我國直升機載導彈發射裝置的研究現狀及發展趨勢*

李端松,張大治,張 登,武曉攀,杜青山

(西安現代控制技術研究所,西安 710065)

0 引言

直升機載導彈發射裝置是用于懸掛、發射或投放機載導彈的機電一體化產品,其特征是在導彈發射時賦予導彈一定的初速度和初始射向,是直升機載導彈武器系統的重要組成部分[1]。直升機載導彈發射裝置的研制和發展與武裝直升機及其導彈武器系統的發展密切相關。近年來,我國武裝直升機的綜合性能不斷提高,其導彈武器系統也朝著系列化、超視距作戰、全方位攻擊的方向快速發展[2],為了適應新時期武裝直升機及其導彈武器系統的作戰使用需求,直升機載導彈發射裝置的研制和開發工作也受到了使用方的高度重視。文中將從發射裝置的分類、研究現狀和發展趨勢等方面對我國直升機載導彈發射裝置進行詳細論述。

1 直升機載導彈發射裝置的組成

直升機載導彈發射裝置是機電一體化產品,由發射架和發射控制單元兩部分組成。發射架是發射裝置的結構部分,也是發射控制單元和導彈掛載的基體,一般包括架體、發射導軌、電氣插拔機構和鎖制器等部分。發射控制單元是實現載機火控系統與導彈之間信息和命令交互的中樞單元,具有導彈自檢、發射允許條件判斷、完成導彈發射等功能,一般由箱體、連接電纜和控制電路組成。

2 直升機載導彈發射裝置的分類

隨著武裝直升機及其導彈武器系統的不斷發展,發射裝置的種類也日趨增多。根據發射裝置的掛載能力和掛載導彈種類一般還可以分成四聯裝、兩聯裝、單聯裝及混掛發射裝置等。

結合國內已裝備部隊的情況,按導彈發射方式的不同,直升機載導彈發射裝置可分為軌式導彈發射裝置和筒裝導彈發射裝置。

2.1 軌式導彈發射裝置

軌式導彈發射裝置的特點是有一條或一組引導導彈滑行的軌道,在導彈發射離軌時賦予導彈一定的初速度和初始射向,并確保載機安全和導彈發射的精度要求。根據導彈離軌方式的不同,一般分為同時離軌和順序離軌兩種[1-3]。同時離軌是指導彈的中、后滑塊(直升機載導彈一般有前、中、后三個滑塊)同時與導軌分離;順序離軌是指導彈的中、后滑塊依次與導軌分離。順序離軌在導彈發射時存在“導彈頭部下沉”現象,優點是滑行距離長,可以獲得較高的離軌速度,減小導彈發射時的初始擾動;同時離軌沒有“頭部下沉”問題,但在同樣的發射裝置尺寸情況下,滑行距離短,離軌速度相對較低。目前我國直升機載空地導彈大部分采用同時離軌的方式。軌式導彈發射裝置結構簡單、技術成熟,國外很多典型的直升機載導彈武器系統也普遍采用,如“海爾法”導彈、“小牛”導彈等。

2.2 筒裝導彈發射裝置

筒裝導彈發射裝置的主要功能是實現筒裝導彈的機械鎖定和電氣連接,并在導彈發射時轉換和緩沖部分后坐能量。根據筒裝導彈與發射裝置安裝的相對位置關系,筒裝導彈發射裝置可分為托架式和吊掛式。我國直升機載導彈采用筒式發射的較少,比較典型的是直11WB武裝直升機空地導彈武器系統,采用托架式筒裝導彈發射裝置,用于發射AKD8空地導彈和AFT-8Z空地導彈;國外采用筒式發射的典型代表有以色列的“長釘-ER”反坦克導彈四聯裝發射裝置。

3 我國直升機載發射裝置的研究現狀

與美國、歐洲以及俄羅斯等軍事強國相比,我國的直升機載導彈發射裝置研究起步比較晚,在技術方面還存在較大差距[4],具體表現在以下幾個方面。

3.1 通用化程度低

我國直升機載導彈發射裝置的通用化研究尚處于起步階段,關于通用化兼容設計的相關標準、通信協議規范建立不夠完善,大部分發射裝置都是針對某型導彈專門研制,不具有向前或向后的兼容性,各型直升機、直升機載導彈及相應的發射裝置通常有各自特有的機械、電氣接口,基本上形成了“一架一機”、“一架一彈”的格局,導致各型導彈混掛兼容難度較大,因此,發射裝置的型號隨著空地導彈的研制不斷增加,不僅極大阻礙了載機作戰使用效能的發揮,降低了武器系統使用的靈活性,而且也增加了研制成本,加大了部隊維護和后勤保障負擔。相對而言,美國等軍事強國發射裝置的通用化水平較高,M299/M310是美軍一款比較有代表性的直升機載通用發射裝置,其能夠兼容發射“海爾法”系列多型導彈,M299/M310發射裝置分別如圖1、圖2所示。

