我国直升机载导弹发射装置的研究现状及发展趋势*

李端松,张大治,张 登,武晓攀,杜青山

(西安现代控制技术研究所,西安 710065)

0 引言

直升机载导弹发射装置是用于悬挂、发射或投放机载导弹的机电一体化产品,其特征是在导弹发射时赋予导弹一定的初速度和初始射向,是直升机载导弹武器系统的重要组成部分[1]。直升机载导弹发射装置的研制和发展与武装直升机及其导弹武器系统的发展密切相关。近年来,我国武装直升机的综合性能不断提高,其导弹武器系统也朝着系列化、超视距作战、全方位攻击的方向快速发展[2],为了适应新时期武装直升机及其导弹武器系统的作战使用需求,直升机载导弹发射装置的研制和开发工作也受到了使用方的高度重视。文中将从发射装置的分类、研究现状和发展趋势等方面对我国直升机载导弹发射装置进行详细论述。

1 直升机载导弹发射装置的组成

直升机载导弹发射装置是机电一体化产品,由发射架和发射控制单元两部分组成。发射架是发射装置的结构部分,也是发射控制单元和导弹挂载的基体,一般包括架体、发射导轨、电气插拔机构和锁制器等部分。发射控制单元是实现载机火控系统与导弹之间信息和命令交互的中枢单元,具有导弹自检、发射允许条件判断、完成导弹发射等功能,一般由箱体、连接电缆和控制电路组成。

2 直升机载导弹发射装置的分类

随着武装直升机及其导弹武器系统的不断发展,发射装置的种类也日趋增多。根据发射装置的挂载能力和挂载导弹种类一般还可以分成四联装、两联装、单联装及混挂发射装置等。

结合国内已装备部队的情况,按导弹发射方式的不同,直升机载导弹发射装置可分为轨式导弹发射装置和筒装导弹发射装置。

2.1 轨式导弹发射装置

轨式导弹发射装置的特点是有一条或一组引导导弹滑行的轨道,在导弹发射离轨时赋予导弹一定的初速度和初始射向,并确保载机安全和导弹发射的精度要求。根据导弹离轨方式的不同,一般分为同时离轨和顺序离轨两种[1-3]。同时离轨是指导弹的中、后滑块(直升机载导弹一般有前、中、后三个滑块)同时与导轨分离;顺序离轨是指导弹的中、后滑块依次与导轨分离。顺序离轨在导弹发射时存在“导弹头部下沉”现象,优点是滑行距离长,可以获得较高的离轨速度,减小导弹发射时的初始扰动;同时离轨没有“头部下沉”问题,但在同样的发射装置尺寸情况下,滑行距离短,离轨速度相对较低。目前我国直升机载空地导弹大部分采用同时离轨的方式。轨式导弹发射装置结构简单、技术成熟,国外很多典型的直升机载导弹武器系统也普遍采用,如“海尔法”导弹、“小牛”导弹等。

2.2 筒装导弹发射装置

筒装导弹发射装置的主要功能是实现筒装导弹的机械锁定和电气连接,并在导弹发射时转换和缓冲部分后坐能量。根据筒装导弹与发射装置安装的相对位置关系,筒装导弹发射装置可分为托架式和吊挂式。我国直升机载导弹采用筒式发射的较少,比较典型的是直11WB武装直升机空地导弹武器系统,采用托架式筒装导弹发射装置,用于发射AKD8空地导弹和AFT-8Z空地导弹;国外采用筒式发射的典型代表有以色列的“长钉-ER”反坦克导弹四联装发射装置。

3 我国直升机载发射装置的研究现状

与美国、欧洲以及俄罗斯等军事强国相比,我国的直升机载导弹发射装置研究起步比较晚,在技术方面还存在较大差距[4],具体表现在以下几个方面。

3.1 通用化程度低

我国直升机载导弹发射装置的通用化研究尚处于起步阶段,关于通用化兼容设计的相关标准、通信协议规范建立不够完善,大部分发射装置都是针对某型导弹专门研制,不具有向前或向后的兼容性,各型直升机、直升机载导弹及相应的发射装置通常有各自特有的机械、电气接口,基本上形成了“一架一机”、“一架一弹”的格局,导致各型导弹混挂兼容难度较大,因此,发射装置的型号随着空地导弹的研制不断增加,不仅极大阻碍了载机作战使用效能的发挥,降低了武器系统使用的灵活性,而且也增加了研制成本,加大了部队维护和后勤保障负担。相对而言,美国等军事强国发射装置的通用化水平较高,M299/M310是美军一款比较有代表性的直升机载通用发射装置,其能够兼容发射“海尔法”系列多型导弹,M299/M310发射装置分别如图1、图2所示。

