弹炮结合自行防空武器关键技术研究

李佳欣，刘智芝，丁爱玲，荣秀娥

(1.长安大学，陕西 西安 710064；2.西北工业集团有限公司，陕西 西安 710043；3.西北机电工程研究所，陕西 咸阳 712099)

弹炮结合自行防空武器关键技术研究

李佳欣1，刘智芝2，丁爱玲1，荣秀娥3

(1.长安大学，陕西 西安 710064；2.西北工业集团有限公司，陕西 西安 710043；3.西北机电工程研究所，陕西 咸阳 712099)

针对弹炮结合自行防空武器多个型号项目的总体研制过程中，遇到弹炮结合的匹配性、适应性、综合性3个共性问题，在结合研制的实际情况以及大量的试验数据的基础上，采用系统归纳总结拓展的方法，对弹炮结合过程中弹炮火力空域和探测空域的匹配问题，弹炮设备结构融合适应问题，弹炮两种火力的操作控制的综合问题做了分析研究。总结出了弹炮火力及探测空域的匹配公式，弹炮结构和操作控制融合适应性、综合性的措施，可对弹炮结合自行防空武器的研制提供很好的参考和帮助。

弹炮结合；融合；火炮发射装置；导弹发射装置

随着科学技术进步发展，空袭兵器的威胁发生了巨大变化：多样化，体系化，隐身化和高机动。面对不断发展壮大的空袭威胁，地面防空武器已无法与空袭兵器开展全面对抗，无论是防空导弹还是自行高炮都存在一定的优势和局限性。在此情况下，弹炮结合自行防空武器应运而生。

弹炮结合自行防空武器是将防空导弹、小口径速射高炮和火控系统集成到一个运载底盘上的一种新型武器。一方面它既有防空导弹射程远、制导精度高和毁伤目标效能好的优点，又有自行高炮近程火力组网密集、反应快、机动性好、工作可靠和经济性好的优点，弥补了导弹和高炮各自的不足，实现了单一导弹或单一高炮所不可能达到的作战效能；另一方面导弹与火炮两种火力集成在一个共用平台上，共用部分占60%～90%，可节约装备费用，提高系统效费比，而且作战指挥与后勤保障也相对简单[1]。由于上述巨大优势，弹炮结合自行防空武器已成为野战和要地防空的重要武器装备，也是各国陆军多年来急需的武器装备。

但在多种型号弹炮结合自行防空武器研制过程中，尽管总体方案有些许差异，高炮与加挂导弹种类不同，但在两种武器系统融合的过程中，都存在导弹上炮的一些共性的关键技术难题，这主要有3个方面：一是导弹与高炮两种武器有关技术指标的匹配性问题；二是导弹发射装置与火炮发射平台结构融合时的适应性问题；三是导弹与火炮两种火力控制的综合性问题。笔者针对这3个方面进行了全面仔细的分析研究，提出了解决这些问题的措施。

1 匹配性

在选择导弹上炮的方案时，首先要进行两种武器系统总体有关指标的匹配性分析计算，这些总体指标除了使用性能指标要匹配外，主要是计算两种武器系统在火力防御空域和火控探测威力这两项指标上的匹配性，以便选择互相适配的高炮与防空导弹。

1.1 火力防御空域的匹配性

两种火力防御空域的有关指标是弹炮结合首要考虑和反复分析计算的最重要的指标之一，一般在选择导弹时，要求两种火力防御空域衔接处有一定的重叠区，而且突出强调导弹应具有较远的有效杀伤斜距离，最小有效杀伤斜距离的要求可适当降低[2]。这是因为：一是无论导弹还是火炮都需要射击准备时间，合理的防区重叠可避免实战中出现火力空挡；二是导弹与火炮毁歼概率随着斜距离发生变化，通过合理设置火力重叠区可充分发挥导弹与火炮的优势。一般高炮的最大有效斜距离应远于导弹的最小有效杀伤斜距离1～2 km，高炮的最大有效高度应高于导弹的最小有效杀伤斜距离1～2 km。在图1所示的弹炮结合火力空域匹配图中，配用最大有效杀伤斜距离5～6 km，最小有效杀伤斜距离0.5～1 km，最大有效杀伤高度在3 km左右的便携式导弹，则大都选用20～25 mm口径高炮(最大有效斜距离2～2.5 km，最大有效射高1.5～2.5 km)，这样的弹炮结合火力空域比较匹配。

