炮控系统发展历程与技术现状分析

早期，对坦克的操纵，特别是精确瞄准，主要是靠手摇高低机和方向机来进行的，瞄准速度很低，瞄准精度也很差。由于没有坦克火炮和炮塔的稳定装置，当坦克在战场上运动时，坦克火炮和炮塔与车体一起振动和转向，无法保持射角和射向不变，因而在行进间无法进行瞄准和射击。为此，一般都采用短停射击方式，即当发现目标后，坦克短时间停止行进，再进行精确瞄准和射击；射击完毕后，坦克继续行驶。短停射击动作迟缓，非但不能先发制人，还会使自己处于被动挨打的地位，这就限制了坦克武器威力的发挥。

为了克服坦克车体振动对坦克炮行进间瞄准和射击的影响，世界各国先后研制装备了坦克火炮（炮塔）的稳定装置。20世纪40年代开始出现坦克火炮单向炮控系统，能够实现高低向的稳定控制，我国坦克采用的是高低向稳定控制、水平向电传动控制系统；20世纪50年代出现坦克火炮的双向炮控系统，我国也有相关装备配备部队；进入20世纪70年代，世界各国的主战坦克几乎都装有复合控制的炮控系统，如96 系列坦克；进入21世纪后，主战坦克的炮控系统向着数字化、全电化和无人化发展。随着科学技术的发展，坦克炮控系统引入了许多高新技术，使性能不断提高和完善，主要体现在稳定精度的提高、瞄准速度的调速范围扩大和控制性能更加优良等。

总结坦克炮控系统的发展历程，目前为止，大体可以分为三代。前两代稳定系统主要稳定火炮，瞄准线随动于火炮。

第一代炮控系统叫作双陀螺稳定系统。在高低和方位稳定系统中，每套只有一个速度陀螺，用来传感火炮和炮塔的角速度。此信号经放大后，用于控制火炮伺服系统，起到稳定火炮的作用。这种稳定系统可以在行进间粗略稳定火炮，但不能在行进间射击，要求射击前短停，以精确控制火炮。

第二代炮控系统又称为四陀螺稳定系统。即在火炮高低和方位伺服控制回路中各包括两个陀螺。一般来说，一个是位置陀螺（三自由度陀螺），另一个是速度陀螺（二自由度陀螺）。速度陀螺在有的系统中提供扰动变量前馈控制信号（如“豹”1A3），有的起速度反馈作用（如T-62 坦克）。第二代系统比第一代系统反应迅速、稳定精度高，火炮能在行进间瞄准，射击前短停的时间比第一代可缩短一些，但仍不能在行进间射击。

第三代炮控系统是独立稳定瞄准线的指挥仪式系统。这种系统与瞄准控制方式中的指挥仪式坦克火控系统是同一种系统。稳定系统与伺服控制系统是紧密结合在一起的，两者的大部分部件都是共用的。(www.xing528.com)

目前稳定和伺服控制系统有电液式和电动式两种类型。美国、德国和法国装备的坦克基本上都是电液式的，而英国的是电动式的，苏联坦克炮控系统在高低向是电液式的，方位向是电动式的。美国卡迪拉克·盖奇（Cadillac Gage）公司生产的电液式稳定系统为美国M47、M48、M60 坦克及德国和比利时装备的“豹1”坦克所采用。英国的炮控稳定系统都是全电动式的，并且都由马可尼雷达（Marconi Radar）公司生产，包括用于“奇伏坦”坦克的GCENo.7 双向稳定系统、用于改装逊邱伦的GCE576 或GCE581 系统及用于维克斯MK3 坦克的GCE620 炮控稳定系统，这些系统的末级功率放大装置都是电动机放大机。马可尼雷达公司又为蝠式、狐式等轻型坦克研制成功了PD700 型炮塔和火炮电力驱动系统，采用可控硅功率放大器作为末级功率放大器，优点是快速回转和慢速平滑跟踪性能优良、效率高、耗电少、工作时噪声小。

近年来，采用全电动系统的坦克越来越多，如法国的AMX“勒克莱尔”、日本的90 式、以色列的“梅卡瓦3”、巴西的EE-T1、德国的KPz2000。全电动系统的主要优点是安全性好，无液压油，不易着火，从而避免了液压系统效率低、容易发热、维修检测备件多、维修困难、费用高等缺点；尤其是在被炮弹击中后，液压油会在坦克内部引起激烈的火灾和爆炸，使坦克遭受毁灭性的损害，称为“二次效应”。电控系统不仅没有上述缺点，还可以方便地进行自诊断，维修时更换的器件少，预先维修工作量少，从仓库取出后，便可以立即装车使用，因而世界各国都努力将液压系统改成电力传动控制系统，使坦克炮控系统成为全电炮控系统。全电式炮控系统是坦克炮控系统的发展方向。

最早的全电式炮控系统的高低向和水平向都是“电动机放大机-直流电动机”系统。这种全电式炮控系统十分笨重，效率低，性能也没太大的提高，只是从根本上解决了坦克炮控系统采用液压系统带来的问题。PWM 控制技术的出现，为克服电动机放大机控制的全电炮控系统的缺点提供了技术支持。20世纪90年代，法国在著名的“勒克莱尔”坦克上研制成功了PWM 控制时全电式炮控系统。PWM 控制的全电式炮控系统虽然克服了电动机放大机控制存在的缺点，但是仍然应用了直流电动机，是直流全电式炮控系统；不言而喻，它还存在着电刷和机械式换向器的缺点。

20世纪90年代，交流电动机调速技术在我国开始兴起，研制人员开展了应用交流调速技术研制交流全电式炮控系统的工作。通过在控制方法上研究出双模双环控制，在结构上设计出集空心转子永磁电动机、滚珠丝杠、电磁阀等于一体的电动动力缸，研制成功了第一台交流全电炮控系统。与传统的炮控系统相比，战术技术指标有非常大的提高，同时，质量减小40%、体积减小30%、成本降低33%、噪声小，改善了人机环境；无刷永磁电动机还提高了可靠性和可维修性。大功率数字式交流全电炮控系统的主要特点有：系统的主电路需要将坦克电气系统供给的28 V 直流电压大幅度提高，如提高到270 V；可以挂接到综合电子系统的总线接口；研究多种优化的控制算法和调节器参数的在线调节方法等。同时，与传统的坦克炮控系统相比，现代坦克炮控系统的电磁兼容性问题非常突出，需要应用许多措施来降低所产生的电磁干扰对其他坦克装备正常工作的影响。