制導末敏彈射表編擬研究

鄭 斌，程麗麗，尚 勇

(西安現代控制技術研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

制導末敏彈是末敏彈技術在制導火箭平臺的新應用。一般而言,制導末敏彈為子母式結構,即1枚母彈裝載多枚末敏子彈。末敏子彈主要由降落傘系統、彈上計算機、敏感器、EFP戰斗部及安全起爆裝置等組成[1-2]。作戰時母彈在目標區上空按預定高度拋出末敏子彈,待子彈達到穩態掃描狀態時,開始對攻擊區域內的目標自主搜索、探測、識別、瞄準直至起爆戰斗部從頂部攻擊裝甲目標。

由于制導末敏彈是介于導彈和傳統彈藥之間的新型智能彈藥,其彈道特性既不同于傳統無控彈藥,也不同于常規有控彈藥[3]。與之相對應,制導末敏彈射表編擬技術研究將成為射表技術工作者的重要課題?；谥茖┟魪椛浔砭幹粕形磳嵺`,文中通過對制導末敏彈射表用途和彈道特性進行研究和探討,進而提出制導末敏彈射表方案。

1 制導末敏彈特性

1.1 制導末敏彈工作原理

制導末敏彈作用過程如圖1所示。發射前,制導末敏彈按照發射控制流程,完成發動機點火電阻檢測、對接及熱電池電阻檢測、彈上設備上電自檢、飛控參數裝定、北斗對時、星歷裝定、動態傳遞對準等發射前準備工況。按下發射按鈕后,慣導系統轉入導航狀態,制導艙熱電池激活,發動機點火,末敏彈開始沿定向管運動,完成發射。發射后末敏彈按預定有控彈道飛行至目標區上空,制導艙和子彈筒組成的子彈筒組合體與火箭部分離。分離后,子彈筒組合體在空中進行減速飛行,開艙拋出攜帶的多枚末敏子彈。末敏子彈在減速傘作用下,速度迅速衰減,直到適當范圍,到達預定高度時,拋掉減速傘,張開主旋轉傘,進入穩態掃描狀態,若發現目標,則起爆戰斗部攻擊目標,否則自毀。

圖1 末敏彈作用流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the action flow of terminal sensitive muntion

1.2 制導末敏彈彈道特點

如圖2所示,制導末敏彈飛行彈道由無控彈道段(OA)、制導段(AB)、子彈筒段(BC)和子彈段(CD)4部分組成。

圖2 彈道示意圖Fig.2 Ballistic diagram

第一段為無控段(OA),指從火箭發動機點火到1.0 s啟控點的無控飛行段。

第二段為制導段(AB),指1.0 s后制導系統啟控,飛行至分離點;采用預測制導和采用比例導引制導律進行制導控制。

第三段為子彈筒飛行段(BC),指子彈筒組合體與火箭部分離后的減速飛行過程。

第四段為末敏子彈飛行段(CD),指末敏子彈從子彈筒中拋撒出來開始,直到起爆戰斗部或自毀落地的過程。

1.3 制導末敏彈發射流程

火箭炮進入技術陣地準備工況,其火控系統首先進行上電自檢,檢測火控系統各單體控制板、CAN通信接口、串行通信接口的工作狀態。若火控系統任一單體出現故障,未收到自檢回復命令,則認為通信不正常,火控系統不能正常工作,武器系統不具備射擊條件,應停止射擊?；鸺谶M入發射陣地后,地面發控裝置與火箭彈交互過程中,除星歷裝定、對時之外的任一環節異常(如飛行控制參數裝訂錯誤、阻值檢測錯誤等),發射流程均應終止,彈藥不能發射。

制導末敏彈發射時信息交互如圖3所示?；鹂叵到y炮長顯示器與上級指揮系統進行話傳和數傳通信,接收目標、陣地、氣象數據、射擊口令等信息;提取與彈道解算相關的參數,向火控操作臺轉發?；鹂夭僮髋_完成彈道解算、自動操瞄解算和隨動調炮,并向炮長顯示器上報彈道解算結果(表尺、方位角、北向速度、天向速度、東向速度及特征時間);生成飛行控制參數文件(為二進制文件,包含發射點經緯高、目標點經緯高、初始航向角、制導模式、控制字、射程偏移量、導航模式、桿臂參數、傳遞對準方式、特征點的北向、天向、東向速度等信息),并向地面發控裝置發送。地面發控裝置接收火控操作臺發送飛行控制參數和地面操作顯示臺發送的選彈、檢測和開始裝定等控制命令,對火箭彈進行發射前檢測、飛控參數裝定,采集發射信號進行火箭彈發射。

圖3 發射時信息交互示意圖Fig.3 Launching information interaction diagram

從上述發射流程可以看出,控制系統不僅提高了武器系統的命中精度,而且增大了武器系統射擊使用的復雜程度。制導末敏彈實際作戰使用過程中,僅利用射表不能完成冗余發射形成有效火力射擊[4]。主要是由于人工無法將諸多裝定參數進行坐標轉換、二進制轉碼等工作,不能生成飛行控制參數文件,無法人工將數據包發送給地面發控裝置,進行彈炮信息交互。因此,需要根據武器系統的工作原理和戰場的客觀實際,合理構建制導末敏彈射表的內容與格式,以少量的文字,有效地反映武器系統完整的彈道特性,為作戰及部隊訓練指揮射擊提供基礎數據[5],如彈丸的彈道特性、射擊所需空域高度等信息,以便充分發揮武器系統的作戰效能。

