外文翻译--炮射巡逻弹发展趋势及研究方向 中文版

炮射巡逻弹发展趋势及研究方向 朱 勇 刘 莉 摘 要 ： 针对采用各类陆军火炮和海军舰炮作为发射平台的炮射巡逻弹 ,介绍了其发展历史及发展现状 ,总结出在不断应用相关成熟技术的基础上追求智能化、灵巧化、低成本已成为炮射巡逻弹的发展趋势。另外 ,简要介绍了炮射巡逻弹总体设计研究领域的一些关键技术 ,如抗高过载技术、机翼制造技术、弹道减速减旋技术、总体多学科设计优化技术、小型低推力长航时发动机技术、双向远距离抗干扰数据链技术及目标侦察及航迹规划技术等 ,对上述问题的深入研究将有利于炮射巡逻弹的进一步发展。 关键词 ： 炮 射巡逻弹 关键技术 发展趋势 综述 引 言 巡逻弹是一种利用现有武器投放 ,能在目标区进行巡逻飞行 ,可承担监视、侦察、战斗毁伤评估、空中无线中继及攻击目标等单一或多项任务的弹药 (或子弹药 )。炮射巡逻弹就是兼容目前陆军各类火炮和海军舰炮系统 ,采用炮射方式进行发射的巡逻攻击弹。 炮射巡逻弹是集合常规制导炮弹和无人机相关技术的一种产物 ,具有许多优越之处 ,与常规弹药相比 ,它多出一个 “巡逻弹道 ”,留空时间长、作用范围大 ,可发现并攻击隐蔽的时间敏感目标 ;与无人机相比 ,它能快速进入作战区域 ,突防能力 强 ,战术使用灵活 ;与制导炮弹相比 ,它能根据战场情况变化 ,自主或遥控改变飞行路线和任务 ,对目标形成较长时间的威胁 ,实施 “有选择 ”的精确打击 ,并实现弹与弹之间的协同作战 ;与其它类型的巡逻弹相比 ,它的发射平台简单 ,可以和炮弹配合使用 ,由于利用火炮系统提供的高初速 ,能够快速进入作战区域 ,有很强的时效性。 1 发展历史与现状 美国是最早研制巡逻弹的国家 ,其研制的 成本自主攻击系统 )和网火系统中的 逻攻击导弹 )可以说是巡逻弹中的代表。美国也是最早将巡逻弹兼容到火炮和舰炮发射系统的国家 ,随后世界上兴起了炮射巡逻弹的研究热潮。目前美国正在研究的炮射巡逻弹项目有 : 127 炮发射的前沿空中支援弹药 ( 155 弹炮发射的快看 (察巡逻弹、 155 弹炮或 127 炮弹投放的炮射广域侦察弹 (和适合 81 155 应火炮的多功能一次性炮射巡逻弹 (预计这类弹药将在 2010 年左右投入使用。 美 国海军于 1999 财年开始研制的由 127 炮发射的巡逻弹。当年的炮射侦察弹药防御计划财政支持包括 个项目 ,至2002 年结束。 径为 127 度为 28 m,质量为 73 够对 185 察和战场评估 ,巡飞时间约为 3 h1。 美国陆军于 1999 财年开始研制的一种由 155行或牵引榴弹炮发射的巡逻弹。它的直径为 155 度为 99量为 36 1 炮弹发射飞至弹道最高点 后下降至高度为 1 000 m 时 ,速度为 85,靠气囊对其减旋 ,靠降落伞装置将其减速到 60 m/s;然后展开控制尾翼、充气式弹翼和螺旋桨 ,启动发动机 ,以 80 m/s 的速度飞至目标上空 ,此段采用 位和中段制导 ,大约用 10到达目标上空后 (距离发射点 50 以 62 m/s 的速度进行巡飞 ,可以探测侦察 39 平方公里范围内的区域 ,巡飞时间为 30 右 1。 美国陆军武器发展与研究中心 ( 2000 年跟踪研制的 ,由 155 药携带投放的一种巡逻 弹。长度为 050 m,翼展为 122 m,质量为 39 种子母弹可由陆基榴弹炮或舰炮发射 ,初始速度为 762 m/s 975 m/s。当弹丸经过了弹道最高点后 ,利用爆炸将外弹壳炸开 ,展开充气气球 ,将其减速至 60 m/s。