火箭武器发射技术优化与创新

火箭武器发射具有其特殊性，如初速较低、弹长较长、质量较大。因此，对于无控火箭弹而言，发射时发射装置对火箭弹的起始扰动等成为火箭弹散布的主要原因。为了设计性能优良的火箭发射装置，需主要研究和解决以下关键技术。

1.发射系统总体设计技术

火箭武器的显著特点之一就是可借助多个定向器在短时间内发射足量的战斗部质量，以形成比其他武器更强大的威力，可见，定向器的多少是反映武器系统威力的重要指标。同时，定向器是承受发射时燃气射流强大冲击力的主要结构件。所以，定向器的数量、集束形式以及在发射系统中的布局位置等将对武器系统的总体性能起到至关重要的作用。

1）定向器的数量

定向器的数量决定了装弹量的多少，继而决定终点的毁伤程度。因此，在进行总体布局设计时，应该先知道使用多少定向器为宜。定向器的数量可通过以下两种方法确定。

（1）根据战术技术指标，通过对终点毁伤效果的计算和分析来确定定向器数量。这种方法的优点是可以通过定量化分析来确定定向器的数量，但是该方法的使用前提是设计者需掌握弹药专业的相关知识。应该承认，在目前武器系统研发已广泛采用多学科配套的形势下，这种方法的思想比较符合高技术条件下武器系统的研制规律。

（2）依据运行体的承载能力和运动性能来确定定向器数量。当运行体载重量一定时，应设计尽可能多的定向器数量，以便能一次装填尽可能多的火箭弹。但是装弹量的多少要根据车体承载发射系统后剩余的载重量来决定，而发射系统的质量在设计未完成时是未知的。由此看来，这种情况下由发射系统质量直接推算定向器的数量是行不通的，此时可以根据概略计算方法来确定定向器的数量。

2）定向器的集束形式

在定向器数量确定后，为了保证各定向器的轴线一致，并增强其整体刚性，通常采用隔板或框架将多管定向器“加固”成定向器集束。采用这种集束形式后，定向器的每个模块可拆卸开，便于运输，这样即使是在路况复杂的山区甚至山间小道上，也可以通过人员肩背和牲畜背驮等方式实现运输，因而采用这种集束形式的火箭炮特别适用于地形复杂的作战环境。

另一种比较通用的定向器集束形式是夹板集束形式。这种形式的集束可以最大限度地减小武器系统的结构外形尺寸，因而空间利用率高。在这类定向器集束系统中，通常有一个托架与定向器集束紧密精确地配合，共同组成俯仰体。

除了以上两种常见的定向器集束形式外，近年来另一种发展较快的定向器集束形式是储运发箱式。储运发箱式集束形式将定向器和火箭弹（含引信）集于一体，储运发箱既是包装箱，又是发射箱，因而能极大地缩短弹药的再装填时间，并可实现共架发射（即一个发射架可用于发射不同口径的火箭弹甚至导弹）。在储运发箱式集束形式中，各定向器轴线的空间相互位置关系由箱体的加工和装配精度来保证；轴线与托架之间的关系则靠精确定位装置来保证，这种精确定位装置具有快速紧定和释放功能，可满足快速装填的需要。

3）耳轴与俯仰体结构和定向器布置

定向器在定向器系统中的布局方式决定俯仰体结构形式。无论采用何种布局形式，所有定向器都必须保证射线一致。受耳轴位置和射界等因素限制，定向器的系统布局并不拘于一种形式，在设计时，应在充分论证和协调的基础上，合理地规划定向器的布局。

常见的定向器布局形式有以下4种：

（1）整体顶置式布局——定向器集束在托架之上，整个定向器集束处于发射装置的顶层。

（2）龙门式布局。

（3）“U”字形布局。

（4）“侧挂”式布局。

2.倾斜发射与垂直发射技术

通常情况下，倾斜发射技术发射的火箭弹是无控火箭弹，火箭弹遵照自然弹道飞行，当需要改变射击方位时，必须借助发射系统的回转机来实现方位角的调整。

垂直发射技术发射的主要是导弹，由于导弹具备自主控制弹道的能力，当导弹飞离发射装置后，依靠推力矢量技术（如空气舵、燃气舵、矢量喷管、侧喷发动机等机构）迫使导弹改变飞行轨迹。垂直发射不需要调整方位角即可实现对360°周向位置目标的打击。

倾斜发射时，燃气射流沿发射筒或者发射轨道向斜后方喷射，排泄在火箭弹的后方，燃气射流基本上不会影响火箭弹的飞行。垂直发射时，导弹可以在发射管内点火发动机，也可以借助于弹射系统先将导弹弹射出筒，然后在一定高度点火发动机。前者必须考虑燃气射流的导流问题。(www.xing528.com)

导流问题的解决可以借助于同心筒形式，内筒起导弹定向滑动作用，内外筒之间的空隙用于排泄燃气流。

3.通用发射平台与储运发箱技术

虽然火箭炮发射的火箭弹口径不同、功效不同，但是其主要的动作和功能是相同的，就是赋予火箭弹/导弹一定的射向和射角。随着军队对于战役、战术机动性要求的不断提高，各种武器装备纷纷运用到各种各样的运行底盘上，造成部队的车辆数量和种类急剧膨胀，给部队的日常维护带来严重困难。为了更好地发挥武器装备的能力，人们越来越多地提出建设通用发射平台，以应对这种变革。通用发射平台，是指可以在一个平台上发射不同口径、不同种类的弹药，以实现不同的作战目的。在这方面，美国的M270火箭炮是最先达到这一要求的。

