航天器发射技术：发射装置布置

发射装置的总体布置一般是在总体方案和总体性能参数确定的情况下，在发射装置总体技术协调的基础上绘制发射装置外形图，并通过必要的仿真分析，确定各组件和部件之间的位置安排以及主要尺寸、质心位置、运动部件的极限位置、运动部件的运动轨迹、扫略空间等。在此基础上协调、确定发射装置和弹体、装载对象、火控系统等有关设备之间的接口关系。

在总体布置完成后，开始组、部件设计，将各种问题具体化，矛盾也会逐渐暴露。这时，总体人员要根据任务书的要求，把握总体性能，及时协调发射装置与其他设备之间及发射装置各部分之间出现的配合问题，进一步分析各组、部件的性能指标。

在各组、部件设计基本完成的基础上，绘制总装配图，并提出总装技术要求。

发射装置的总体布置是一个持续性过程，几个阶段之间相互联系、相互制约，反复交替进行。发射装置的总体布置是方案中具有全局影响的设计过程，需要在给定空间尺寸内、给定质量约束下实现所有组、部件的布置，实现发射装置的功能指标。另外，发射装置的总体布置还影响到外形、伪装隐身性能、操作性、维修性等。在总体布局阶段，需要结合后续的使用维护等各个方面进行发射装置的总体布置设计。

1.舰载发射装置的总体布置

舰载发射装置的总体布置要满足导弹总体及火控系统提出的战术技术要求，并且要满足舰艇条件和设备安装的协调要求。这些要求包括：

（1）执行舰艇总体给定的布置要求和装舰要素；

（2）发射时，导弹的飞行经过区域和燃气流的影响范围不妨碍舰上工作和破坏舰上设备；

（3）考虑导弹下沉、低头等姿态变化及舰艇运动引起的牵连运动对其的影响，确定上层建筑的安全距离与防护措施；

（4）考虑燃气流的排导与处理；

（5）发射装置应尽可能布置在远离舰艇上高振动和大功率发射天线区；

（6）发射装置在甲板上的各组成部分应尽可能集中布置，并考虑操作维修方便；

（7）应考虑在码头上吊装发射箱时必要的空间，在码头停靠时不与相邻舰艇碰撞；

（8）在易碎盖、爆炸螺栓或适配器的散落范围内，应避免设置其他易损设备，必须设置的设备应加装防护设施；

（9）安装在甲板下的液压系统、电气设备应尽可能布置在发射装置下的舱室内；

（10）穿越甲板的电缆、液压管路应尽量集中（危险线路除外），甲板上、下的电缆线、管路布置应合理，排列有序；

（11）发射装置的基座应固于舰体肋骨上，保证支承结构的刚度要求。

2.车载发射装置的总体布置

车载发射装置主要由底盘车和上装设备组成，其中底盘车选型在发射装置装载平台选择和分析过程中完成，并基本确定上装设备的装载能力与布局空间，在此基础上对发射箱、发射架、导流器、驱动装置（液压驱动或电驱动）、发控舱、设备舱、控制系统、电源等上装设备进行布置。车载发射装置的总体布置的主要任务是在有限的布局空间内合理布局上装设备和运动机构，需要综合考虑发射装置的整体外形、外廓尺寸、质量、质心、维修性、保障性、人机工程等因素。由于受到支承能力、空间尺寸、使用要求等的限制，车载发射装置的总体布置有许多特点，工作时必须注意。

（1）尽量增加联装数。

由于车体承载能力及尺寸的限制，定向器的联装数是有限的。为了提高单车的火力，应尽可能多装弹。因此，设计中应尽可能简化部件结构，减小尺寸及质量，使车体有较多剩余载重和空间用来装弹。

引入结构系数λ来表示结构设计的优劣。设弹的重量为WR，装弹数为n，车体载重为WE，发射装置部件重量为WL，则剩余载重允许的装弹量为

令λ＝，将其代入上式可得

用式（4.1.15）可估算允许的装弹数。现有车载发射装置的λ为0.3～0.72，平均值为0.5。

（2）合理地确定耳轴和立轴位置。

耳轴是起落部分俯仰回转的中心，立轴是回转部分方向回转的中心，它们的位置是影响许多性能的重要因素，是布置的关键。

①确定耳轴位置时要注意的问题。

耳轴离地高度大，发射装置总高度增大，好处是转台上的空间加大，便于瞄准机的安排。在最大射角时定向器尾端有足够的距离，有利于燃气流的排导。在保证这个距离的前提下，起落部分质心可接近耳轴，以减小不平衡力矩。但耳轴过高，整个发射装置的质心高，影响行驶与发射时的稳定性，以及行驶的机动性。