下降到一定高度时 ,保护内壳分离 ,飞行器抛出 ,展开一个使其减速到约 14m/s 的降落伞 ,随后展开折叠弹翼和尾翼。启动由电池驱动的电动发动机 ,可以维持它以约 28 m/s 的巡航速度飞行约 30飞高度为 1 220 m2 美国航空环境公司与美国陆军实验室和 联合防务公司 (手于 2001 年开始研制的一种炮射巡逻弹。它可以制造成直径为 81 55 巡逻弹 ,装入相应的炮弹中 ,主要用于侦察、目标探测、目标识别以及战场毁伤评估 (它可以携带彩色电视摄像头、热成像仪、生物化学战剂探测传感器等 ,还能在飞行过程中对敌方雷达和通信网络进行干扰。在接收到前线侦察兵或侦察机的发射指令后 ,通过火炮将 射出去 ,到达目标上空后通过爆炸装置引爆外弹壳 ,巡逻弹从母弹中释放出来 ,并采用降落伞对其进行减速后展开弹翼 ,以 20m/s60m/s 的速度在战场上空进行巡飞侦察 ,巡飞时间为197 除美国外 ,俄罗斯、以色列、英国、德国、意大利、法国等发达国家也加入巡逻弹的发展行列 ,只是对于炮射巡逻弹 ,目前见到的有关型号的报道比较少。 2 发展趋势 从炮射巡逻弹的发展历史和现状可以看出 ,它是目前信息化战争的一种产物。只有当军队对信息的要求到了空前重要的今天 ,巡逻弹才会出现 ,而炮兵作为压制性部队 ,为其研制相应的巡逻弹是必不可少的。在制导炮弹、无人机、传感器等技术逐步发展和完善的过程中 ,炮射巡逻弹在现代战争中也就 初具生命力。总的说来作为新型的防区外武器 ,炮射巡逻弹的发展趋势可以归结为 :在不断应用先进技术的基础上追求智能化、灵巧化和低成本化。 所谓智能化 ,指的是炮射巡逻弹自身能够完成多重作战任务 ,既能对战场目标进行侦察、监视 ,还能完成战场作战毁伤评估。从炮射巡逻弹的研制现状可以看出 ,炮射巡逻弹的功能主要还是侦察、监视、评估任务。巡逻弹在使用结束后都采取自毁 ,为了提高其使用效能 ,未来发展必然要求其在完成侦察任务的同时可以对目标进行选择性打击。巡逻弹之间的协同使用 ,巡逻弹与常规武器之间的匹配使用是炮射巡逻弹智能化 研究的热点关注课题。 所谓灵巧化 ,指的是炮射巡逻弹可以匹配各种火炮发射系统。炮射巡逻弹的研制是在不改动目前已有的火炮发射平台的基础上开展的 ,从炮射巡逻弹的研究现状可以看出 ,要求其兼容目前火炮系统的同时 ,还希望它能够满足现有的多种火炮系统 ,这样可以大大降低炮射巡逻弹的使用成本和使用范围 ,大大增加了炮兵武器使用的灵活性。例如美国现在投入很大财力研制的 设计了很多种类 ,使其能够匹配 81 155 各类火炮。 所谓低成本化 ,是指巡逻弹的出现在一定意义上是因为它同时拥有了常规武器 和侦察无人机的能力 ,降低了武器系统的研制和使用成本 ,但尽管如此 ,现在各国在研制炮射巡逻弹的过程中都寻求采用各种新型低成本材料。从现有报道资料能够总结出 ,降低炮射巡逻弹成本的主要工作都集中在使用新型材料、小型低推力发动机设计和弹上传感器等方面。 3 关键技术研究 炮射巡逻弹是建立在制导技术、空气动力学、飞行力学、发动机技术、光电技术、机械制造工程、火炮发射技术、减速回收技术以及隐身技术上的一门综合的工程技术 ,涉及到的领域广 ,关键技术多 ,本文仅简要介绍炮射巡逻弹在总体设计研究领域内的一些关键技术。 1)总体多学科设计优化技术 由于巡逻弹的设计需要综合考虑弹体外形结构的优化设计 ,弹体功能模块的优化匹配 ,有效载荷质量与燃料达到最佳配比 ,空气动力学和隐身性能等一系列问题 ,所以这是一个涉及很多学科之间的优化设计问题。学科之间的交叉耦合和相互影响 ,决定了巡逻弹的设计是一个复杂的系统科学问题。 