防空導彈快速概念設計開發平臺應用需求分析

申智 萬佳慶

摘要：典型的防空導彈設計過程按照系統工程的觀點，通常分為三個階段：概念設計、初步設計和詳細設計。文章主要針對防空導彈快速概念設計的開發平臺進行應用需求分析，圍繞防空導彈快速概念設計內涵、概念設計的目標、概念設計的必要性、導彈概念設計涉及的學科專業、設計手段等方面進行詳細闡述。

關鍵詞：防空導彈；快速概念設計；需求分析

中圖分類號：TJ760 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）03-0054-02

典型的防空導彈設計過程按照系統工程的觀點，通常分為三個階段：概念設計、初步設計和詳細設計。根據波音公司統計，概念設計所花費的費用只占整個系統全壽命費用的約1%，但它卻決定了整個系統全壽命周期費用的70%。正是基于概念設計階段在全壽命周期費用中的重要作用，因而，必須采用各種優化技術和手段，大力提高概念設計階段的質量。

一、防空導彈快速概念設計的內涵

在防空導彈概念設計階段，主要進行防空導彈方案論證及發展戰略制定，確定防空導彈的外形、載荷、尺寸、質量及總體性能等。

防空導彈概念設計涉及氣動、彈道、動力、總體布局、結構及控制等多學科專業，而且各學科之間相互影響、相互耦合。因而，導彈快速概念設計是要充分利用各個學科之間的相互耦合可能產生的協同效應，以獲得最優的導彈總體方案。導彈快速概念設計是典型的多學科問題，在新型導彈中表現更為突出。由于新型導彈的基本特性和學科相互影響關系復雜，較難形成閉合的、高質量的總體方案。為了解決此問題，總體人員必須要深入了解導彈各學科的特征和相互影響關系，并從頂層建立新型的一體化設計流程，即建立防空導彈快速概念設計平臺。通過各學科的模塊化并行設計來縮短設計周期，通過考慮學科之間的相互耦合來挖掘設計潛力，通過系統的綜合分析來進行方案的選擇和評估，通過系統的高度集成來實現導彈的自動化設計，通過各學科的綜合考慮來提高可靠性，通過門類齊全的多學科綜合設計來降低研制

費用。

二、目標和內容

防空導彈概念設計應處于防空導彈研制的最早階段，是在戰術技術任務提出后，其開展目的包括以下三個方面：

1．根據總體指標要求，確定防空導彈的主要特征，以滿足質量、尺寸、精度以及毀傷效果的設計

要求。

2．確定防空導彈設計可能達到的總體指標要求，作為研制考核依據。

3．形成各分系統指標，為其開展詳細的設計和研制工作提供依據。

其中，第1項工作是核心，第2項是通過反復調整第1項的輸入實現；第3項是第1項任務的結果。

根據防空導彈的組成特點，這些特征包括：外形、部位安排、彈道設計、彈體結構、動力裝置、制導控制系統、引戰系統、電氣系統。其中，按照防空導彈組成特征和使用原理特征，可將其分解為圖1所示的各種設計工作：

圖1防空導彈設計內容

其中，發動機、導引系統、控制器件、舵系統、引信、戰斗部、能源等彈上設備在概念設計階段不進行詳細設計，僅考慮影響全彈質量、尺寸、精度、毀傷效果的特征設計。

（二）快速概念設計的必要性

防空導彈概念設計的困難性表現在：

1．在各種設計活動中涉及到大量計算過程，即使是這些設計活動完整執行一輪，其計算工作量也非常可觀。因此，難以開展大規模設計選型工作，限制了防空導彈的設計自由度。

2．涉及到多個專業學科，大規模的子設計活動，而這些設計活動之間的輸入輸出又是相互關聯的，如何使設計活動的輸入輸出達到最佳的、匹配的狀態需要開展大量的指標協調工作，具有很大的

難度。

3．指標協調過程中面臨設計活動輸入條件的不斷改變，而這些設計活動需要反復進行。因此，進一步加劇了設計工作的負擔。

我國現有的防空導彈設計大都是在已有防空導彈型號上進行小規模的調整，其中非常重要的原因是由于缺少快速設計手段，盡可能避免設計工作的反復性，但這種思路從很大程度上限制了防空導彈的發展跨度。為此，我們必須尋求更為快捷的防空導彈概念設計方法。

（三）快速概念設計手段

根據以上概念設計的困難性，提高其快速性的手段包括：

1．提煉形成流程化、程序化的概念設計過程，并開發支持流程快速構造和數據自動交互的軟件工具，提高設計工作銜接快速性。

2．發展快速的專業計算模型（包括設計和分析），縮減整體計算規模。

3．融入多學科耦合設計思想，減少概念設計整體迭代次數。

4．在確定設計特征過程中，充分應用自動數值優化和敏感性分析手段，支持參數的快速確定。

（四）概念設計的過程

概念設計涉及到多個專業內容，包括串聯、并聯、迭代的混合過程，主要涵蓋總體、氣動、動力、彈道、結構、控制、引戰等專業。導彈總體根據戰術技術指標提出多種方案設想，并進行戰術技術指標協調分配，初步預估導彈的發射質量、外形尺寸、發動機總沖等技術指標；氣動、動力專業根據總體分配的戰術技術指標進行分系統方案優化設計；彈道專業根據氣動參數、發動機內彈道數據、導彈的質量質心和轉動慣量數據，進行導引規律設計和彈道計算。彈道計算的結果作為結構載荷計算和控制專業控制彈道仿真的依據；結構進行結構設計、模態計算及熱防護設計，將模態計算結果輸出給控制專業；控制專業根據氣動數據、彈體模型及動力系數等參數，進行控制規律設計并進行協同仿真。導彈總體根據分系統初步設計結果并綜合考慮各學科相互作用的協同效應，經過層次化、系統級的綜合優化，最終形成最佳的導彈總體方案。

三、概念設計涉及專業

概念設計過程涉及的專業包括：

1．總體專業：負責總體方案構思、導彈總體技術途徑選擇、總體布局、部位安排、質量質心及轉動慣量計算等。

2．氣動專業：負責外形設計、氣動計算、氣動彈性分析。

3．發動機專業：負責發動機方案設計、內彈道計算。

4．彈道專業：負責導引規律設計、理論彈道計算、動力系數計算。

5．結構專業：負責載荷設計、模態計算、強度校核、熱防護設計。

6．制導控制專業：負責制導系統初步設計、控制回路設計、控制器件初步設計及控制彈道仿真。

7．引戰專業：負責引信、戰斗部、引戰配合設計。

參考文獻

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[4] 韓品堯．戰術導彈總體設計原理[M]．哈爾濱工業大學出版社，2000．

作者簡介：申智（1981-），男，○六一基地三○二設計研究所工程師，碩士研究生，研究方向：飛行器設計；萬佳慶（1985-），男，○六一基地三○二設計研究所工程師，碩士研究生，研究方向：飛行器控制。

（責任編輯：趙秀娟）