我国舰炮制导炮弹的发展思路及关键技术分析

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导读:我国舰炮制导炮弹的发展思路及关键技术分析 (本文作者:海军大连舰艇学院硕士研究生) 大中口径舰炮作为海上水面火力支援的重要武器,在登陆部队登岸以后,在扩大滩头阵地及向纵深挺进的同时,能够提供持续的火力支援,以使登陆部队避免或减小阻击和遭受损失。在对海作战中,敌方的小型导弹艇利用其目标体积和雷达发射面积小、机动性好、隐蔽性强的特点,可以对作战舰艇实施突袭,而大中口径舰炮是打击小型导弹艇的理想武器。另外,舰炮还是海上巡逻中必须的武力威慑、警告手段。 然而,大口径舰炮对抗的小型水面舰艇、观察通信所等点目

我国舰炮制导炮弹的发展思路及关键技术分析

(本文作者:海军大连舰艇学院硕士研究生)

大中口径舰炮作为海上水面火力支援的重要武器,在登陆部队登岸以后,在扩大滩头阵地及向纵深挺进的同时,能够提供持续的火力支援,以使登陆部队避免或减小阻击和遭受损失。在对海作战中,敌方的小型导弹艇利用其目标体积和雷达发射面积小、机动性好、隐蔽性强的特点,可以对作战舰艇实施突袭,而大中口径舰炮是打击小型导弹艇的理想武器。另外,舰炮还是海上巡逻中必须的武力威慑、警告手段。


然而,大口径舰炮对抗的小型水面舰艇、观察通信所等点目标,以及集群有生力量和激动目标、雷阵和大面积障碍物等面目标时,采用普通

弹药时需发射大量的炮弹来命中点目标,不仅效率低,耗弹量大,并且用时较长。而制导炮弹具有射程远、精度高、反应速度快、杀伤力强、火力密度大、操作使用方便等特点,为填补舰载武器系统对岸、对海攻击能力不足的弱点,使水面舰艇拥有对岸上部队进行精确火力支援和精确打击水面目标的能力,发展舰炮制导炮弹是舰炮实现精确打击的最终手段。


一、发展现状及思路


1.发展现状

我国海军舰艇尚未装备舰炮制导炮弹,舰炮制导炮弹的发展研究也正处于起步阶段,对舰炮制导炮弹的战术、技术需求研究已经展开。随着

俄罗斯“红土地”激光制导炮弹的仿制生产成功,正着力研制技术性能更高、更加优越的新型制导炮弹,目前开发改进的目标体现在:①开发红外+ 激光、毫米波+ 红外、毫米波+ 激光的灵巧型复合制导炮弹,同时根据技术成熟度、导引头小型化要求、以及效费比、制导能力、环境适应性等建立舰炮制导炮弹制导方式优选指标体系;②使制导炮弹向130mm 口径系列、122mm 口径等多口径炮种延伸;.. ③改进“红土地”制导炮弹的激光照射器,延伸其激光照射器距离,变单兵便携型为可在直升机、舰艇等平台上安装使用型。


2. 发展思路

从制导炮弹的技术发展途径和技术发展水平看,舰炮制导炮弹的发展也应遵循由简单到复杂的原则,首先解决有无问题,短期内在大口径舰炮上移植激光半主动末制导炮弹及相关技术,使大口径舰炮具备一定距离内的精确打击能力,利用便携式/机载/舰载激光照射器完成目标引导、照射,实现对点目标的精确打击,解决作战的急需;在新的制导体制(双色红外/ 主动毫米波或电视图像制导)技术成熟后,可以采用新制导体制,利用增程技术,增大舰炮射程,实现的远距离精确打击。

激光照射器是激光半主动末制导炮弹的“引导器”,其作用距离直接影响到激光半主动末制导炮弹的使用效果。现阶段有3 种便携照射器的方式,①便携式,人工携带;②机载;③舰载。便携式是“红土地”采用的模式,最为简单、技术成熟,但覆盖范围小、防护能力较差,生存力低,作用距离3~5km;机载激光照射器覆盖范围大、机动性好、防护能力强、技术复杂、作用距离可达10km;舰载激光照射器防护能力较强、覆盖范围有限、只能对视距内作用、作用距离可达7~10km。3 种方式中最佳的是机载激光照射器,但难度较大,便携式是制式产品,最易实现;舰载式使用于对海作战,对岸攻击无明显优势。