耳轴离地高度小，对提高发射车的稳定性和机动性有利。但耳轴离地高度过小，则使定向器尾端离地高，不利于燃气流的排导。同时因为受驾驶室高度的限制，直前射击时最小射角值也会受到影响。

②确定立轴位置时要注意的问题。

立轴位置是指立轴在车体上的位置和相对耳轴的距离。立轴位置的布置影响车体轴荷的分配、瞄准角受驾驶室限制的程度及回转支承装置的受力状况。

立轴在车体上的位置应使车体各轴载荷分配合理。对自行式载重越野车，前轴载荷占22%～27%，后轴载荷占73%～78%。改变载荷分配将影响原型车的操纵性能、稳定性能和振动性能。

驾驶室限制发射装置的高低与方向瞄准范围，立轴后移对增大瞄准角是有利的。

立轴和耳轴距离应使回转部分质心靠近立轴，在高低极限射角时，质心应在立轴两侧。多联发射装置连续发射时，质心位置变化不应过大。

（3）选择合适的放列、调平、撤收方案，以使操作方便，动作确实可靠，转换时间短。

（4）保证发射稳定性。

应对横向发射时的稳定性进行计算，保证发射车不滑移、不倾翻。可选择一定长度的伸缩支腿和符合比压要求的地面支承盘或驻锄。总布置时使导弹离轨时的合成载荷造成的倾翻力矩及水平力尽量小。

（5）满足人机工程的要求

操作使用的手柄、按钮、仪表、操作窗口等应符合人体尺寸、人体力学和工程心理等方面的要求。在总布置时应合理地安排它们的位置，决定它们的尺寸、作用力、显示方式和颜色，充分发挥人和机器的最大能动性，并防止人为差错的发生。

3.机载发射装置的总体布置

机载发射装置是现代作战机载导弹武器系统的一个重要组成部分，用于在飞机上安装和载运导弹，并按规定的发射程序控制和实施导弹的发射。机载发射装置置于飞机和导弹之间，上连载机，下挂导弹，是机载火力控制系统、外挂管理系统及飞行员座舱控制机构与导弹的桥梁和纽带。飞机和导弹只有通过机载发射装置在电气与结构上进行连接，才能形成完整的机载导弹武器系统。因此，机载发射装置的性能、构型和（电气、机械等）接口关系都将直接影响机载武器系统战技性能的发挥，并随着机载武器系统的发展而协调、同步地发展。

机载导弹都是通过机载发射装置挂到飞机上的。机载发射装置处于载机和导弹之间，通过机载发射装置，飞机和导弹相联系而形成一个机载武器系统。机载发射装置作为飞机携带和发射导弹的专用装置，是导弹武器系统的重要组成部分，具有载运与发射导弹的功能。导弹的主要用途是按载机的预定要求击中目标。机载发射装置的发射方式及质量对导弹发射的精度和可靠性，以及载机的安全性有极大的影响。

1）机载发射装置的作用

（1）实现导弹与载机的可靠连接。

导弹与载机的可靠连接包括机械、电源、气源、信息的可靠连接。机载发射装置实现导弹在载机上的悬挂，保证导弹正常可靠地随载机飞行。在导弹随载机飞行期间，机载发射装置要能承受本身和导弹所传递的各种载荷（静、动和热载荷等）的综合作用，而不能发生结构损坏和不允许的结构变形。此外，机载发射装置要在载机所有的牵连载荷下（包括载机载弹起飞和着陆过程）可靠地“锁”住导弹，而不能发生任何“释放”导弹的现象。

在导弹随载机飞行期间，导弹正常工作所需的各种能源都是由载机通过机载发射装置提供的，如载机通过机载发射装置提供直流电源、交流电源或由机载发射装置变换载机电源而提供的其他电源。

当某些导弹需要一定的气体时，由载机通过机载发射装置提供气源。例如，载机通过机载发射装置为一些导弹的红外导引头提供制冷用的高压洁净气体。

机载发射装置实现载机和导弹间的信息传输。随着航空电子技术和通信技术的发展，载机和导弹间的大量信息将以数字形式通过数据总线传输，少数以模拟形式传输。飞机和导弹的型号不同，它们之间所传输的信息的种类和数量也有很大的不同。

载机和导弹间传输的信息主要有：(www.xing528.com)