火箭炮的突出特点是多管，现代野战火箭炮的管数基本都在10管以上。如何将这么多的发射管整合在一起，是火箭炮的一项关键技术。目前，定向的技术形式有两种：集束式和箱式。其主要区别在于：集束式需要逐个装填火箭弹，可以借助于人工或者机械；箱式则是在火箭弹厂就已经预先装填好的，在装填时只需借助于机械一次吊装安放即可。储运发箱技术的优点有：

（1）可实现通用平台的共架发射。

（2）缩短再装填时间，提升快速打击能力。

（3）有利于火箭弹/导弹的长期储存。

4.燃气射流冲击效应实验与仿真技术

火箭弹的推进方式不同于枪炮。发动机点火后，燃气射流不断地向后排泄，一直持续到发动机工作完毕。因此，燃气射流对于火箭武器而言具有一定的特殊性。

1）燃气射流与发射系统

对于野战火箭炮而言，为了达到一定的射程，发动机的主动段相对较长，在火箭弹出炮口后一定时间内，发动机仍处于工作状态。这样，在火箭弹出炮口近距离内，强烈的燃气射流冲击效应作用在发射系统上，对发射系统造成力冲击和热冲击破坏。力冲击可对发射系统的振动造成影响，除去燃气流冲击力外，发射过程还有其他因素可造成发射系统的振动，但是冲击力影响的量级更大，危害更大。通常，在喷管出口截面，燃气流的压力pe=1～3 atm，Te=1 800～2 300 K，Ma=3。燃气本身压力高于环境的压力，使燃气的压力在流出喷管出口截面后有进一步降低趋向环境压力的能力。依据超声速燃气射流的性质，沿轴线方向，压力逐渐降低，速度进一步增加，温度降低等。

2）火箭运动时燃气流的作用

定向器作为承载火箭弹的工具，还具有赋予和保持火箭弹既定射击方向以及燃气导流的功用。对于管式定向器，由于其内壁光滑，导流的效果在所有定向器形式中是最好的，目前广泛使用的野战和单兵火箭武器大多采用管式定向器。燃气流对发射装置产生的作用力主要体现在面冲击和黏性。对于面冲击，火箭弹喷管后方一定范围内，燃气射流的压力分布比较复杂，超压值较大，单位面积上产生的力较大。因此，一般要求发射装置设计时要考虑迎气面的流线型设计，即要求良好的燃气流导流效果。单兵使用的武器系统，要求发动机的工作过程在火箭弹运行在发射管期间完成，这样燃气射流不会作用在射手身上。由于火箭弹出定向器后，发动机工作已经停止，因此燃气射流对定向器管口截面的正面冲击不存在，即燃气射流的面冲击不存在。但由于燃气的黏性作用，因此在定向器的壁面上仍然存在一定的黏性摩擦力。

3）燃气射流对发射装置的冲击

动力冲击：即作用力的冲击，是造成发射装置破坏的主要因素，也是发射装置设计时需要知道的参数之一。

热冲击：燃气射流作用于发射装置上的时间非常短，所造成的系统结构表面的温度升高有限，所造成的热冲击主要体现在高温环境下的冲刷和烧蚀。

4）燃气射流冲击与发射起始扰动

火箭武器系统在发射时受到的作用力主要有：火箭弹相对于定向器的作用载荷、闭锁机构解脱时的瞬态力、带有螺旋导槽定向器的导转侧压力、燃气流的黏性摩擦力、燃气流的正面冲击力等。这些力综合成发射系统振动的激励源，燃气射流的冲击力通常占据重要地位。因此，有效地降低燃气射流冲击力，是克服或降低发射起始扰动的主要解决途径。为了设计性能稳定的发射系统，对于燃气射流的性质就必须清楚明了。这方面可借助于实验和数值仿真的方法加以解决。实验测量主要是借助于各种传感元件（如测压传感器、测温传感器等），直接测量获取燃气流场的压强、温度及其分布；数值仿真则借助于数值分析方法对各种各样的流动进行数值计算，可以揭示实验测量无法取得的特殊点的流动状况，可以和实验测量互补。

5.行军、发射过程的动力学仿真技术

动力学问题围绕着所有机械系统。火箭炮中突出的动力学过程主要是：行军过程、调炮启动过程、闭锁机构的解脱过程、发射时的燃气射流冲击过程、连续射击时的发射装置振动过程。目前的动力学问题都可以借助于成熟软件进行求解，只是不同的软件适合于求解不同的问题。例如，求解长时程仿真问题可借助于Adams、Algor；求解瞬态问题可利用Abaqus、LS-DYNA等。动力学仿真研究已经开展了20多年，研究方法和手段趋于成熟，要求分析人员在处理边界条件、载荷施加等环节精益求精，在正确设置这些参数的情况下，计算所得结果，就可以满足工程设计的需要。