某型火箭炮点火信号检测研究∗

2021-11-11张木森孙吉红张木原

舰船电子工程 2021年10期

张木森孙吉红张木原

（1.陆军炮兵防空兵学院合肥 230031）（2.中国人民解放军92383部队福州 350109）

1 引言

火箭炮是指能引燃火箭弹点火具，赋予火箭弹初始飞行方向的多发联装发射装置［1］。是一种提供大面积瞬时密集火力的战术武器，具有发射速度快、弹着覆盖面积大、火力猛、密度大、机动性好、作战效能高、操作简单、造价低廉等特点［2］。信息化条件下的战争对火箭炮装备的快速反应作战能力要求越来越高，火箭炮点火信号检测是火箭炮技术保障的重要内容，其目的在于在火箭炮发射前对发火机进行检查及对点火信号和发射时序进行准确检测，保证火箭弹安全可靠发射出去。目前我军在役口径122mm自行火箭炮没有配套随装便携野外条件下可以快速准确检测点火信号的勤务保障器材，仅采用万用表、摇表及信号灯进行检测，且依靠人工手动进行检测，受人为因素的影响较大且存在检测时间长、检测精度低、检测效果单一等问题，不能满足火箭炮快捷高效的勤务保障要求［3］，很大程度上影响训练保障和作战效能的发挥，迫切需要研究一种新的较为便捷的检测方法并设计一套操作简单、检测效率高的点火信号检测设备，对火箭弹发火系统关键状态参数进行全面的检测分析和故障定位［4］。因此，文章根据检测任务要求以及检测信号特点，通过对某型火箭炮发火系统检测对象分析和需求分析，确定点火信号检测装置的结构及其组成，提出一种新的更加适应装备建设发展的自动检测手段，为检测装置的具体设计提供依据。

2 检测对象分析

2.1 检测对象功能及组成

设计该检测装置主要对火箭炮定向管导电装置提供的电压、电流、回路电阻、脉冲宽度以及各个火箭弹相互之间发射时序间隔进行检测。发火系统用于将电流依次传给火箭弹的点火具，按给定的时间间隔将火箭弹发射出去。由电源、发火机、脉冲信号发生器、电缆及车外发射器组成［5～6］。

发火机是发火系统的核心，由击发开关、单连发转换器、钥匙开关、保险丝、指示灯、检验按钮和接线柱等模块组成，用于按给定的时间间隔和顺序发射火箭弹［7］，保证射击安全。

脉冲信号发生器，用于控制自动发射的时间间隔，保证每发间隔在规定时间内。由集成电路F555，印刷电路板、电阻、电容、二极管、继电器等电子元件组成。

车外发生器，用于车外发射。由点火开关，转换开关，指示灯，电缆及绕线架组成。该种发射电源取自炮车内部蓄电池。

2.2 检测内容

发火系统信号检测内容主要是点火装置信号。即火箭炮定向管导电装置提供的电压、电流、回路电阻和脉冲宽度以及各个火箭弹相互之间发射时序间隔等信息。火箭弹发动机点火是通过火箭炮的发射控制系统经过点火回路及点火导电装置，给火箭弹的点火具一个较大的电流，点燃点火具，继而点燃火箭弹发动机。发射电源用于给发火机和脉冲信号发生器供电。火箭炮点火信号是采用恒流源的方式，给点火具输入一定的恒流信号，单管火箭弹上电时间为几百毫秒，点火脉冲宽度控制在一定合理范围以内即可。

为确保火箭弹安全、可靠发射，需要发射回路电阻在一定的范围内，火箭炮单定向管发射回路电阻一般要求在2.5Ω～5Ω，但综合考虑发射回路检测接触误差和测试电路测量误差等问题，本系统拟设定回路电阻检测值在3Ω以下为均为正常。

3 需求分析

3.1 功能需求

设计该点火信号检测装置的目的是为了解决目前检测中存在的缺乏专门检测设备、操作过程复杂、检测效率较低、检测时间长、检测效果单一等问题，可有效解决日常训练和实弹射击前发火信号检测问题，提高部队装备作战保障能力。通过使用终端集成检测装置一次性检测所有参数，并进行信号处理，通过无线网络将检测结果上传到上位机（手持终端），为具体的故障诊断提供依据。根据某型火箭炮发火系统工作原理和维护保障需求［8］，检测系统应满足以下几项功能。

1）发火系统技术参数一体集成化综合测试功能

发火系统点火信号检测内容包括定向管导电装置提供的电压、电流和脉冲宽度以及各个火箭弹的相互之间发射时序间隔等信息。为实现发火系统信号所有参数一体检测，需要在定向管点火接口处采集相关信息和数据。通过对检测过程集中控制，采用多信号同步采集、无线测量零点同步、信号路由等技术［9］，即可实现一次参数设定和注入同时测量和判定40根定向管的点火信号。

