典型弹炮结合武器系统耦合关系分析

典型弹炮结合武器系统耦合关系分析

胡彬 ,李曦秋

江南机电设计研究所，贵州贵阳550009

摘要：文中对典型的弹炮结合武器系统各分系统相互间的耦合关系进行了分析，根据研究对象和需求，结合典型弹炮结合武器系统作战过程中分系统产生的冲击、振动、温度、压强、运动学与动力学、电气、光电、电磁、燃气流场等因素，作用在其它分系统上产生的耦合影响进行研究分析，对弹炮结合武器系统的一体化设计提供思路和研究方法。

关键词：弹炮结合；武器系统；分系统；耦合关系

1引言

弹炮结合武器系统具有行进中作战能力好、持续作战能力强、拦截短距离突现目标能力强，以及高火力密度、高杀伤概率、反应敏捷等特点。导弹与火炮的结合，充分发挥了导弹射击精度高、射程远、单发杀伤威力大，火炮反应快、火力密集、近距离毁伤概率大等优点【1】。

单车集成的弹炮结合武器系统相对于传统防空武器而言，涉及搜索雷达探测、制导雷达探测制导、光电设备探测制导、导弹发射与制导、火炮发射、一体化指控，战车发射平台、战车供配电等高度集成于一体，跨机械结构、运动学与动力学、光学、电磁、燃气流场等多领域，多系统多学科耦合错综复杂。本文将针对各分系统间的耦合关系进行分析研究，对弹炮结合武器系统的一体化设计提供思路和研究方法。

2典型弹炮结合武器系统耦合关系分析

典型弹炮结合武器系统分系统包括发射平台、搜索雷达、制导雷达、光电设备、导弹及火炮。作战过程中，典型弹炮结合武器系统分系统间多学科耦合关系错综复杂，武器系统各分系统间多学科耦合关系概括为冲击、振动、温度、压强、电、光、磁等学科进行表征。

根据以上分析，典型弹炮结合武器系统各分系统间多学科耦合关系如图1所示。

图1  典型弹炮结合武器系统多学科耦合关系

下面对各分系统与其它分系统间的耦合关系进行分析。

2.1导弹耦合关系分析

导弹作为武器系统的核心分系统，主要功能是将武器系统的有效载荷—战斗部运送到目标附近，适时起爆战斗部并击毁目标。导弹一般由引战系统、制导系统、电气系统、动力系统等组成。

在作战过程中，导弹动力系统的发动机燃气流、尾焰，其所产生的压强和温度载荷会作用在其周边设备上，对雷达探测设备和光电探测设备等设备的结构、电气性能及探测性能造成影响；其他分系统工作对发射平台扰动传递至导弹上，最终对导弹发射散布造成影响；搜索雷达、制导雷达工作时，其辐射的电磁信号会对导弹造成电磁干扰，导弹设计时应充分考虑电磁环境对电子产品带来的干扰，可采取屏蔽措施来减小和消除干扰。

2.2搜索雷达耦合关系分析

搜索雷达主要是对全空域或重点空域进行目标搜索，为制导雷达提供目标指示，一般需要具备敌我识别，能够根据准则进行威胁排序，能够建立、提供多批次的目标航迹和具备行进中正常作战的工作能力。

搜索雷达阵面进行快速旋转，因制造偏差将存在旋转偏心问题【2】，从而对发射平台产生固定频率的扰动力矩，影响发射平台上布置的光电设备、制导雷达、火炮和导弹发射设备高低随动工作性能。行进中作战时，因路面的不平整、起伏等原因，会影响雷达的测量精度，甚至丢失目标。搜索雷达可以根据发射平台提供的姿态数据实时完成波束的补偿处理，进行行进中波束稳定设计，来有效解决行进中目标搜索和跟踪的问题。