目前 ,国外越来越多的科技人员将多学科设计优化 (术应用于飞行器设计之中 ,多学科设计优化技术在提供变量、约束、性能间交互作用和耦合信息的基础上实现了同时满足各学科和系统约束的要求 ,具有对各种设计方案迅速进行分析的能力 ,还可以大大缩短研发周期。 2)小型低推力长航时发动机 巡逻弹的主要工作任务就是在敌方阵地上进行巡弋飞行 ,对阵地进行侦察 ,对目标进行监视和打击 ,这就需要它拥有一个能提供长航时小推力的发动机。目前国内外主要采用的是活塞式汽油发动机和锂电发动机 ,微小型涡喷发动机、涡扇发动机和脉冲发动机是目前研究的热点 ,势必成为下一代巡逻弹发动机的主流。 由于炮射巡逻弹的初始段是炮射弹道 ,利用炮射将它在较短的时间内送到所要求的射程 ,然后才转入自主飞行的巡飞段。进入巡飞段后才启动巡航发动机 ,发动机的空中 自启动成为发动机设计过程中需要特殊考虑的关键问题。 3)航迹规划、协同编队作战 在前面的发展趋势中提到过 ,巡逻弹的设计正朝着智能化方向发展 ,这就需要对它的巡飞航迹进行规划 ;同时能够做到多枚巡逻弹之间的相互通信 ,保证协同作战 ,避免重复侦察和攻击。另外还要求巡逻弹本身能根据战场情况作出实时的规划 ,有效地躲避威胁 ,增强巡逻弹的生存能力。 4)双向远距离抗干扰信息数据链路 炮射巡逻弹的射程可达几十公里 ,而弹体长度一般在 1 m 左右 ,这对信息传输装置提出了相当高的要求。为了获得远距离、高数据率、高质量的 通信 ,必须采用高功率的数据发送机 ,利用图像压缩技术以降低对带宽的要求 ,要在信号处理过程中进行加密 ,以实施保密通信。同时 ,实现巡逻弹与其它武器之间的配合使用、巡逻弹之间的配合使用 ,需要建立它们之间的信息交换。采用双路通信链路传递和接收信息 ,必要时建立通信中继站已成为解决炮射巡逻弹信息数据传输的关键问题。 以上四项关键技术是所有巡逻弹在发展过程中都要面对的 ,而对于炮射巡逻弹 ,它除了具有上述四项关键技术之外还有其自身的特殊性。 5)抗高过载技术 巡逻弹上的制导控制组件、发动机、弹翼折叠装置、侦察设备等要抗 住炮弹发射时的高过载是一项关键技术。目前一般都将弹上电子器件塑封固定 ,并通过一些轴套等机械构件将重点器件上的过载转移 ,从而解决抗过载问题。近年来飞速发展的 术 ,不仅成本低、体积小 ,而且具有抗高过载的特点 ,是解决抗高过载问题的一个途径。对于电子器件抗高过载这类问题已在制导炮弹中解决了 ,针对炮射巡逻弹 ,抗高过载问题还会给小型发动机设计、机翼结构设计带来严峻的考验。 6)弹翼制造技术 为了减轻质量 ,弹翼材料一般都采用复合材料 ,这对弹翼的制造提出了新的工艺要求。同时 ,为了能够兼容炮弹发射平台 ,从目前 的资料可以看出 ,炮射巡逻弹的弹翼一般都采用折叠、充气和收缩等技术。弹翼折叠机构、充气机构和收缩机构的设计以及新型弹翼的强度刚度等结构问题的解决都是炮射巡逻弹设计所面临的一项重大难题。 另外 ,由于采用了折叠、充气和收缩等方式 ,在安排弹翼的副翼上存在问题。目前炮射巡逻弹开始考虑采用复合材料、记忆合金等材料 ,利用翘曲弹翼进行控制 ,这给控制系统的设计也带来了新的挑战。 7)弹道减速减旋技术 正是因为采用火炮系统作为发射平台后 ,能给巡逻弹提供一个很高的初速 ,使得巡逻弹能在较短的时间内到达较远的射程 ,为 巡逻弹快速进入作战区域提供了保证。但是 ,巡逻弹在巡飞过程中为了便于侦察 ,飞行速度都很低 ,所以炮射巡逻弹面临着一个弹道减速问题。 另外 ,为了保证弹丸的稳定性 ,一般都采取旋转稳定 ,如果在弹丸出炮后迅速减旋 ,则必须展开尾翼进行稳定 ,这样必然增加射弹的阻力 ,弹道的射程远小于旋转弹 ,所以为了提高炮射巡逻弹的射程 ,一般在弹