①有关目标、载机的运动参数，如位置和速度信息；

②有关载机、导弹和目标的信息，如目标雷达频率、方向、类型、编号等；

③载机控制导弹的一次性指令信息，如加温、准备、解锁、发射指令等；

④载机惯导和导弹惯导坐标对准所需的信息；

⑤导弹向载机返回的信息，如“挂弹”“导弹准备好”“导弹离机”信号等。

（2）实现导弹与飞机的可靠分离。

对机载发射装置来说，其最主要的功能就是在发射导弹时克服载机流场的干扰作用和发射环境的有害影响，按规定的发射方式，保证导弹能安全、合格地发射离机。

安全，是指导弹从机载发射装置上发射分离时，对载机、机载发射装置和邻近的其他武器不产生碰撞、损坏和其他有害影响。

合格，是指导弹从机载发射装置上分离时，要满足导弹制导、分离姿态和弹道的要求。

机载发射装置应按预定的战术使用要求，完成导弹发射全过程。导弹发射准备阶段主要包括给导弹供电、加温、制冷，控制导弹对目标的搜索、截获和跟踪，完成对准、调谐以及自检等。导弹经发射准备阶段以后，给出“导弹准备好”信号。发射阶段主要包括启动电源并转为弹上自供电、解锁及发动机点火、导弹电气分离、导弹发射离机等。

导弹与载机分离运动的方案决定了导弹发射装置的结构，影响导弹在飞机附近安全飞行的初始参数。确定合理的导弹与载机分离参数（垂直速度、俯仰角和俯仰角速度）以及选取强制分离机构的合理的运动学方案，需要考虑以下因素：

①导弹与载机分离后，飞行中不会和载机发生碰撞；

②导弹不能在载机发动机熄火的区域分离；

③导弹的初始运动参数应符合导弹控制系统提出的要求。

2）机载发射装置的分类

（1）按相对载机的状态分类。

按相对载机的状态，可将机载发射装置分为固定式发射装置和伸缩式发射装置。

①固定式发射装置。

固定式发射装置直接连接在飞机的挂梁上，在导弹悬挂和载运过程中，相对载机处于固定不动的状态。其特点是：连接结构简单牢固，具有足够的结构强度和刚度并且在结构布局上容易采取正确合理的载荷传递路线，可使结构紧凑、轻便。目前绝大多数机载发射装置均属此类，它又可分为不可投放型与投放型两种。

②伸缩式发射装置。

伸缩式发射装置在悬挂和载运导弹时，将导弹“全埋”或“半埋”在载机机身内，而在发射导弹时，其伸缩机构能将导弹伸出机身外实施发射。

这类机载发射装置的优点是：载机装挂导弹后，能达到“保形”和降低雷达散射截面积的目的，从而减小对飞机性能的影响。其缺点是：它要占据机身内较大的空间，要解决发射时安全离机和获得预定的满足制导和弹道要求的姿态等一系列技术问题。

（2）按机载导弹发射方式分类。

机载导弹发射方式是指导弹脱离载机前的约束形式和脱离约束的作用力方式。目前，其约束形式主要有：用闭锁机构约束导弹纵向运动、用定向导轨约束导弹的横向运动并引导导弹的滑行、用挂钩机构悬挂和约束导弹的纵向运动、用防摆装置约束导弹的横向运动。机载导弹脱离约束的作用力方式主要有导弹自身重力、导弹发动机推力和弹射作用力。因此，国内外机载导弹发射方式主要包括投放式发射、自力发射及弹射3种，分别对应投放式发射装置、导轨式发射装置和弹射式发射装置。

3）机载发射装置的标准化与通用化

从现代空战的特点和需求出发，提高飞机／机载武器间的互适性，实现武器和悬挂发射装置的通用化是提高飞机综合作战效能的当务之急，而其关键的和最可行的措施就是实现武器系统接口的标准化。为此，美国空军和海军联合制定了机载武器投放接口军用标准。1982年，北大西洋公约组织的其他国家也开始采用该标准，从而全面统一了外挂武器的接口标准。例如，北大西洋公约组织研制的战斗机在结构上设置有标准的悬挂结构；机载发射装置与飞机的接口（包括机械和电器接口）均按飞机的现有机构或通用接口标准进行设计；弹射式发射装置采用标准的燃爆弹；挂架不仅能携带本国和其他国家的多种导弹，而且挂架之间可以互换。

