防空導(dǎo)彈快速概念設(shè)計開發(fā)平臺應(yīng)用需求分析

申智 萬佳慶

摘要：典型的防空導(dǎo)彈設(shè)計過程按照系統(tǒng)工程的觀點，通常分為三個階段：概念設(shè)計、初步設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。文章主要針對防空導(dǎo)彈快速概念設(shè)計的開發(fā)平臺進(jìn)行應(yīng)用需求分析，圍繞防空導(dǎo)彈快速概念設(shè)計內(nèi)涵、概念設(shè)計的目標(biāo)、概念設(shè)計的必要性、導(dǎo)彈概念設(shè)計涉及的學(xué)科專業(yè)、設(shè)計手段等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：防空導(dǎo)彈；快速概念設(shè)計；需求分析

中圖分類號：TJ760 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）03-0054-02

典型的防空導(dǎo)彈設(shè)計過程按照系統(tǒng)工程的觀點，通常分為三個階段：概念設(shè)計、初步設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。根據(jù)波音公司統(tǒng)計，概念設(shè)計所花費的費用只占整個系統(tǒng)全壽命費用的約1%，但它卻決定了整個系統(tǒng)全壽命周期費用的70%。正是基于概念設(shè)計階段在全壽命周期費用中的重要作用，因而，必須采用各種優(yōu)化技術(shù)和手段，大力提高概念設(shè)計階段的質(zhì)量。

一、防空導(dǎo)彈快速概念設(shè)計的內(nèi)涵

在防空導(dǎo)彈概念設(shè)計階段，主要進(jìn)行防空導(dǎo)彈方案論證及發(fā)展戰(zhàn)略制定，確定防空導(dǎo)彈的外形、載荷、尺寸、質(zhì)量及總體性能等。

防空導(dǎo)彈概念設(shè)計涉及氣動、彈道、動力、總體布局、結(jié)構(gòu)及控制等多學(xué)科專業(yè)，而且各學(xué)科之間相互影響、相互耦合。因而，導(dǎo)彈快速概念設(shè)計是要充分利用各個學(xué)科之間的相互耦合可能產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，以獲得最優(yōu)的導(dǎo)彈總體方案。導(dǎo)彈快速概念設(shè)計是典型的多學(xué)科問題，在新型導(dǎo)彈中表現(xiàn)更為突出。由于新型導(dǎo)彈的基本特性和學(xué)科相互影響關(guān)系復(fù)雜，較難形成閉合的、高質(zhì)量的總體方案。為了解決此問題，總體人員必須要深入了解導(dǎo)彈各學(xué)科的特征和相互影響關(guān)系，并從頂層建立新型的一體化設(shè)計流程，即建立防空導(dǎo)彈快速概念設(shè)計平臺。通過各學(xué)科的模塊化并行設(shè)計來縮短設(shè)計周期，通過考慮學(xué)科之間的相互耦合來挖掘設(shè)計潛力，通過系統(tǒng)的綜合分析來進(jìn)行方案的選擇和評估，通過系統(tǒng)的高度集成來實現(xiàn)導(dǎo)彈的自動化設(shè)計，通過各學(xué)科的綜合考慮來提高可靠性，通過門類齊全的多學(xué)科綜合設(shè)計來降低研制

費用。

二、目標(biāo)和內(nèi)容

防空導(dǎo)彈概念設(shè)計應(yīng)處于防空導(dǎo)彈研制的最早階段，是在戰(zhàn)術(shù)技術(shù)任務(wù)提出后，其開展目的包括以下三個方面：

1．根據(jù)總體指標(biāo)要求，確定防空導(dǎo)彈的主要特征，以滿足質(zhì)量、尺寸、精度以及毀傷效果的設(shè)計

要求。

2．確定防空導(dǎo)彈設(shè)計可能達(dá)到的總體指標(biāo)要求，作為研制考核依據(jù)。

3．形成各分系統(tǒng)指標(biāo)，為其開展詳細(xì)的設(shè)計和研制工作提供依據(jù)。

其中，第1項工作是核心，第2項是通過反復(fù)調(diào)整第1項的輸入實現(xiàn)；第3項是第1項任務(wù)的結(jié)果。

根據(jù)防空導(dǎo)彈的組成特點，這些特征包括：外形、部位安排、彈道設(shè)計、彈體結(jié)構(gòu)、動力裝置、制導(dǎo)控制系統(tǒng)、引戰(zhàn)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。其中，按照防空導(dǎo)彈組成特征和使用原理特征，可將其分解為圖1所示的各種設(shè)計工作：