2 制導末敏彈射表方案

2.1 射表內容和格式

制導末敏彈彈道中,其制導彈道占總射程的95%,無控彈道約占總射程的5%左右,但由于無控段彈道是帶傘彈道,飛行速度相對較低,飛行時間較長,故受彈道風影響較大。

由于制導彈藥能夠糾正并克服發射時刻控制誤差、干擾誤差和預測誤差等導致對目標點的偏離,因此發動機比沖及裝藥藥溫變化、環境因素如彈道風、氣溫、氣壓等變化,地球自轉產生的科氏力及重力加速度隨緯度、高度變化等因素對制導段彈道影響很小[6]。對分離點之后的無控彈道影響較大的因素主要是彈道風。氣溫、氣壓、地球自轉等因素變化對子彈筒段和子彈段彈道影響影響很小,可不予考慮。因此,制導末敏彈射表中,對修正量只考慮彈道風和炮目高差,不考慮比沖、藥溫、氣溫、氣壓等因素。

制導末敏彈射表[7]的主要內容包括基本諸元和修正諸元兩大部分,對應射表包括基本表和修正表[8]。

制導末敏彈射表的基本表與普通射表類似,基本表是在標準條件下計算得出的彈道諸元,主要內容是反映不同海拔下的射距離、射角、特征點彈道參數(包括啟控點、最大速度點、彈道頂點、分離點)、飛行時間、子彈縱向散布、彈道風對子彈落點影響。制導末敏彈射表基本表查表流程見圖4。

圖4 基本表查表流程圖Fig.4 Basic table lookup flow chart

修正量表包括兩個表,彈道風修正量表和炮目高差修正量表。彈道風修正量表反映不同橫風和縱風情況下的射角、射向和分離點裝定參數修正量的變化關系。彈道風修正量表查表流程見圖5。炮目高差修正量表反映炮目高差情況下的射角、射向和分離點裝定參數修正量的變化關系。炮目高差修正量表查表流程見圖6。

圖5 彈道風修正量表查表流程圖Fig.5 Ballistic wind correction table lookup flow chart

圖6 炮目高差修正量表查表流程圖Fig.6 Shot elevation correction table lookup flow chart

2.2 射表精度分析

制導末敏彈的射表精度要求應與武器系統的射擊準備誤差相匹配,單純追求射表精度高,除加大對試驗項目、試驗數量、測試精度、人力物力的要求外,實際上對射擊精度沒有質的提高[9]。Ex1表示射表中的射程x的中間誤差,Ex2表示以中間誤差給出的射擊諸元準備誤差(不含射表誤差),則射擊精度總誤差Ex為：

(1)

射擊準確度不只是由射表決定,更重要的是由射擊諸元準備誤差的大小決定,射表精度應以不使總誤差顯著增大為原則[10]。假定ΔEx為增大量,則ΔEx可表示為：

(2)

采用傳統的射擊保障器材,射表誤差占總誤差的10%左右。由式(1)、式(2)聯立可得,Ex1<0.45Ex2。因此,如果射擊裝定諸元誤差Ex2=1.5%x,則Ex1<0.675x;如果Ex2取0.7%x～0.8%x,則Ex1為0.3%x,可見射擊準備誤差越小,對射表精度要求將不斷提高。但當射擊諸元準備誤差未減小,僅要求射表精度提高,對總誤差Ex并沒有什么改善,卻會使得試驗費用和難度大幅度增加。

在目前較為傾向性的意見是用精密法準備諸元誤差Ex2為0.7%x～1.5%x范圍內,此時要求射表誤差Ex1≤0.3%x。射擊諸元準備誤差包括測地準備誤差(決定炮陣地坐標和目標的坐標誤差、高程誤差)、氣象準備誤差、彈道準備誤差(發動機裝藥溫度偏差、裝藥批號差異)、技術準備誤差(如射擊諸元裝訂誤差、操瞄系統誤差等)等,作為系統誤差與射表誤差一起組成射擊誤差。

對于制導末敏彈射擊諸元準備誤差主要是測地準備誤差和氣象準備誤差。由于末敏子彈帶傘飛行,氣象測定誤差以及氣象探測結果的時效性和空間有效性是造成射擊諸元準備誤差的主要原因。

射表精度與射擊試驗用彈量息息相關,目前傳統野戰火箭射表編擬射擊試驗耗彈量200發左右[11]。對于制導火箭這類價格昂貴的彈藥,難以沿用普通彈藥射表編擬方法。

考慮到制導末敏彈射表用途主要是為指揮射擊和獲得有效的炮兵火力射擊所需的彈道整體數據、射擊偏差修正數據及彈道空域與飛行特性,加之制導彈藥造價昂貴,因此制導末敏彈射表精度誤差不大于0.6%x。

3 結束語

隨著彈箭技術的發展,需要同步建立和完善制導末敏彈、末制導炮彈等新型彈藥的射表編擬方法。制導末敏彈射表編擬技術研究是對傳統射表編擬技術的又一次革新與發展。文中通過對制導末敏彈作用原理、彈道特點和發射流程闡述,結合制導末敏彈彈道特性,提出了制導末敏彈射表內容、格式及射表精度要求,為制導末敏彈射表編擬奠定了技術基礎,同時也為其他類似制導彈藥射表編擬提供設計參考。