但對(duì)整個(gè)分離過程中導(dǎo)彈的工作情況以及與發(fā)射平臺(tái)信號(hào)接口之間的傳遞關(guān)系模擬是真實(shí)的,故不失為是一種操作簡(jiǎn)單、實(shí)用、低成本的仿真導(dǎo)彈外場(chǎng)動(dòng)態(tài)仿真發(fā)射試驗(yàn)方法。同時(shí)該試驗(yàn)方法也適用于其它導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的仿真動(dòng)態(tài)發(fā)射試驗(yàn);不僅如此該試驗(yàn)方法稍加改動(dòng)(將靜態(tài)目標(biāo)源改為動(dòng)態(tài)目標(biāo)源),即可模擬導(dǎo)彈發(fā)射后的自主飛行過程,為導(dǎo)彈導(dǎo)引頭和飛控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制提供了強(qiáng)有力的科研依據(jù)。