1.2 火控探测威力匹配性

探测威力匹配，一般是指火炮探测系统对空中目标搜索、跟踪的威力与防空导弹的火力威力的适配性。

1.2.1 搜索雷达作用范围匹配性

雷达搜索范围的匹配性包括两个方面：搜索的作用距离和搜索的覆盖高度。

若自行高炮搜索雷达的最大作用距离为Rs，则导弹与火炮雷达搜索距离范围的匹配条件应为

Rs≥Rmax+vT(tS+tX+tDF)

式中：Rmax为导弹最大有效杀伤斜距离；vT为需抗击典型目标的最大飞行速度；tS为从搜索雷达发现目标至导弹可以攻击的系统反应时间；tX为操作手允许反应时间；tDF为导弹飞行到最大有效杀伤斜距时间[3]。

若搜索雷达覆盖高度最大为Hm，最小为H0，则在覆盖高度上的匹配条件为：雷达最大高度指标Hm应大于导弹的最大有效杀伤高度Hmax，雷达最小高度H0应小于导弹的最小有效杀伤高度Hmin。在这种情况下，可认为高炮搜索雷达的威力范围能够与防空导弹的火力威力相匹配，如表1选用Rmax为5 km左右的导弹，则雷达搜索距离应选在15 km左右。

表1 导弹与雷达搜索距离Rs的选取情况

1.2.2 跟踪距离匹配性

自行高炮对目标的跟踪主要有雷达和光电跟踪两种模式，若跟踪系统最小跟踪距离为RG，则导弹与火炮跟踪范围匹配条件为

RG≥Rmax+vT(t2+tLT+tDF)

式中：t2为火控平滑时间；tLT为从实施发射操作到导弹离筒时间；tDF为导弹飞行到最大有效杀伤斜距离时间。

在这种情况下，跟踪雷达、电视和红外热像仪的跟踪距离能够与导弹的控制系统相匹配,如表2选用Rmax为5 km左右的导弹，则跟踪距离应选在11 km左右[4]。

表2 导弹与最小跟踪距离RG的选取情况

2 适应性

适应性主要是导弹发射设备与火炮发射平台结构融合的过程中，其结构布置以及布置后火炮平台刚强度、随动的功率和精度、手轮力、机动性、平衡性、稳定性能否适应的问题，通过分析计算，对防空导弹上炮设备的总体及接口尺寸、体积、质量和精度提出合理要求。

2.1 结构布置

2.1.1 火力平台的结构布置

目前我国的小口径自行高炮火力平台的布置方式：一种是采用多管联装边炮布置，抛壳、抛链抛向车体两侧；另一种采用中炮布置，抛壳在自动机下方，抛链从侧面抛出。导弹发射装置融入火炮发射装置时，一种是将其直接加装在火炮起落装置上，布置在自动机外侧或上方，随起落装置一起俯仰；另一种是独立加装，独立运动[5]。为了节省空间，便于运动控制，一般主要采用第1种，对于第1种结构融入要解决以下几个问题：

1)导弹发射装置结构融入后，其外廓尺寸应适应自行高炮的总体尺寸要求，符合铁路和公路运输标准的限制。

2)导弹发射装置与火炮起落装置融入后的位置关系要相互适应两种火力的实战要求，确保其安全性：由于导弹要随火炮跟踪目标，所以导弹装置的位置布局应确保起落装置在火炮方位和高低射界不应有干涉；由于火炮射击时上部抛链、下部抛壳、中间续弹，所以导弹的位置，不能影响火炮射击时自动机抛壳抛链和供续弹；由于导弹发射时，有火焰气体和尾盖板喷出，所以火炮发射平台要有安全防护措施。

3)由于导弹射向要靠火炮发射平台保证，所以对导弹发射架能否适应火炮轴系平行精度的要求进行分析，以确定导弹的视场是否适合弹炮结合。

2.1.2 火控跟踪平台的结构布置

目前自行高炮火控多功能跟踪头的布置基本采用单平台，布置在炮塔正前部或侧部的最低处。导弹上炮后，要根据导弹制导方式的不同，将制导设备不同程度的融入火炮跟踪平台。在结构融入的过程中要考虑以下问题：