圖1 M299發射裝置

圖2 M310發射裝置

3.2 發射裝置類型單一

目前,我國的直升機載導彈發射裝置大多數為外掛、導軌式布局,結構形式簡單、類型單一,多用于常規速度載機平臺的導彈發射。經過多年的發展,武裝直升機在超高速巡航、超機動作戰以及隱身性等方面取得了重大進步,直升機載導彈也從幾公斤到上百公斤呈現系列化發展,傳統的外掛、軌式發射裝置已經不能滿足武裝直升機及其導彈武器系統的作戰使用需求,特別是在直升機超高速、超機動作戰使用時導彈發射動力學方面的問題不斷凸顯出來。近年來,美國一些軍事大國已經把直升機載外掛保形發射裝置、內埋發射裝置以及彈射投放技術列入了優先發展的目標,并取得了成熟的應用,如美國S-97直升機保形發射裝置(如圖3)和RAH-66科曼奇內埋發射裝置(如圖4)。

圖3 S-97直升機保形發射裝置

圖4 RAH-66科曼奇內埋發射裝置

3.3 發射裝置輕量化程度低

由于武裝直升機平臺的振動、沖擊等力學環境比較惡劣,為了適應復雜惡劣的力學環境,我國直升機載導彈發射裝置的設計相對國外(同等重量級的負載情況下)直升機載發射裝置較為笨重,新材料、新工藝在發射裝置設計與制造過程中應用不夠廣泛,不僅影響武裝直升機的機動性能,而且嚴重降低了武器負載的掛在能力,削弱了武裝直升機平臺的戰斗力。美國的通用四聯裝發射裝置M299A1、兩聯裝發射裝置M310A1與國內某型通用發射裝置的重量及承載能力對照表見表1。

表1 發射裝置重量及承載能力對照表

4 我國直升機載發射裝置的發展趨勢

隨著軍事技術的進步,我國武裝直升機朝著更加高機動性、敏捷性、隱身性的方向不斷發展,直升機載導彈武器系統在多目標打擊能力、全方位攻擊模式、微型化、智能化等方面也不斷提高,傳統的發射裝置已經不能完全滿足武裝直升機及其導彈武器系統的發展需求。為適應載機平臺和武器系統快速發展的需要,我國直升機載導彈發射裝置的發展趨勢主要體現在以下6個方面。

4.1 通用化發射裝置

基于我國現役武裝直升機載導彈發射裝置通用化程度低的現狀,結合未來武裝直升機的作戰使用特點和需求,進行發射裝置的通用化研究,提升載機平臺-發射裝置-導彈之間的互適性和通用性,是提高武裝直升機及其導彈武器系統綜合作戰效能的當務之急[5]。通過建立呈現系列化的、通用化的彈-架接口、電氣接口標準,規范載機懸掛物管理系統和武器系統之間的通信協議,實現發射裝置“一架多彈”、“一架多機”的通用化配置體系也是直升機載發射裝置未來發展的必然趨勢。隨著直升機載導彈武器系統的系列化發展,實現發射裝置的通用化,不僅能夠有效降低導彈武器系統的研制經費,縮短研制周期,還能最大程度減少部隊維護保障需求,改善部隊的綜合保障能力[6]。

通過深入研究,發展能夠適應海軍、陸軍、空軍三軍通用且能夠適應武裝直升機、戰斗機和無人機等不同載機平臺的發射裝置,不僅能夠最大程度的滿足載機平臺不同的作戰使用需求,對于提高武器系統使用的靈活性也有著重要意義。

4.2 內埋式發射裝置

傳統的外掛型發射裝置飛行阻力大,對載機的機動性能損失嚴重。隨著我國武裝直升機朝著高速、高機動方向的發展,整機氣動外形的減阻優化設計至關重要。發射裝置采用內埋式方案是對武器系統進行減阻設計、優化整機氣動外形的最理想選擇,它能最大限度減小武器系統給載機帶來的氣動阻力。但是,內埋發射裝置設計難度較大,需要考慮武器系統結構尺寸空間不足和發射分離問題,需要對武器系統結構布局進行小型化設計,研究解決武器發射分離時彈倉內及其周圍氣流對導彈發射的干擾問題,才能實現直升機平臺與武器系統的最佳“融合”[7]。我國在直升機載內埋式發射裝置方面的研究還處于起步階段,美國、俄羅斯和西歐許多國家技術相對成熟,最典型的應用是美國的RAH-66科曼奇武裝直升機,其機身兩側各有一個武器艙,可以安裝多種空地、空空導彈和火箭彈,其結構布局如圖5、圖6所示。

