外文翻譯--炮射巡邏彈發(fā)展趨勢及研究方向 中文版

炮射巡邏彈發(fā)展趨勢及研究方向 朱 勇 劉 莉 摘 要 ： 針對采用各類陸軍火炮和海軍艦炮作為發(fā)射平臺的炮射巡邏彈 ,介紹了其發(fā)展歷史及發(fā)展現(xiàn)狀 ,總結(jié)出在不斷應(yīng)用相關(guān)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上追求智能化、靈巧化、低成本已成為炮射巡邏彈的發(fā)展趨勢。另外 ,簡要介紹了炮射巡邏彈總體設(shè)計研究領(lǐng)域的一些關(guān)鍵技術(shù) ,如抗高過載技術(shù)、機翼制造技術(shù)、彈道減速減旋技術(shù)、總體多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化技術(shù)、小型低推力長航時發(fā)動機技術(shù)、雙向遠距離抗干擾數(shù)據(jù)鏈技術(shù)及目標偵察及航跡規(guī)劃技術(shù)等 ,對上述問題的深入研究將有利于炮射巡邏彈的進一步發(fā)展。 關(guān)鍵詞 ： 炮 射巡邏彈 關(guān)鍵技術(shù) 發(fā)展趨勢 綜述 引 言 巡邏彈是一種利用現(xiàn)有武器投放 ,能在目標區(qū)進行巡邏飛行 ,可承擔(dān)監(jiān)視、偵察、戰(zhàn)斗毀傷評估、空中無線中繼及攻擊目標等單一或多項任務(wù)的彈藥 (或子彈藥 )。炮射巡邏彈就是兼容目前陸軍各類火炮和海軍艦炮系統(tǒng) ,采用炮射方式進行發(fā)射的巡邏攻擊彈。 炮射巡邏彈是集合常規(guī)制導(dǎo)炮彈和無人機相關(guān)技術(shù)的一種產(chǎn)物 ,具有許多優(yōu)越之處 ,與常規(guī)彈藥相比 ,它多出一個 “巡邏彈道 ”,留空時間長、作用范圍大 ,可發(fā)現(xiàn)并攻擊隱蔽的時間敏感目標 ;與無人機相比 ,它能快速進入作戰(zhàn)區(qū)域 ,突防能力 強 ,戰(zhàn)術(shù)使用靈活 ;與制導(dǎo)炮彈相比 ,它能根據(jù)戰(zhàn)場情況變化 ,自主或遙控改變飛行路線和任務(wù) ,對目標形成較長時間的威脅 ,實施 “有選擇 ”的精確打擊 ,并實現(xiàn)彈與彈之間的協(xié)同作戰(zhàn) ;與其它類型的巡邏彈相比 ,它的發(fā)射平臺簡單 ,可以和炮彈配合使用 ,由于利用火炮系統(tǒng)提供的高初速 ,能夠快速進入作戰(zhàn)區(qū)域 ,有很強的時效性。 1 發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 美國是最早研制巡邏彈的國家 ,其研制的 成本自主攻擊系統(tǒng) )和網(wǎng)火系統(tǒng)中的 邏攻擊導(dǎo)彈 )可以說是巡邏彈中的代表。美國也是最早將巡邏彈兼容到火炮和艦炮發(fā)射系統(tǒng)的國家 ,隨后世界上興起了炮射巡邏彈的研究熱潮。目前美國正在研究的炮射巡邏彈項目有 : 127 炮發(fā)射的前沿空中支援彈藥 ( 155 彈炮發(fā)射的快看 (察巡邏彈、 155 彈炮或 127 炮彈投放的炮射廣域偵察彈 (和適合 81 155 應(yīng)火炮的多功能一次性炮射巡邏彈 (預(yù)計這類彈藥將在 2010 年左右投入使用。 美 國海軍于 1999 財年開始研制的由 127 炮發(fā)射的巡邏彈。當年的炮射偵察彈藥防御計劃財政支持包括 個項目 ,至2002 年結(jié)束。 徑為 127 度為 28 m,質(zhì)量為 73 夠?qū)?185 察和戰(zhàn)場評估 ,巡飛時間約為 3 h1。 美國陸軍于 1999 財年開始研制的一種由 155行或牽引榴彈炮發(fā)射的巡邏彈。