武器系统的接口标准化不仅提高了飞机／机载武器间的互适性，也为采用综合外挂武器管理系统提供了条件。

4）机载发射装置与飞机及导弹的接口

机载发射装置与飞机及导弹的接口是指机载发射装置与飞机及导弹之间机械与电气的连接关系。其主要功能是用于机载发射装置和导弹的悬挂与连接，输送来自载机的电源、控制导弹的信号以及导弹反馈给载机的信号，并通过接口有效地控制载机综合外挂武器管理系统对导弹的检测、发射准备和发射。

目前，国外使用较普遍的机载发射装置与飞机的接口是投放型机械接口。这种接口要求机载发射装置与飞机的接口能实现投放，也就是具有应急投放的功能。国外投放型机械接口的构型主要有3种类型：双吊耳和臂状止动器、吊耳和前后止动器、鞍形座和自动楔形紧止动器。

机载发射装置与导弹的接口主要是导弹悬挂和释放系统，包括锁定系统和限动器等装置。锁定系统主要有以下功能：首先是独立自动上锁功能，即只要导弹吊挂从机载发射装置下面插入到位，锁定系统就能立即同时自动锁紧锁钩；如果导弹由于受到某种阻碍而不能安装到位，吊挂不能插入机载发射装置悬挂装置中的吊钩内时，任何锁止元件均不闭锁。其次是相关开锁功能，即挂弹钩在弹射机构动作前几乎能够同时开锁，相关开锁是导弹与载机安全分离的先决条件。

采用弹射式发射装置时，为防止导弹摆动，应设置限动器。限动器对称地贴合在导弹上的加强结构范围内，其设计不得对导弹施加附加载荷。导弹释放后，限动器应能自动复位，以便重新装填。

5）机载发射装置的发展趋势

（1）发展保形弹射式发射装置，实现导弹与载机的最佳“融合”，减小外挂阻力。

未来战机的特点是高机动性和高隐身性，与之相适应，机载发射装置要朝小型、内藏的方向发展。国外已着手研制更加先进的保形机载挂架，主要内容是在飞机上设置导弹舱或半埋的机身槽。载机机动飞行时，导弹位于导弹舱内；发射导弹时，机载发射装置的支架伸出导弹舱，将导弹弹入自由气流中。

美国空军系统部负责研制的先进弹射式发射装置（AMELT）的弹射作动机构，就是能旋转向下的Y型平面杠杆系统。它在液压驱动部件作动下，将导弹从导弹舱或机身槽中向下弹出机外，在获得所需的俯仰姿态后进入自由气流中。这种弹射作动机构的弹射装置已用于“F－102”飞机弹射发射“猎鹰”导弹。

英国研制了一种X型联动杠杆系统的弹射式发射装置，采用了与AMELT相似的技术。该机载发射装置已用于“狂风”飞机弹射发射“天空闪光”导弹。

俄罗斯也发展了多种新型弹射式发射装置，用于发射中距拦射导弹，如“R－27”空－空导弹。

（2）发展向后转向的机载发射装置。

机载发射装置能转向，可以减轻导弹的负担，节省时间。因此，可研究导弹大离轴发射技术，实现“越肩发射”，或者还可研究一种可转向的机载发射装置。

（3）使用新的弹射能源，开发新型弹射式发射装置。

常规的弹射式发射装置使用的弹射能源是燃爆弹产生的高压燃气，利用这种燃气直接推动导弹离机，但是这种方法存在着明显的不足。目前，国内外都在积极研制以高压气体（如氮气）或高压流体作为新的弹射能源以取代高压燃气。

法国阿尔肯公司研制以高压氮气（压强为35 MPa）作为弹射能源。导弹在弹射时的俯仰角可在液压气体发送器的中心控制点上进行预置。

美国空军还研制了一种采用液压油（压强为56 MPa）作为弹射能源的弹射式发射装置。

（4）研制模块化和组合式机载发射装置。

为提高飞机综合作战效能，提高机载发射装置的战术机动性和使用灵活性，提高导弹武器系统的装机互换性和使用通用性，许多国家都在研制和发展一种“双模式机载发射装置”。美国空军系统部拟订了3项近期发展计划，其中就包括“双模式机载发射装置技术”（DML），该装置在先进的弹射式发射装置的基础上增加了导轨发射器。英国弗雷泽纳什公司所提出的设计方案就是在采用X型杠杆机构的弹射式发射装置的基础上加装一个导轨发射器。

模块化机载发射装置现已进入研究和设计阶段，如美国休斯公司为中距空－空导弹研制的一种模块化导轨发射装置，英国范堡罗皇家航空中心也在研制带有附加组件的模块化导轨发射装置。可以预见，双模式和模块化机载发射装置由于具有很大的战术机动性与使用灵活性，将会有广阔的发展前景。