二、关键技术分析


由于制导炮弹的技术复杂性以及海军舰炮与陆军火炮在使用条件和环境上的差异,使得在大口径舰炮弹药上移植制导炮弹技术并不是简单的

引用,必须对相关技术进行适当改进、调整、适配设计。大口径舰炮在弹丸初速和过载系数上明显高于陆军152mm 火炮,大口径舰炮弹丸初速和过载系数分别为850~950m/s 和12~15kg,而陆军152mm 火炮弹丸初速和过载系数分别为550m/s和10kg。在海130mm 舰炮弹药上移植制导技术必须要解决以下几个难题。


1.导引头、自动驾驶仪及总体结构的小型化

由于现阶段末制导炮弹多用于陆军152mm 火炮,其主要部分及总体结构均是为152mm 火炮设计的,相对于130mm 舰炮,其总体尺寸偏大,如果在130mm 舰炮上移植制导炮弹技术,其中引导头、自动驾驶仪、战斗部、尾翼、助推发动机以及药筒均要进行适应性设计、改进,以满足大口径舰炮系统的要求。我国在引导头和自动驾驶仪的小型化领域技术储备并不十分充足,这将成为一个关键问题。


2 .抗高过载

陆用末制导炮弹最大发射初速在550m/s 左右,而大口径舰炮初速是850~950m/s。陆用末制导炮弹的最大射程是20km 左右,弹丸重50kg,而大口径舰炮末制导炮弹的弹丸重量应小于45kg,相对而言存速能力较差,即使达到同样的射程,大口径舰炮制导炮弹的发射初速也应该高于550m/s。所以大口径舰炮制导炮弹所承受的发射过载大于陆用末制导炮弹所受过载。陆用末制导炮弹部件抗过载设计是以153mm 陆炮为对象设计的,最大抗过载为10kg,而大口径舰炮弹药的最大过载应该在120~15kg,制导炮弹的各部分均要超过陆用制导炮弹的水平, 抗高过载问题也是研制的关键问题之一。


3 .提高射程技术

舰炮在对岸火力支援中需要至少20km 的射程,特别是要在射程上满足应召射击的要求,要充分发挥末制导炮弹精确打击的威力。必须在弹

体结构、气动外形及发射初速上进行适应性改进,并且对制导炮弹的助推发动机进行适应性改进,增大其推力等方面进行优化设计,从而提高大、中口径舰炮制导炮弹的射程。因为大口径舰炮的弹径、弹重均小于152mm陆炮,要达到20km 的射程有一定难度。为了满足舰炮制导炮弹的射距要求,从国外制导炮弹所采用的增程技术来看,主要可采用以下几种增程技术:


(1)底排增程技术。在弹丸底部装一个类似与火箭发动机的底部排气装置,弹丸出炮口后底部燃烧排气,从而减小底部阻力,增加射程。其增程效率可达 25%~30%,从药剂、弹丸结构上加强改进可以提高到35%。但是,底排药剂燃烧不稳定,给弹丸外弹道增加了散布。美国以色列新加坡等国研制的 155mm 底排弹,射程达到30~40km 以上。

(2 )复合增程技术。利用几种比较成熟的增程技术进行优化组合,以达到更大的射程。复合增程可以是初速与弹形、弹形与底排、底排与火箭等复合。正在研究中的技术有:高初速;低阻弹形;底排减阻;火箭增速。对于155mm 口径弹丸,采用复合增程可以使射程达到50km 以上,增程率40%~50%。但是技术难度较高。典型例子有美国XM982 型155 底排火箭复合增程弹和俄罗斯152 底排火箭复合增程弹。