它的直徑為 155 度為 99量為 36 1 炮彈發(fā)射飛至彈道最高點 后下降至高度為 1 000 m 時 ,速度為 85,靠氣囊對其減旋 ,靠降落傘裝置將其減速到 60 m/s;然后展開控制尾翼、充氣式彈翼和螺旋槳 ,啟動發(fā)動機 ,以 80 m/s 的速度飛至目標上空 ,此段采用 位和中段制導(dǎo) ,大約用 10到達目標上空后 (距離發(fā)射點 50 以 62 m/s 的速度進行巡飛 ,可以探測偵察 39 平方公里范圍內(nèi)的區(qū)域 ,巡飛時間為 30 右 1。 美國陸軍武器發(fā)展與研究中心 ( 2000 年跟蹤研制的 ,由 155 藥攜帶投放的一種巡邏 彈。長度為 050 m,翼展為 122 m,質(zhì)量為 39 種子母彈可由陸基榴彈炮或艦炮發(fā)射 ,初始速度為 762 m/s 975 m/s。當彈丸經(jīng)過了彈道最高點后 ,利用爆炸將外彈殼炸開 ,展開充氣氣球 ,將其減速至 60 m/s。下降到一定高度時 ,保護內(nèi)殼分離 ,飛行器拋出 ,展開一個使其減速到約 14m/s 的降落傘 ,隨后展開折疊彈翼和尾翼。啟動由電池驅(qū)動的電動發(fā)動機 ,可以維持它以約 28 m/s 的巡航速度飛行約 30飛高度為 1 220 m2 美國航空環(huán)境公司與美國陸軍實驗室和 聯(lián)合防務(wù)公司 (手于 2001 年開始研制的一種炮射巡邏彈。它可以制造成直徑為 81 55 巡邏彈 ,裝入相應(yīng)的炮彈中 ,主要用于偵察、目標探測、目標識別以及戰(zhàn)場毀傷評估 (它可以攜帶彩色電視攝像頭、熱成像儀、生物化學(xué)戰(zhàn)劑探測傳感器等 ,還能在飛行過程中對敵方雷達和通信網(wǎng)絡(luò)進行干擾。在接收到前線偵察兵或偵察機的發(fā)射指令后 ,通過火炮將 射出去 ,到達目標上空后通過爆炸裝置引爆外彈殼 ,巡邏彈從母彈中釋放出來 ,并采用降落傘對其進行減速后展開彈翼 ,以 20m/s60m/s 的速度在戰(zhàn)場上空進行巡飛偵察 ,巡飛時間為197 除美國外 ,俄羅斯、以色列、英國、德國、意大利、法國等發(fā)達國家也加入巡邏彈的發(fā)展行列 ,只是對于炮射巡邏彈 ,目前見到的有關(guān)型號的報道比較少。 2 發(fā)展趨勢 從炮射巡邏彈的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀可以看出 ,它是目前信息化戰(zhàn)爭的一種產(chǎn)物。只有當軍隊對信息的要求到了空前重要的今天 ,巡邏彈才會出現(xiàn) ,而炮兵作為壓制性部隊 ,為其研制相應(yīng)的巡邏彈是必不可少的。在制導(dǎo)炮彈、無人機、傳感器等技術(shù)逐步發(fā)展和完善的過程中 ,炮射巡邏彈在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中也就 初具生命力?？偟恼f來作為新型的防區(qū)外武器 ,炮射巡邏彈的發(fā)展趨勢可以歸結(jié)為 :在不斷應(yīng)用先進技術(shù)的基礎(chǔ)上追求智能化、靈巧化和低成本化。 所謂智能化 ,指的是炮射巡邏彈自身能夠完成多重作戰(zhàn)任務(wù) ,既能對戰(zhàn)場目標進行偵察、監(jiān)視 ,還能完成戰(zhàn)場作戰(zhàn)毀傷評估。從炮射巡邏彈的研制現(xiàn)狀可以看出 ,炮射巡邏彈的功能主要還是偵察、監(jiān)視、評估任務(wù)。巡邏彈在使用結(jié)束后都采取自毀 ,為了提高其使用效能 ,未來發(fā)展必然要求其在完成偵察任務(wù)的同時可以對目標進行選擇性打擊。巡邏彈之間的協(xié)同使用 ,巡邏彈與常規(guī)武器之間的匹配使用是炮射巡邏彈智能化 研究的熱點關(guān)注課題。 所謂靈巧化 ,指的是炮射巡邏彈可以匹配各種火炮發(fā)射系統(tǒng)。