面向低成本发展战略的导弹火工系统货架建设

史若冲，姜 开，魏 敏，陈俊杰，杨大伟



面向低成本发展战略的导弹火工系统货架建设

史若冲，姜 开，魏 敏，陈俊杰，杨大伟

（中国运载火箭技术研究院，北京，100076）

低成本发展战略是战术导弹发展的重要趋势。本文从导弹总体设计角度，对火工品进行了功能性和系统化梳理，给出了火工品总体设计要求；基于火工品基本型和关键属性辨识，提出了火工系统选型货架以及基于产品化思想的火工系统货架产品架构方案；最后从技术和管理两方面提出了导弹武器火工系统货架产品的低成本发展战略构想。

火工品；导弹；产品货架；低成本

火工品是指装有火炸药，受外界能量激发后产生燃烧或爆炸，用以引燃、引爆、作机械功或产生特定效应的一次性使用装置的总称。由于火工品具有体积小、比能量大、使用简单、作用时间短、功能可靠和性能可设计等优点[1-2]，其在导弹上的用途极为广泛。

火工品是导弹飞行过程中控制回路的执行元件之一，通过点火、起爆、传爆、传火（包括延期）、作功等一系列作用[3]，在导弹动力系统、分离系统、姿控系统及特定功能系统中完成特定的动作，火工品对导弹飞行成败起到关键性作用。

由于国内导弹武器型号多，火工品担负功能具有独特性，导致火工品种类和产品规格繁多、不成体系。多数火工品为旧型号定制产品，新研武器仍需开展新火工品的研制，导致导弹火工系统的研制试验成本高、配套种类多、维修保障性差等问题，同时火工品在受零风险、高成熟度的质量管理约束下，新技术应用匮乏，火工品技术落后、性能低。

在市场化竞争日益剧烈和导弹武器型谱化快速发展的背景下，火工品诸多不利因素影响到了导弹火工品设计过程中的快速选型及低成本应用，导弹对火工品系列化设计和货架构建的需求越来越迫切。本文在整理导弹各系统中火工品组成和功能的基础上，辨识出导弹火工品基本型及其关键特性，按照满足应用需求、合理、可行及兼顾未来发展的原则，对导弹火工品选型货架进行规划，采用产品化思想对选型货架成熟化应用，从而形成火工系统货架产品，并提出了火工系统货架的低成本发展战略。

1 面向总体需求的导弹火工品选型货架规划

1.1 导弹火工装置的应用

1.1.1 发动机点火

发动机是导弹飞行的动力，发动机内部一般设有小火箭式点火装置，点火装置是发动机发火的直接输入。点火装置一般由电起爆器、安全机构、导爆索组件、隔板点火器和点火器组成。当控制系统发出点火信号后，高电流将电起爆器起爆，经安全机构引燃导爆索，传递至隔板点火器，将发动机内的点火器点燃，进一步引燃发动机内的药柱，发动机发火工作。

1.1.2 发动机自毁

自毁装置是在导弹飞行发生故障时，实现发动机卸压或爆毁。自毁装置一般由电起爆器、安全机构、导爆索组件、聚能切割索组成。在满足导弹自毁条件下，自毁信号高电流将电起爆器起爆，经安全机构引燃导爆索，继而引燃聚能切割索，将发动机切壳完成自毁。

1.1.3 分离与反推

分离装置可实现导弹飞行中抛掉多余无用质量。根据分离引爆装置的类型分为两类：一类由电起爆器、导爆索组件、点式分离火工品组成；另一类由电起爆器、线式分离火工品组成，线式分离火工品包括聚能切割索、柔性导爆索等。分离信号发出后，高电流将电起爆器引爆，点式分离火工品炸开连接紧固件，线式分离火工品炸开壳体削弱槽，实现上面级和下面级分离。反推装置产生分离冲量，使两分离体具有相对的分离速度。反推装置一般由电起爆器、导爆索组件、隔板点火器和固体小火箭组成。电起爆器引燃导爆索，传递至隔板点火器，点燃固体小火箭。