图1 M299发射装置

图2 M310发射装置

3.2 发射装置类型单一

目前,我国的直升机载导弹发射装置大多数为外挂、导轨式布局,结构形式简单、类型单一,多用于常规速度载机平台的导弹发射。经过多年的发展,武装直升机在超高速巡航、超机动作战以及隐身性等方面取得了重大进步,直升机载导弹也从几公斤到上百公斤呈现系列化发展,传统的外挂、轨式发射装置已经不能满足武装直升机及其导弹武器系统的作战使用需求,特别是在直升机超高速、超机动作战使用时导弹发射动力学方面的问题不断凸显出来。近年来,美国一些军事大国已经把直升机载外挂保形发射装置、内埋发射装置以及弹射投放技术列入了优先发展的目标,并取得了成熟的应用,如美国S-97直升机保形发射装置(如图3)和RAH-66科曼奇内埋发射装置(如图4)。

图3 S-97直升机保形发射装置

图4 RAH-66科曼奇内埋发射装置

3.3 发射装置轻量化程度低

由于武装直升机平台的振动、冲击等力学环境比较恶劣,为了适应复杂恶劣的力学环境,我国直升机载导弹发射装置的设计相对国外(同等重量级的负载情况下)直升机载发射装置较为笨重,新材料、新工艺在发射装置设计与制造过程中应用不够广泛,不仅影响武装直升机的机动性能,而且严重降低了武器负载的挂在能力,削弱了武装直升机平台的战斗力。美国的通用四联装发射装置M299A1、两联装发射装置M310A1与国内某型通用发射装置的重量及承载能力对照表见表1。

表1 发射装置重量及承载能力对照表

4 我国直升机载发射装置的发展趋势

随着军事技术的进步,我国武装直升机朝着更加高机动性、敏捷性、隐身性的方向不断发展,直升机载导弹武器系统在多目标打击能力、全方位攻击模式、微型化、智能化等方面也不断提高,传统的发射装置已经不能完全满足武装直升机及其导弹武器系统的发展需求。为适应载机平台和武器系统快速发展的需要,我国直升机载导弹发射装置的发展趋势主要体现在以下6个方面。

4.1 通用化发射装置

基于我国现役武装直升机载导弹发射装置通用化程度低的现状,结合未来武装直升机的作战使用特点和需求,进行发射装置的通用化研究,提升载机平台-发射装置-导弹之间的互适性和通用性,是提高武装直升机及其导弹武器系统综合作战效能的当务之急[5]。通过建立呈现系列化的、通用化的弹-架接口、电气接口标准,规范载机悬挂物管理系统和武器系统之间的通信协议,实现发射装置“一架多弹”、“一架多机”的通用化配置体系也是直升机载发射装置未来发展的必然趋势。随着直升机载导弹武器系统的系列化发展,实现发射装置的通用化,不仅能够有效降低导弹武器系统的研制经费,缩短研制周期,还能最大程度减少部队维护保障需求,改善部队的综合保障能力[6]。

通过深入研究,发展能够适应海军、陆军、空军三军通用且能够适应武装直升机、战斗机和无人机等不同载机平台的发射装置,不仅能够最大程度的满足载机平台不同的作战使用需求,对于提高武器系统使用的灵活性也有着重要意义。

4.2 内埋式发射装置

传统的外挂型发射装置飞行阻力大,对载机的机动性能损失严重。随着我国武装直升机朝着高速、高机动方向的发展,整机气动外形的减阻优化设计至关重要。发射装置采用内埋式方案是对武器系统进行减阻设计、优化整机气动外形的最理想选择,它能最大限度减小武器系统给载机带来的气动阻力。但是,内埋发射装置设计难度较大,需要考虑武器系统结构尺寸空间不足和发射分离问题,需要对武器系统结构布局进行小型化设计,研究解决武器发射分离时弹仓内及其周围气流对导弹发射的干扰问题,才能实现直升机平台与武器系统的最佳“融合”[7]。我国在直升机载内埋式发射装置方面的研究还处于起步阶段,美国、俄罗斯和西欧许多国家技术相对成熟,最典型的应用是美国的RAH-66科曼奇武装直升机,其机身两侧各有一个武器舱,可以安装多种空地、空空导弹和火箭弹,其结构布局如图5、图6所示。

