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轨控推力矢量技术在防空导弹上的应用研究

屈英
摘要：近年来，我国的现代化建设的发展迅速，传统的防空导弹采用空气舵对导弹实施控制，从指令输出到需用过载产生需要较长的时间，一般在低空需要0.3s左右，在高空需要0.6s左右。对于追求精确制导的现代防空导弹，需要在短时间内提供较大的可用过载，空气动力控制方式显然已不能满足精确制导需求。目前比较广泛采用的侧向喷流推力矢量方法是提高防空导弹可用过载大小和快速性的主要技术途径之一。此外，在中高空飞行时，由于空气稀薄，防空导弹空气舵的作用力明显下降。为了提高防空导弹中高空的可用过载能力，也需要通过侧向喷流推力矢量方法来控制导弹。
关键词：轨控推力矢量技术;防空导弹;应用研究
1轨控侧向喷流与导弹气动外形布局匹配设计
1.1鸭式布局
鸭式布局空气舵安装在导弹头部，侧向喷流在舵面后方，基本不用考虑喷流干扰效应对舵面法向力的影响，空气舵法向力放大因子一般等于或大于1。因此，鸭式布局与喷管出口布置匹配设计主要考虑喷流对全弹法向力的影响和喷流引起的扰流不对称性导致的侧向干扰。鸭式布局侧向喷流喷管出口在弹身上的布局一般在0.47～0.50（以头部尖点为参考起点，导弹总长为参考长度）。喷流干扰效应多数情况下会引起全弹法向力正增益，但是增益不宜过大，需要综合考虑舵面效率、导弹重心和压心匹配设计，否则正增益引起的气动干扰力矩会影响导弹的稳定控制和制导精度。此外，喷流条件下鸭式布局导弹的飞行攻角不宜过大，通常控制在12°以内，否则侧向干扰会比较严重，尤其是喷流出口象限角度（即Φ角）相对在舵面非对称位置，在大攻角下弹身扰流、舵面洗流和喷流扰流相互耦合比较严重，干扰的不确定性增强。
1.2正常式布局
正常式布局侧向喷流对导弹法向力和空气舵法向力的影响比较明显，主要原因是喷管出口布置在弹身中部的重心附近，弹翼通常也布置在弹身中部，且弹翼是导弹产生升力的主要部件，因此喷流干扰效应通常会引起全弹法向力负增益。舵面在弹身尾部，距离喷流扰动核心区相对较远，受到喷流干扰效应的影响相对较小，负增益相对减小。基于上述原因，为了降低喷流干扰效应对全弹法向力的负增益影响，正常式布局常用的措施或方案是将喷管出口设置在弹翼翼梢，譬如ASTER15/30防空导弹。
2防空导弹协同作战特点
传统上防空导弹拦截目标主要采用单对单的方式，在面对巡航导弹和战机等来袭群目标时，一方面随着目标机动能力和干扰能力的提高，导弹容易在拦截过程中丢失目标;另一方面，由于高威胁和高价值目标隐藏在集群中，使得导弹发射后很难改变拦截目标。采用协同作战将有助于提高对群目标的拦截效率：1）导弹发射后可根据实时探测信息快速改变拦截目标的能力;2）可对不同威胁、不同价值的目标进行差异化拦截;3）可在复杂干扰下高效拦截机动目标，降低目标不可逃逸区。因此，快速任务分配和分配后的协同制导是防空导弹协同作战发展的必然趋势。一般任务分配包括完全集中式、完全分布式、分层集中式和分层分布式四种框架。考虑到防空导弹协同作战效率、实时性和抗干扰需求，本文建立了如下集中-分布式任务分配框架，有效提高了任务分配效率。
3先进防空导弹发展的技术要点
3.1防空導弹总体设计技术
以通用化、模块化设计为指导思想，基于成熟的气动外形，通过增加助推器的形式实现导弹的快速迭代和族化发展;以“更高拦截、更远拦截”为防空导弹的发展方向，通过气动外形、动力系统优化设计，提升导弹的末速及平均速度，有效降低制导控制系统的设计压力，提升武器系统的作战远界。导弹可采用无翼式布局或小边条翼布局，适应导弹的高速飞行能力;通过放宽静稳定性设计，在拦截点实现中立稳定或一定程度的静不稳定，提升导弹的快速响应能力。动力系统多通过研制双脉冲或多脉冲固体火箭发动机、超高燃速固体火箭发动机，提升导弹的能量管控能力和高速高加速能力，拓展导弹的作战远界。
3.2轻小型化一体化弹上设备技术
为适应先进防空导弹小型化、轻质发展化趋势，弹上设备可采用一体化设计技术。一体化设计技术将传统导弹的弹上信息处理器、电气控制装置、指令接收机、捷联惯性测量装置、遥测采编器、遥测发射机等设备进行一体化集成设计，通过总体设计技术将功能相近的功能模块进行统一设计，数字处理功能模块在飞行管理模块实现;采用供电一体化技术，实现了一体化测量控制装置的集中供电;采用结构一体化技术，整舱的结构一体化设计节省了舱内体积，减少了整舱重量;采用信息处理交互一体化技术，将信号种类进行分类，采用多种总线信息交互的方式，提高了信息交互的实时性，降低了接口的复杂度。
3.3大威力、高精度探测技术
大威力、高精度探测技术是应对隐身目标威胁的基础。隐身目标RCS一般为0.01～0.1m2，为实现远距、高精度探测，可重点发展大功率相控阵导引头技术。相控阵雷达导引头通过加大T/R模块功率提升对目标的探测距离;相控阵导引头跟踪带宽大，角速度跟踪能力强，具备波束快速电扫角度搜索能力，可实现对目标在速度、距离和角度上的搜索、探测、截获和跟踪，大大降低了对外部雷达要求，满足远距高精度作战需求。同时，相控阵导引头高频去耦性能好，隔离弹体扰动能力强，可靠性高，通过与引信一体化设计可实现设备的小型化设计。
结语
1）本文采用的基于导弹拦截目标能力预测的快速任务分配方法，在传统以飞行路径进行规划的基础上，通过增加机动和转弯代价兼顾导弹的命中精度要求，为后续解决大弹目相对速度条件下的快速任务分配提供了思路。2）通过设计基于多弹交互信息的时间/角度协同制导律，能够实现不依赖于对期望命中时间/角度的初始规划，使多弹作战具有更高的自主性和灵活性。同时与滑模制导等非线性制导方法相比，在多弹时间/角度约束下的初始过载需求更小，末端更容易命中目标。
参考文献
[1]高峰，唐胜景，师娇.推力矢量控制技术在导弹上的应用[J].飞航导弹，2010（12）：52-59.
[2]徐斌.“爱国者”系列地空导弹[J].地面防空武器，2004（3）：19-24.
（新疆阿克苏市库车县69223部队 新疆 阿克苏市 842300）

-全文完-