炮射巡邏彈的研制是在不改動目前已有的火炮發(fā)射平臺的基礎(chǔ)上開展的 ,從炮射巡邏彈的研究現(xiàn)狀可以看出 ,要求其兼容目前火炮系統(tǒng)的同時 ,還希望它能夠滿足現(xiàn)有的多種火炮系統(tǒng) ,這樣可以大大降低炮射巡邏彈的使用成本和使用范圍 ,大大增加了炮兵武器使用的靈活性。例如美國現(xiàn)在投入很大財力研制的 設(shè)計了很多種類 ,使其能夠匹配 81 155 各類火炮。 所謂低成本化 ,是指巡邏彈的出現(xiàn)在一定意義上是因為它同時擁有了常規(guī)武器 和偵察無人機的能力 ,降低了武器系統(tǒng)的研制和使用成本 ,但盡管如此 ,現(xiàn)在各國在研制炮射巡邏彈的過程中都尋求采用各種新型低成本材料。從現(xiàn)有報道資料能夠總結(jié)出 ,降低炮射巡邏彈成本的主要工作都集中在使用新型材料、小型低推力發(fā)動機設(shè)計和彈上傳感器等方面。 3 關(guān)鍵技術(shù)研究 炮射巡邏彈是建立在制導(dǎo)技術(shù)、空氣動力學(xué)、飛行力學(xué)、發(fā)動機技術(shù)、光電技術(shù)、機械制造工程、火炮發(fā)射技術(shù)、減速回收技術(shù)以及隱身技術(shù)上的一門綜合的工程技術(shù) ,涉及到的領(lǐng)域廣 ,關(guān)鍵技術(shù)多 ,本文僅簡要介紹炮射巡邏彈在總體設(shè)計研究領(lǐng)域內(nèi)的一些關(guān)鍵技術(shù)。 1)總體多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化技術(shù) 由于巡邏彈的設(shè)計需要綜合考慮彈體外形結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計 ,彈體功能模塊的優(yōu)化匹配 ,有效載荷質(zhì)量與燃料達到最佳配比 ,空氣動力學(xué)和隱身性能等一系列問題 ,所以這是一個涉及很多學(xué)科之間的優(yōu)化設(shè)計問題。學(xué)科之間的交叉耦合和相互影響 ,決定了巡邏彈的設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)科學(xué)問題。 目前 ,國外越來越多的科技人員將多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化 (術(shù)應(yīng)用于飛行器設(shè)計之中 ,多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在提供變量、約束、性能間交互作用和耦合信息的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了同時滿足各學(xué)科和系統(tǒng)約束的要求 ,具有對各種設(shè)計方案迅速進行分析的能力 ,還可以大大縮短研發(fā)周期。 2)小型低推力長航時發(fā)動機 巡邏彈的主要工作任務(wù)就是在敵方陣地上進行巡弋飛行 ,對陣地進行偵察 ,對目標進行監(jiān)視和打擊 ,這就需要它擁有一個能提供長航時小推力的發(fā)動機。目前國內(nèi)外主要采用的是活塞式汽油發(fā)動機和鋰電發(fā)動機 ,微小型渦噴發(fā)動機、渦扇發(fā)動機和脈沖發(fā)動機是目前研究的熱點 ,勢必成為下一代巡邏彈發(fā)動機的主流。 由于炮射巡邏彈的初始段是炮射彈道 ,利用炮射將它在較短的時間內(nèi)送到所要求的射程 ,然后才轉(zhuǎn)入自主飛行的巡飛段。進入巡飛段后才啟動巡航發(fā)動機 ,發(fā)動機的空中 自啟動成為發(fā)動機設(shè)計過程中需要特殊考慮的關(guān)鍵問題。 