2.3制导雷达耦合关系分析

与搜索雷达类似，制导雷达的威力精度与其体积、用电功耗相关，雷达系统的体积和功耗影响战车结构布局、发射平台力学设计、方位随动系统设计以及供配电系统等设计。制导雷达系统对目标、导弹跟踪一般采用线性预测，发射平台方位随动系统调转跟踪加速度影响雷达目标稳定跟踪和空域性能；发射平台随动功耗影响战车供电设备选型，进一步影响战车结构布局。制导雷达设计导弹截获时，需考虑导弹散布、无控系统、武器系统杀伤区相关性能参数，进行截获波束宽度设计，确保天、地通信能量的匹配等。

2.4光电设备耦合关系分析

光电设备在武器系统协调指挥下，根据目标指示信息，能够对目标进行搜索、测量和精确跟踪；当导弹进入红外热像仪的视场范围后，完成导弹、目标角度及角度差的精确测量；具备接收、处理、显示外部目标信息并输出光电设备工作状态信息等主要功能。

导弹、火炮发射产生的冲击振动，搜索雷达和制导雷达伺服运动等机械运动的作用力作用在发射平台上，进而对光电设备进行影响；行进中作战光电设备会产生晃动，影响对目标的探测跟踪；导弹尾焰产生的烟尘和高温气体，以及火炮火光等会对探测设备进行影响。

2.5火炮耦合关系分析

火炮具有发射速度快，转移火力快，抗干扰能力强，部署灵活，机动性强，作战成本低，可靠性好，能有效弥补防空导弹杀伤区近界和射击死区等优势。弹炮结合武器系统才能充分发挥导弹和火炮的长处，弥补各自的不足。

火炮发射时，火炮后坐力影响底盘行驶稳定性，进而影响探测设备，包括搜索雷达、制导雷达、光电设备等设备的探测和跟踪性能；火炮射击炮口焰影响制导雷达布置；火炮双轴稳定所需的大功率用电影响战车电源供电的设计；火炮的设计受武器系统指标和发射平台结构尺寸和安装尺寸等影响，火炮的装弹数量对整车的重量和行驶性能也有较大影响，对弹药的存放和空间结构设计需同时考虑，应结合实际情况配备合理的弹药数量。

2.6发射平台耦合关系分析

发射平台承载了所有其它分系统，与它们均有相互耦合的关系。各分系统的外形、尺寸、重量和接口均对发射平台有输入要求，导弹发射是发动机尾喷流流场对，战车行进中作战时，战车发射平台的轮胎与路面耦合产生激励，对搜索雷达和制导雷达天线阵面的力载荷，影响天线波束指向；发射平台运动和振动时，雷达和光电设备对目标、导弹的相对误差测量精度会受到影响；战车行驶影响战车纵向和侧向的行驶安全性。

3总结

由以上的分析表明，末端防御弹炮结合武器系统集成了集成设备多，每个分系统的工作都对其它分系统造成影响，分系统间反复交叉耦合、多学科间反复交叉耦合，是一个典型的大型多学科复杂系统。因此，战车一体化集成设计与传统设计相比，存在多火力单平台高度集成作战难、单车一体化高度集成难、单车行进中作战难等难点，呈现出分系统众多、指标体系复杂、各系统多学科间耦合错综复杂等特点。通过本文的分析，为弹炮结合武器系统一体化设计与优化技术研究时提供设计思路。从系统层面对整个弹炮结合武器系统进行多学科耦合关系分析，为总体方案论证、整车多火力无遮挡结构布局、多随动体制融合、高密度集成及轻小型化设计提供优化方向，提高设计效率。达到提高弹炮结合的整体综合性能和作战效能的目的。

参考文献：

1张连仲，白汝波，弹炮结合进程综合防御武器系统探讨［J］，情报指挥控制系统与仿真技术[J]，2004（2）.

2谢军伟，余江明，王朝犀，弹炮结合型武器系统及其关键技术［J］，弹箭与制导学报，2003.

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