圖5 RAH-66武器艙內部結構

圖6 武器艙打開發射武器狀態

4.3 外掛保形發射裝置

減小武器系統對載機飛行阻力的另一種途徑是對發射裝置與載機進行共形、保形設計,即采用短翼與武器掛架結合的方式掛載武器,或者采用發射裝置外貼機身掛載,同時對武器掛架進行減阻與保形性設計。外掛保形發射裝置采用特殊的型面設計,不僅能夠減小外掛武器對飛機氣流干擾,還能有效減小飛機的雷達波反射面積,具有優良的隱身特性。外掛保形發射裝置按保形程度可分為半保形懸掛和全保形懸掛兩種。采用外掛保形的設計方案對武器掛載數量有限制,但較為容易實現。國外第2、第3代戰機許多都采用了半埋式保形掛架,現在已經開始在高速直升機上展開應用,西科斯基公司的S-97復合式高速直升機就是采用了外掛保形發射裝置設計,如圖3所示。

4.4 智能化發射裝置

武裝直升機是奪取、控制超低制空權的重要武器,在現代戰爭中的作用日益顯著,它不僅要求作戰飛機能夠尾追、迎頭、側向對目標發起攻擊,還要能在任意姿態下后向攻擊目標,具備全方位打擊能力。武裝直升機的傳統攻擊模式要求被攻擊的目標必須處于本機前方,且在制導武器離軸包線以內,否則將無法構成發射條件,對整個武器系統作戰使用造成了極大的制約。為了滿足武裝直升機在未來戰爭中的作戰使用需求,研制一種在載機飛行的過程中能夠根據被跟蹤目標和載機之間相對位置(俯仰、偏航)的變化不斷隨動修正射向且具備全方位攻擊能力的智能發射裝置具有重要的意義。由于智能發射裝置具備隨動功能,在直升機飛行的過程中能夠有效增加制導武器的視角,擴大武器的跟蹤和攻擊范圍,并且可采用后向發射后向攻擊技術(相對于越肩發射后向攻擊技術)直接摧毀后向目標,具備全方位攻擊能力,能夠極大提升武器系統作戰使用的靈活性,增強武裝直升機的戰斗力。

4.5 組合型發射裝置

在現代空戰中,武裝直升機執行的任務類別朝著多元化的方向發展,在瞬息萬變的戰場環境中,需要根據作戰任務類別的變化快速更換配備的武器構型。為了滿足武裝直升機在新時期新形勢下的作戰使用需求,執行多種類型的攻防任務,對發射裝置的發展提出了通用化、模塊化、智能化的技術需求[8]。組合型發射裝置是指通過建立開放式的系統構型和軟件框架,制定通用化、標準化的互連接口,對發射裝置各功能部分進行模塊化設計,提高懸掛物管理系統與武器之間的互換性和通用性。例如實現發射裝置四聯裝與兩聯裝的切換、彈射式發射裝置與軌式發射裝置的切換、導彈發射與火箭彈發射裝置的切換等。

組合式發射裝置具有很大的戰術機動性和使用靈活性,在上世紀90年代,美空軍就提出了在先進的彈射發射裝置基礎上增加導軌發射裝置的雙工作模式的組合設計方案,對于提高飛機綜合作戰效能有著重要的意義,也是我國直升機載導彈發射裝置未來發展的必然趨勢。

4.6 發射裝置輕量化

近年來,直升機載導彈已經從幾公斤到上百公斤呈現系列化發展,結合武裝直升機未來高機動性、敏捷性的作戰使用需求,對發射裝置的發展提出了小型化、輕量化及大承載能力的技術需求。為此,一方面需要針對國內外的新型材料、新型工藝,在直升機載發射裝置等組件的設計上開展應用研究,在保證剛、強度的前提下實現直升機武器系統的輕量化、小型化設計;另一方面,開展先進、成熟的民用科技成果適時向軍用領域轉移應用研究,利用先進的民用新型材料、新工藝技術,進行武器系統的環境適應性改進技術研究。

5 結束語

文中闡述了我國直升機載發射裝置的分類、結構形式,分析了國內直升機載發射裝置存在的不足,以及與國外軍事發達國家存在的差距,在此基礎上,分析了我國直升機載發射裝置的發展趨勢,以期逐步提高我國直升機載導彈發射裝置未來在通用化、`集成化、智能化、模塊化、輕量化等方面的技術水平。