1.2 火工品总体设计要求

火工品总体设计要求包括：（1）安全性要求：火工品是导弹的敏感部分，其意外发火可能引起灾难性的后果，设计时应有尽可能低的安全失效率，建议尽可能选用钝感电起爆器、安全机构和无起爆药等火工品。（2）可靠性要求：火工品是导弹的激发元件，其作用失效将造成导弹功能失效，设计时首先要确定可靠性要求。可靠性设计应贯彻标准化和统一化思想，采取冗余设计和合理的裕度设计措施。（3）环境适应性要求：火工品在导弹武器系统中，面临着复杂和恶劣的工作环境，如运输、贮存、使用等过程中的光照、高低温、烟雾、静电、电磁、冲击、振动、磕碰等，火工品易受环境力的诱发，不仅会产生性能衰变而失效，还有可能被敏化意外激发。环境适应性设计应采取诸如全密封、静电泄放等措施。（4）协调性要求：火工品常以爆燃或爆轰形式来激发火工系统，除要考虑单个火工品的性能外，还要考虑系统内部的合理匹配关系，包括能量、冲量、结构、时间、外形和功能等参数。协调性设计包括火工品时序精准控制、火工品推力一致性要求，火工系统中点火、传爆、终端元件保持一致，同时简化传递环节。（5）其他要求：如储存性要求、继承性和先进性要求。火工品需要随导弹放在一定条件下贮存，一般要求贮存期为15a甚至更长，要求火工品长期贮存性能稳定。成熟产品技术相对落后，而新技术会带来可靠性风险[4]，设计时应采用多种成熟技术与少数新技术巧妙地有机组合。

1.3 导弹火工系统选型货架规划

本文提出了“类、型、系、体”的火工品分类体系，其中“类”根据火工品在火工装置中作用位置进行分类，“型”是组成火工系统最基本功能的种类，“系”是按基本型首要属性而形成的系列，“体”是按次要属性形成火工系统货架的最小组成单元。

首先需要对火工品基本型进行辨识。通过对导弹火工品的应用系统分析，结合总体设计需求，划分出导弹火工品的基本型。基本型确立的原则为“择优弃劣、减少种类；兼顾前沿、注重通用”，对已经淘汰或技术落后的产品不再考虑，尽量减少基本型的数量，提高产品的通用性。形成的火工品基本型包括：（1）起始类火工品：电点火器、电起爆器、隔板点火器等；（2）传导类火工品：安全机构、导爆索组件等；（3）终端类火工品：切割索、爆炸螺栓、固体小火箭等。

逐个对每个火工品基本型的属性及关键程度进行辨识，结合总体设计要求，对总体需求能力的重要性进行主要评估，详见表1。

根据辨识出来的火工品基本型和关键属性，结合总体对火工品的设计要求与火工品技术发展趋势，整理出火工品选型货架，见图1。每个系列内的火工品个体由于电气或机械接口一致，需要防差错设计。

表1 基本型属性评估

Tab.1 The evaluation of basic attribute

图1 火工系统选型货架

2 导弹火工系统货架产品架构及低成本发展战略

2.1 基于产品化思想的火工系统货架产品架构

2.1.1 产品化定义

产品化的目的是将发明、创新、研究和开发取得的科技成果、试验品转换为质量可靠、可稳定重复生产的产品。它以通用化、模块化和系列化的“三化”为内部核心，以市场需求为牵引，经成熟化应用，形成健全的货架产品体系，如图2所示。

产品化在解决趋势类发展问题上体现出了较强的潜力，对于快速提高企业生产效率，提升产品灵活程度和综合效能，推动技术和管理创新，增强企业市场竞争力具有重要优势。

产品化作为近年来国内外广泛采用的技术和创新手段，是推进火工系统向“高可靠、低成本、短周期、强通用、快升级、好维护”方向发展的关键举措。火工系统货架建设应以火工系统选型货架为根本，在产品化指导下，开展火工系统货架产品架构。

图2 产品化定义

2.1.2 火工系统选型货架的“三化”设计

发展通用化是最大限度地扩大同一单元的使用范围，在多个火工品基本型设计中，设计相同的结构件、通用结构件的数量越多，火工品生产成本越低。发展模块化是对一定范围内的不同产品进行功能分析和分解，设计生产出由统一电气接口和机械接口的通用模块，如导爆索组件中的通用歧管和通用输出接头，其中4路通用歧管可满足2~4路点火传递的要求。发展系列化是根据同一类产品的发展规律和使用要求，对主要参数进行合理规划，以实现对不同型号导弹需求的覆盖。

2.1.3 面向市场化的火工系统选型货架搭建

在通用架构和产品重组的全过程中，火工系统选型货架应该以满足未来武器系统需求为根本出发点，立足市场需求和发展方，及时对基本型种类进行扩充。如第三代火工技术发展的激光点火与起爆技术、直列式起爆技术等，应将激光点火器和冲击片点火器作为基本型优先加入选型货架中，供相关型号选择。该发展方式既满足了型号技术的先进性，同时推动了火工品承研单位的产品开发能力的提升。