3)航跡規(guī)劃、協(xié)同編隊作戰(zhàn) 在前面的發(fā)展趨勢中提到過 ,巡邏彈的設(shè)計正朝著智能化方向發(fā)展 ,這就需要對它的巡飛航跡進行規(guī)劃 ;同時能夠做到多枚巡邏彈之間的相互通信 ,保證協(xié)同作戰(zhàn) ,避免重復(fù)偵察和攻擊。另外還要求巡邏彈本身能根據(jù)戰(zhàn)場情況作出實時的規(guī)劃 ,有效地躲避威脅 ,增強巡邏彈的生存能力。 4)雙向遠距離抗干擾信息數(shù)據(jù)鏈路 炮射巡邏彈的射程可達幾十公里 ,而彈體長度一般在 1 m 左右 ,這對信息傳輸裝置提出了相當高的要求。為了獲得遠距離、高數(shù)據(jù)率、高質(zhì)量的 通信 ,必須采用高功率的數(shù)據(jù)發(fā)送機 ,利用圖像壓縮技術(shù)以降低對帶寬的要求 ,要在信號處理過程中進行加密 ,以實施保密通信。同時 ,實現(xiàn)巡邏彈與其它武器之間的配合使用、巡邏彈之間的配合使用 ,需要建立它們之間的信息交換。采用雙路通信鏈路傳遞和接收信息 ,必要時建立通信中繼站已成為解決炮射巡邏彈信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵問題。 以上四項關(guān)鍵技術(shù)是所有巡邏彈在發(fā)展過程中都要面對的 ,而對于炮射巡邏彈 ,它除了具有上述四項關(guān)鍵技術(shù)之外還有其自身的特殊性。 5)抗高過載技術(shù) 巡邏彈上的制導(dǎo)控制組件、發(fā)動機、彈翼折疊裝置、偵察設(shè)備等要抗 住炮彈發(fā)射時的高過載是一項關(guān)鍵技術(shù)。目前一般都將彈上電子器件塑封固定 ,并通過一些軸套等機械構(gòu)件將重點器件上的過載轉(zhuǎn)移 ,從而解決抗過載問題。近年來飛速發(fā)展的 術(shù) ,不僅成本低、體積小 ,而且具有抗高過載的特點 ,是解決抗高過載問題的一個途徑。對于電子器件抗高過載這類問題已在制導(dǎo)炮彈中解決了 ,針對炮射巡邏彈 ,抗高過載問題還會給小型發(fā)動機設(shè)計、機翼結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來嚴峻的考驗。 6)彈翼制造技術(shù) 為了減輕質(zhì)量 ,彈翼材料一般都采用復(fù)合材料 ,這對彈翼的制造提出了新的工藝要求。同時 ,為了能夠兼容炮彈發(fā)射平臺 ,從目前 的資料可以看出 ,炮射巡邏彈的彈翼一般都采用折疊、充氣和收縮等技術(shù)。彈翼折疊機構(gòu)、充氣機構(gòu)和收縮機構(gòu)的設(shè)計以及新型彈翼的強度剛度等結(jié)構(gòu)問題的解決都是炮射巡邏彈設(shè)計所面臨的一項重大難題。 另外 ,由于采用了折疊、充氣和收縮等方式 ,在安排彈翼的副翼上存在問題。目前炮射巡邏彈開始考慮采用復(fù)合材料、記憶合金等材料 ,利用翹曲彈翼進行控制 ,這給控制系統(tǒng)的設(shè)計也帶來了新的挑戰(zhàn)。 7)彈道減速減旋技術(shù) 正是因為采用火炮系統(tǒng)作為發(fā)射平臺后 ,能給巡邏彈提供一個很高的初速 ,使得巡邏彈能在較短的時間內(nèi)到達較遠的射程 ,為 巡邏彈快速進入作戰(zhàn)區(qū)域提供了保證。但是 ,巡邏彈在巡飛過程中為了便于偵察 ,飛行速度都很低 ,所以炮射巡邏彈面臨著一個彈道減速問題。 另外 ,為了保證彈丸的穩(wěn)定性 ,一般都采取旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定 ,如果在彈丸出炮后迅速減旋 ,則必須展開尾翼進行穩(wěn)定 ,這樣必然增加射彈的阻力 ,彈道的射程遠小于旋轉(zhuǎn)彈 ,所以為了提高炮射巡邏彈的射程 ,一般在彈