(3)滑翔增程技术。利用弹丸上装有的小气动力翼片,使弹丸在飞行中攻角产生向上的升力(滑翔力),此升力与重力平衡(平稳),使弹丸能在空中较长时间飞行,从而增大射程。其特点是以不太高的初速达到较远的射程,或者说达到同样的射程可以大幅度降低火炮初速。但是滑翔增程弹改变了弹道形状,全弹道飞行时间较长,只适于对付固定目标。法国采用滑翔增程技术的155mm 口径火炮,样弹可以在初速450m/s (原底排弹初速930m/s,而射程为40km)条件下达40km 射程。

(4)次口径增程技术。即脱壳技术在炮弹上的应用,我国老130mm 榴弹采用脱壳技术,其飞行弹径变为105mm,其威力下降约10%,而射程可增加50%。

(5 )固体火箭发动机增程技术。即在炮弹上增加一个固体火箭发动机,在炮弹出炮口后,借助火箭发动机推理继续增速爬升,以达到增速的目的,一般可增程80% 以上。


4 .激光照射技术

激光照射器是激光半主动式末制导炮弹的“引导者”,其作用距离也制约着激光制导炮弹的使用效果。人工携带式激光照射器的作用距离为3~5km,最大可达到 7km。对于舰炮对岸火力支援,人工携带式激光照射器的作用距离、激动能力、反应时间还不能满足要求,如果只能在人工提供近距离激光照射指示目标,无疑会在很大程度上降低海130 制导炮弹的作用效果,并减小其使用范围。

大口径舰炮使用的制导炮弹应能由多种平台或载体携带,并提供激光目标指示,所以研究舰载或空中平台携带的激光照射技术是非常有必要

的。如果舰上或飞机上能提供作用距离为7~ 10km 的激光照射器,则大口径舰炮制导炮弹的使用范围和作用效果都会有很大的提高,特别是记载激光照射器可以从根本上提高舰炮对纵深超视距点目标的精确打击能力、快速反应能力和机动性,但同时还要解决远距离瞄准精度和稳瞄问题,这将增加整个系统的研制难度。


5.射表编制

激光制导炮弹的弹道属于无控段、滑翔段与有控段的组合,又有火箭助推发动机的作用,其射表比普通榴弹射表要复杂得多,而且制导炮弹

的射表编制需要耗费大量的有控弹和无控弹,经费耗费较大,需要从理论上和试验方法上予以研究,并实现工程化。


6.电磁兼容

陆用末制导炮弹的使用电磁环境与舰炮有较大差异。现役大多陆用末制导炮弹在设计时已经考虑了比较复杂的电磁环境。但毕竟与舰艇上电

磁环境差别较大,究竟能否满足舰艇使用要求,还应该进行试验论证。要针对大口径舰炮制导炮弹的使用环境进行电磁兼容设计、试验。


7.弹炮适应性

制导炮弹需要大口径舰炮的使用条件需要弹炮对其接口进行调整、改造,制导炮弹的弹丸包含制导头、控制舱、助推发动机等部件。对使用舰炮的扬供输结构的适应性需要试验论证;国产双舰炮制式弹丸的全长较短,而制导炮弹的弹丸

长度较长,现役的扬供输结构无法满足其使用要求;是调整现役火炮扬供输结构,还是减小大口径舰炮制导炮弹的弹丸长度,或是采用人工填装的形式,都有待于进一步论证、试验。


8.舰炮制导炮弹的作战使用

激光半主动制导炮弹在作战使用中是舰炮、火控、弹药、照射器和通信系统的综合使用过程。首先要从目标指示系统或前方作战部队获得目标的地理位置信息,经过舰载火控系统的解算,确定目标诸元;通过舰载指挥系统与前方激光照射器作战小组进行协调,确定打击目标、激光编码、设计时间;然后舰炮按照火控系统确定的目标诸元向目标射击,同时舰炮上的同步装置发出点火同步信号,前方激光照射器收到同步信号,准备照射目标;发射的弹丸经过无控飞行、火箭发动机助推、滑翔、有控飞行,达到目标域;激光照射器作战小组按时向打击目标发射激光束,并引导激光半主动制导炮弹飞向目标;最后激光照射器作战小组向舰艇作战系统报告目标的毁伤情况,决定是否继续或转火射击。这一过程是一个多系统协调、配合的复杂过程,任何一个环节协调不当都会影响制导炮弹的使用效果。


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