2.1.4 货架产品的成熟度提升

在火工系统货架产品建设初期阶段，应以总体选型货架为基础，梳理已有的成熟火工产品性能，对于满足选型货架要求的产品，将其加入火工系统货架中。在新研型号或成熟型号改制时，若在选型货架中选择的火工品若尚未加入火工系统货架，则总体单位向火工品承研单位下发研制任务书，依次开展火工品的样机生产、批量试验及评审，将经过成熟化处理的火工品加入火工系统货架中。

2.1.5 基于标准化的货架产品架构

标准化工作是指导引领未来发展，明确技术走向，提升设计能力的根本。在货架建设的基础上，以创新性和先验性项目为依托，采取“统筹规划、总结经验、共性提炼、形成标准”的模式，建立起战术武器火工品标准体系，将标准应用于产品的研制、生产和应用中，形成完整的技术链、产业链和价值链，实现不断替代和升级。

2.2 火工系统货架低成本发展战略

火工系统货架产品发展是降低成本，提升企业市场竞争力的实质性工作。为高效推行火工系统货架建设，实现产品低成本研制与生产，需要做好由面向国家的专项研发模式向面向市场的企业研发模式的体制变革，落实产品化成果，从技术、管理两方面同时发力。

2.2.1 技术方面

采取“技术牵引进步、创新牵引发展”的发展战略，火工系统货架建设应更加注重于目标和需求导向，走关键项目突破、全局系列规划的路线，将“精雕细刻”、“因用户而异”的昂贵“定制品”改造为可以重复制造的廉价“通用产品”，实现“降种类增数量，降状态提质量”。

2.2.2 管理方面

采取“基础技术研究-预研试验-型号应用”的发展战略，由于单一型号研制无法实现全局技术推进，需要改变管理模式，建立一套管理和督导机制，推进基础技术的研究和具体应用，真正实现研究成果可落实、技术推进可持续、通用技术可推广。

3 结语

火工品在导弹各功能系统中发挥了举足轻重的作用，随着导弹的快速发展，火工系统货架构建显得越来越迫切。本文通过研究探索，形成了面向总体需求的导弹火工品选型货架规划、基于产品化思想的火工系统货架产品架构方案，以及火工系统货架低成本发展战略。

本文提出的货架方案，是以导弹火工装置组成和总体设计要求为着力点，以产品化为主导思想，由基本型和关键属性建立的火工系统选型货架为根本建设条件，形成了由“三化”导向，以市场化牵引，通过成熟化手段，最终将火工品进行货架化管理的建设方案。该方案有效解决了火工品设计效率低下、成本居高不下等突出问题，加快了火工品成熟度的提升，推进了火工品研制和市场开发。

本文还从技术和管理两条主线对推动火工系统货架的发展提出了合理的战略，为火工系统货架建设中的问题提供了解决方案，提高了产品化工作推进的效率，明晰了火工系统货架向低成本发展的方向。

[1] W David Fahey, Joseph E Carvalho. Optical built in test (BIT) for laser (diode) initiation systems[C]//38th AIAA, 2002.

[2] 叶迎华.火工品技术[M].北京:国防工业出版社, 2014.

[3] 刘竹生.航天火工装置[M].北京:宇航出版社, 2012.

[4] 蒋家荣.钝感火工装置的发展与应用[J].航天标准化,2003 (01):4-6.

Shelves Construction of Missile Pyrotechnics System Oriented to Low Cost Development Strategy

SHI Ruo-chong, JING Kai, WEI Min, CHEN Jun-jie, YANG Da-wei

（China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076）

Low coat strategy is the development trend of tactical missile development. The overall design requirements based on the functional and systemic pectination of missile pyrotechnics were proposed, from the angle of overall missile design. Type selection shelves and shelves-product architectural solutions from productization ideas of pyrotechnics system were carried out, based on the establishment of basic model and identification of critical product attribute. Finally, the low cost development strategy of missile weapon pyrotechnics system product shelves was presented, from the aspects of technology and management.

Pyrotechnics system；Missile；Product shelves；Low cost

1003-1480（2017）05-0008-04

TJ450

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2017.05.003

2017-05-05

史若冲（1987-），男，工程师，主要从事飞行器总体设计研究。