2）多信号同步采集及多频无线通信技术功能

检测系统拟采用无线组网测试模块，包括手持终端、信息服务器及40个点火装置无线测量模块。为解决节点多、测试实时性高等问题，检测系统使用多频无线通信技术。根据功能模块，组建两个不同频率的无线网络。第一个网络是与40个点火装置无线测量模块建立频率1的自协议无线网络；第二个网络是与手持终端设备通过WIFI建立信息交互。同时信息服务器担任整个测量系统和测量模块时间零点设置，并控制各个采集模块，将从各个模块获取的数据发送给手持终端设备。检测系统组网示意图如图1所示。

图1 检测系统组网示意图

3）检测装置快速安装对接功能

火箭炮发火系统检测端口位于定向管尾部的点火触头处，为提高检测效率，设计的检测装置的安装与对接应便捷、稳固，采用磁吸的方式与点火触头进行快速对接，对接位置采用弹性结构，提高对接可靠性，满足快速安装的功能，可大幅度提高检测效率。

4）多种检测模式及故障提示、诊断修复功能

检测装置需具备多种模式下的检测功能，即采用常规顺序检测、奇偶数管顺序检测、检测系统自动随机产生发射顺序或弹数的顺序检测和单连发混合发射的顺序检测，可一人操作，单个或同时对40个定向管进行检测，该系统显示各类数据直观，体积小、功能全、便于操作和携带，实现野战条件下对火箭炮发火系统关键技术参数的快速检测［10］。同时故障可通过具有故障诊断功能的上位机来显示，并提示故障修复建议意见。

3.2 技术性能参数

结合检测要求和装备检测系统一般特性，点火信号检测系统应满足以下指标。

1）测量精度

测量精度是衡量一套检测系统的性能高低的直接体现，如静态测量的示值误差、重复性误差、复现性、回路误差、灵敏度、线性度等，结合火箭炮发火信号检测特点，应在原有的检测设备基础上有所提高，经初步测算，检测系统的检测误差预计控制在：（1）电压检测误差为被测量值允许误差的3%；（2）电流检测误差为被测量值允许误差的3%；（3）回路电阻检测误差小于1Ω；（4）时序检测误差小于5ms。

2）检测效率

衡量检测效率的高低主要是看检测时间的长短，为火箭炮快速投入战斗的效率或者为战场抢修争取更多时间，同时还可以节省大量人力，避免主观误差影响，提高检测的可靠性［11］，完成一门完整的火箭炮点火信号参数检测的时间应控制在5min左右。

3）可靠性

对于检测系统而言，能否长时间保持稳定的工作状态，减少故障发生次数，对火箭炮能否持续发挥战斗力至关重要。本检测系统的设计能保证在实战环境下连续工作时间应不低于24h。

4）外部环境

检测系统进行设计时也需考虑外部环境影响的问题，特别是在潮湿、山地、高温及严寒地区使用检测系统就要能适应较宽的温湿度变化、抗震和耐烟雾等。特别是在信息化条件下，战场环境复杂多变，检测系统的设计应与装备的使用条件要求相一致，能够适应野外恶劣条件下作战的需要，操作简单，便于携带，作战反应时间短，提高火箭炮的作战能力［12］。

3.3 结构组成

发火系统点火信号检测内容主要包括定向管导电装置提供的电压、电流和脉冲宽度以及各个火箭弹的相互之间发射时序间隔等信息。为实现发火系统信号所有参数一体检测，需要在定向管点火接口处采集相关信息和数据。点火装置测量模块由电路板和外壳组成。整体外观设计用“凸”字型结构，采用磁吸的方式与火箭炮点火触头进行快速对接，对接位置采用弹性结构紧密固定，下面两个独立簧片接触点火装置的两个触点，用于获取信息，提高对接可靠性，可大幅度提高检测效率。该设计具有体积小、重量轻、操作简单、自动化程度高、性价比高等特点，简化人员操作流程，方便基层部队使用。同时对检测过程集中控制，采用多信号同步采集、无线测量零点同步、信号路由等技术，设计实现40个点火信号无线测量模块，并且能够对同一类信号快速检测，实现火箭炮发火系统系统信息自动化检测，很大的提高了火箭炮的作战效率。其测量模块结构设计三视图如图2所示。

图2 检测模块结构三视图

点火装置无线测量模块主要采集点火时提供的电压、电流和脉宽等信号，主要有中央处理器、电流测量传感器、电压测量传感器、回路电阻测量、脉冲测量、电流量程控制、信号接口电路、无线模块以及液晶、键盘、稳压等部分组成，使用锂电池供电，并具有电量测试功能。其模块组成如图3所示。

图3 点火信号检测模块组成

检测时，将点火信号检测装置与火箭炮点火触头对接，对点火回路电阻和点火信号进行采集、处理，并通过模块内置的无线通信模块组网，完成检测数据的传输。按照发火机准备和检测模块准备两条线展开，在检测模块安装通电之后，按照模块组网、模块自检、统一设置时间零点、选择检测模式顺序进行。在发火机通电后通过选择相应检测模式后，发火机选择单、连发发射方式并选择相应弹数或管号进行发火检测。其检测流程如图4所示。