图5 RAH-66武器舱内部结构

图6 武器舱打开发射武器状态

4.3 外挂保形发射装置

减小武器系统对载机飞行阻力的另一种途径是对发射装置与载机进行共形、保形设计,即采用短翼与武器挂架结合的方式挂载武器,或者采用发射装置外贴机身挂载,同时对武器挂架进行减阻与保形性设计。外挂保形发射装置采用特殊的型面设计,不仅能够减小外挂武器对飞机气流干扰,还能有效减小飞机的雷达波反射面积,具有优良的隐身特性。外挂保形发射装置按保形程度可分为半保形悬挂和全保形悬挂两种。采用外挂保形的设计方案对武器挂载数量有限制,但较为容易实现。国外第2、第3代战机许多都采用了半埋式保形挂架,现在已经开始在高速直升机上展开应用,西科斯基公司的S-97复合式高速直升机就是采用了外挂保形发射装置设计,如图3所示。

4.4 智能化发射装置

武装直升机是夺取、控制超低制空权的重要武器,在现代战争中的作用日益显著,它不仅要求作战飞机能够尾追、迎头、侧向对目标发起攻击,还要能在任意姿态下后向攻击目标,具备全方位打击能力。武装直升机的传统攻击模式要求被攻击的目标必须处于本机前方,且在制导武器离轴包线以内,否则将无法构成发射条件,对整个武器系统作战使用造成了极大的制约。为了满足武装直升机在未来战争中的作战使用需求,研制一种在载机飞行的过程中能够根据被跟踪目标和载机之间相对位置(俯仰、偏航)的变化不断随动修正射向且具备全方位攻击能力的智能发射装置具有重要的意义。由于智能发射装置具备随动功能,在直升机飞行的过程中能够有效增加制导武器的视角,扩大武器的跟踪和攻击范围,并且可采用后向发射后向攻击技术(相对于越肩发射后向攻击技术)直接摧毁后向目标,具备全方位攻击能力,能够极大提升武器系统作战使用的灵活性,增强武装直升机的战斗力。

4.5 组合型发射装置

在现代空战中,武装直升机执行的任务类别朝着多元化的方向发展,在瞬息万变的战场环境中,需要根据作战任务类别的变化快速更换配备的武器构型。为了满足武装直升机在新时期新形势下的作战使用需求,执行多种类型的攻防任务,对发射装置的发展提出了通用化、模块化、智能化的技术需求[8]。组合型发射装置是指通过建立开放式的系统构型和软件框架,制定通用化、标准化的互连接口,对发射装置各功能部分进行模块化设计,提高悬挂物管理系统与武器之间的互换性和通用性。例如实现发射装置四联装与两联装的切换、弹射式发射装置与轨式发射装置的切换、导弹发射与火箭弹发射装置的切换等。

组合式发射装置具有很大的战术机动性和使用灵活性,在上世纪90年代,美空军就提出了在先进的弹射发射装置基础上增加导轨发射装置的双工作模式的组合设计方案,对于提高飞机综合作战效能有着重要的意义,也是我国直升机载导弹发射装置未来发展的必然趋势。

4.6 发射装置轻量化

近年来,直升机载导弹已经从几公斤到上百公斤呈现系列化发展,结合武装直升机未来高机动性、敏捷性的作战使用需求,对发射装置的发展提出了小型化、轻量化及大承载能力的技术需求。为此,一方面需要针对国内外的新型材料、新型工艺,在直升机载发射装置等组件的设计上开展应用研究,在保证刚、强度的前提下实现直升机武器系统的轻量化、小型化设计;另一方面,开展先进、成熟的民用科技成果适时向军用领域转移应用研究,利用先进的民用新型材料、新工艺技术,进行武器系统的环境适应性改进技术研究。

5 结束语

文中阐述了我国直升机载发射装置的分类、结构形式,分析了国内直升机载发射装置存在的不足,以及与国外军事发达国家存在的差距,在此基础上,分析了我国直升机载发射装置的发展趋势,以期逐步提高我国直升机载导弹发射装置未来在通用化、`集成化、智能化、模块化、轻量化等方面的技术水平。