1)跟踪制导头的外形尺寸要适应炮塔为原跟踪头所预留的极限尺寸，高度的增加不能遮挡搜索雷达天线的正常工作。

2)要适应跟踪头方位和高低的非周视运动范围，在运动范围内不得有干涉。

3)新增制导设备的轴系应适应原跟踪平台各轴系的平行性指标要求。

2.2 刚强度、功率、手轮力及机动性

2.2.1 平台的刚强度

弹炮结合后除增加导弹和挂架的质量外，还增加了光电制导和发控设备的质量，这些质量的增加使得：

1)火炮起落装置的刚强度能否适应导弹发射装置的融入。

2)火炮跟踪平台的刚强度能否适应制导设备融入。

3)炮塔的刚强度能否适应弹炮结合所增加设备的质量。

4)底盘承载能力能否适应整个系统质量的增加。

所以结构融合后要进行这4个方面的刚强度分析核算，以确定各平台的刚强度能否适应弹炮结合。

2.2.2 随动传动装置的刚强度、功率、手轮力及机动性

随着导弹设备融入火力、火控平台，引起两个平台回转和俯仰部分质量、惯量增大，从而引起静阻和惯性力矩、不平衡力矩增大，使两套传动装置各主要零部件的负载增大。因此就要对加挂导弹前后的随动传动装置的刚强度、电机功率、手轮力、瞄准的速度和加速度进行比较计算，分析能否进行弹炮结合和满足相应战技指标要求。

2.2.3 平衡装置的刚强度

弹炮结合后，由于俯仰部分质量质心发生了巨大变化，原平衡装置有可能无法平衡重力矩变化，所以要对平衡装置进行核算，检查平衡装置在拉力、强度方面能否适应。若不能，要对平衡装置进行改造或更换。

2.2.4 稳定性

弹炮结合后，使整个武器系统的质量质心发生变化，系统的稳定性能否适应变化，能否给火炮射击的密集度、最大行驶速度、爬坡能力、最大行程带来显著影响也需进行分析计算。

3 综合性

在结构融合的同时，还要对两种火力的控制功能进行综合，这主要包括：制导与跟踪、作战方式与防区划分、作战流程、操控界面等。以便能充分合理发挥两种火力各自的优势，取得最佳的综合作战效能。

3.1 制导与跟踪

导弹的制导与火炮跟踪功能的综合主要取决防空导弹的制导体制，不同的制导体制决定了对火炮跟踪平台的综合程度。

1)若选用被动寻的导弹，它主要依靠空袭兵器自身辐射的能量寻找目标。作战时首先使防空导弹指向目标，只要防空导弹锁定目标后发射，即不再受发射平台的控制，可以“打了不管”。所以选择被动寻的导弹可直接使用原火炮跟踪系统。

2)若选用半主动寻的制导导弹，作战时火炮平台要有一个照射器连续照射飞行目标，导弹在飞行过程中不断接收照射到目标后反射的回波，其飞行原理与被寻的导弹不断接收目标自身能量基本相同。所以可直接让火炮平台的跟踪雷达、红外跟踪仪和激光测距机兼任。但对照射器和寻的接收设备进行统一编码。较之采用被动寻的导弹跟踪系统要略作改动。

3)若采用无线指令制导，作战时发射平台跟踪器除了跟踪目标，还要确定导弹的位置，算出导弹与目标的偏差，通过指令发射机发送到导弹接收机上；弹上陀螺测出导弹姿态，计算机进行坐标转换，驾驶仪控制舵机按正确导引飞行。由于导弹必须在雷达波束内飞行，所以就要采用较大视场的初始导入设备，这样就要将炮上的跟踪雷达改为跟踪制导雷达，增加相应的指令发射机。所以指令导弹对火炮的跟踪系统改造比较复杂。

3.2 作战方式与防区划分

导弹上炮后，系统要进行两种火力作战，作战方式一般采取“导弹”、“弹炮”和“火炮”3种方式。根据战场需要，可以在这3种方式中选择一种进行作战。需要进一步分析的是，在“弹炮”方式下如何合理划分防区。导弹与火炮的作战范围存在重迭区，因此需要具体研究防区划分的界面。由于实战情况复杂，因此防区划分界面的设置在一定程度上是粗略的，没有必要过分精细，主要追求综合作战效能。由于距离远只用导弹攻击，所以防区划分的界面主要分析目标临近时目标高度界面和目标距离界面[6]。

3.2.1 目标高度界面的划分

用H表示迎攻状态下的目标高度，H0是防区界面控制高度，目标高度大于等于H0时，火控计算机控制只使用导弹攻击，不使用火炮射击。H0选择考虑：

1)H0应大于导弹的最小有效杀伤斜距离，否则会扩大导弹防区内的作战死区。

2)火炮最大有效射角约为80°，高度H0愈大，火炮射击死区就愈大，所以H0不宜过大。

综上所述，H0的选取一般比火炮的最大有效高度小一些，比导弹的最小有效斜距离大一些。

3.2.2 目标距离界面的划分

用D表示迎攻时目标的距离，D0是防区界面控制距离，D0的选择要考虑：

1)目标距离愈远，火炮射击毁伤概率愈小，因此火炮防区距离D0不宜选择过大。

2)目标距离愈近，火炮射击毁伤概率愈大，因此导弹防区距离D0不宜选择过小。

3)在“导弹防区”和“火炮防区”应都能比较多的实施攻击。

按上述思路，弹炮距离重迭区其远界距离D0max一般小于等于火炮最大有效斜距离，近界距离D0min比导弹最小杀伤距离大一些。

通过上述防区划分的分析可以看出：

1)高度H大于H0时为导弹防区。

2)高度H小于等于H0时，可用导弹和火炮攻击，分3种情况：目标距离D大于等于远界距离D0max时用导弹攻击；目标距离D小于远界距离D0max、大于近界距离D0min时可用导弹或火炮攻击；目标距离D小于近界距离D0min时只用火炮攻击。

3.3 作战流程

火控计算机是火控系统的控制、管理中心，是各种信息的汇集和数据处理中心，是目标跟踪和武器控制的核心。弹炮结合后它要对导弹和火炮两种火力进行控制，所以要根据新的作战方式和弹炮结合防区的合理划分，以及导弹在位情况和高炮的准备情况等，精确计算和安排发射导弹和火炮所需要的各段反应时间和时序，仔细设计作战控制流程，编写火力控制软件。

3.4 操控界面

弹炮结合后，要把涉及到导弹发射与控制部分的供电、设备自检、系统自检、信息显示、导弹选择、发射条件判定、发射安全性控制、发射诸元赋值、导弹发射等操作综合到自行高炮的操控界面。界面的布置与改造：一方面应符合人机工程学，操作舒适；另一方面利用原有的操控界面尺寸，进行弹炮结合一体化设计。

4 结束语

通过以上分析可以看出，在防空导弹与自行高炮两种武器系统集成的过程中，对其匹配性、适应性以及综合性这些关键问题应进行分析计算，以便对导弹发射装置上炮后的搜索、跟踪、结构与控制提出合理恰当的技术要求，使弹炮结合易于实现，操作和控制相对简单可靠，避免给研制工作带来严重困难和固有缺陷。除上述3个方面的关键技术外，还有一些值得重视的问题，如系统供配电、弹炮安全联锁、随动调转时间等也要引起足够的重视。

References)

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理工大学出版社，2005:336-421. TAN Lebin,ZHANG Xiangyan,GUAN honggen,et al.Overview of artillery[M]. Beijing：Beijing Institute of Technology Press, 2005:336-421.(in Chinese)

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[3]马春茂，陈熙，侯凯，等.弹炮结合防空武器系统总体设计[M].北京：国防工业出版社，2008. MA Chunmao, CHEN Xi, HOU Kai，et al. Overall design in gun-missile integrated air defense weapon system[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2008. (in Chinese)

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[6]于惠力.机械零件设计禁忌[M]. 北京：机械工业出版社,2006: 57-66. YU Huili. Design taboos of mechanical parts[M].Beijing: China Machine Press, 2006:57-66. (in Chinese)

The Key Technology Research of Anti-aircraft Gun Missile Weapon

LI Jiaxin1，LIU Zhizhi2，DING Ailing2，RONG Xiu’e3

(1.Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China；2.China North Industries Group Corporation, Xi’an 710043 , Shaanxi, China；3.Northwest Institute of Mechanical & Electrical Engineering, Xianyang 712099, Shaanxi, China)

Aiming at the common issues such as the compatibility,adaptability and comprehensibility in the course of the overall development of several models of air defense self-propelled anti-aircraft gun missile weapons, and in combination with the actual situation of development and a large number of test data, the method of systemic induction and extended generalizations are adopted. An adequate analysis and study was made of the matching issue concerning the integrated missile firepower airspace and airspace detecting and the adapting issue concerning the missile equipment structure fusion as well as the operation and control of the two kinds of missile firepower. A conclusion is drawn of the mat-ching formula of the missile firepower and airspace detecting as well as the operation and control mea-sures for the fusion adaptability of missile structure. The analysis and research summary provide a good reference and help for the development of the air defense self-propelled anti-aircraft gun missile weapons.

anti-aircraft gun missile; fusion；artillery firing device；guided missile launcher

2016-03-16

李佳欣(1991—)，女，硕士研究生，主要从事图像处理技术研究。E-mail：357489291@qq.com

10.19323/j.issn.1673- 6524.2017.02.018

TJ35

A

1673-6524(2017)02-0084-05