圖1防空導(dǎo)彈設(shè)計內(nèi)容

其中，發(fā)動機(jī)、導(dǎo)引系統(tǒng)、控制器件、舵系統(tǒng)、引信、戰(zhàn)斗部、能源等彈上設(shè)備在概念設(shè)計階段不進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，僅考慮影響全彈質(zhì)量、尺寸、精度、毀傷效果的特征設(shè)計。

（二）快速概念設(shè)計的必要性

防空導(dǎo)彈概念設(shè)計的困難性表現(xiàn)在：

1．在各種設(shè)計活動中涉及到大量計算過程，即使是這些設(shè)計活動完整執(zhí)行一輪，其計算工作量也非?？捎^。因此，難以開展大規(guī)模設(shè)計選型工作，限制了防空導(dǎo)彈的設(shè)計自由度。

2．涉及到多個專業(yè)學(xué)科，大規(guī)模的子設(shè)計活動，而這些設(shè)計活動之間的輸入輸出又是相互關(guān)聯(lián)的，如何使設(shè)計活動的輸入輸出達(dá)到最佳的、匹配的狀態(tài)需要開展大量的指標(biāo)協(xié)調(diào)工作，具有很大的

難度。

3．指標(biāo)協(xié)調(diào)過程中面臨設(shè)計活動輸入條件的不斷改變，而這些設(shè)計活動需要反復(fù)進(jìn)行。因此，進(jìn)一步加劇了設(shè)計工作的負(fù)擔(dān)。

我國現(xiàn)有的防空導(dǎo)彈設(shè)計大都是在已有防空導(dǎo)彈型號上進(jìn)行小規(guī)模的調(diào)整，其中非常重要的原因是由于缺少快速設(shè)計手段，盡可能避免設(shè)計工作的反復(fù)性，但這種思路從很大程度上限制了防空導(dǎo)彈的發(fā)展跨度。為此，我們必須尋求更為快捷的防空導(dǎo)彈概念設(shè)計方法。

（三）快速概念設(shè)計手段

根據(jù)以上概念設(shè)計的困難性，提高其快速性的手段包括：

1．提煉形成流程化、程序化的概念設(shè)計過程，并開發(fā)支持流程快速構(gòu)造和數(shù)據(jù)自動交互的軟件工具，提高設(shè)計工作銜接快速性。

2．發(fā)展快速的專業(yè)計算模型（包括設(shè)計和分析），縮減整體計算規(guī)模。

3．融入多學(xué)科耦合設(shè)計思想，減少概念設(shè)計整體迭代次數(shù)。

4．在確定設(shè)計特征過程中，充分應(yīng)用自動數(shù)值優(yōu)化和敏感性分析手段，支持參數(shù)的快速確定。

（四）概念設(shè)計的過程

概念設(shè)計涉及到多個專業(yè)內(nèi)容，包括串聯(lián)、并聯(lián)、迭代的混合過程，主要涵蓋總體、氣動、動力、彈道、結(jié)構(gòu)、控制、引戰(zhàn)等專業(yè)。導(dǎo)彈總體根據(jù)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)提出多種方案設(shè)想，并進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)協(xié)調(diào)分配，初步預(yù)估導(dǎo)彈的發(fā)射質(zhì)量、外形尺寸、發(fā)動機(jī)總沖等技術(shù)指標(biāo)；氣動、動力專業(yè)根據(jù)總體分配的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計；彈道專業(yè)根據(jù)氣動參數(shù)、發(fā)動機(jī)內(nèi)彈道數(shù)據(jù)、導(dǎo)彈的質(zhì)量質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量數(shù)據(jù)，進(jìn)行導(dǎo)引規(guī)律設(shè)計和彈道計算。彈道計算的結(jié)果作為結(jié)構(gòu)載荷計算和控制專業(yè)控制彈道仿真的依據(jù)；結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、模態(tài)計算及熱防護(hù)設(shè)計，將模態(tài)計算結(jié)果輸出給控制專業(yè)；控制專業(yè)根據(jù)氣動數(shù)據(jù)、彈體模型及動力系數(shù)等參數(shù)，進(jìn)行控制規(guī)律設(shè)計并進(jìn)行協(xié)同仿真。導(dǎo)彈總體根據(jù)分系統(tǒng)初步設(shè)計結(jié)果并綜合考慮各學(xué)科相互作用的協(xié)同效應(yīng)，經(jīng)過層次化、系統(tǒng)級的綜合優(yōu)化，最終形成最佳的導(dǎo)彈總體方案。

三、概念設(shè)計涉及專業(yè)

概念設(shè)計過程涉及的專業(yè)包括：

1．總體專業(yè)：負(fù)責(zé)總體方案構(gòu)思、導(dǎo)彈總體技術(shù)途徑選擇、總體布局、部位安排、質(zhì)量質(zhì)心及轉(zhuǎn)動慣量計算等。

2．氣動專業(yè)：負(fù)責(zé)外形設(shè)計、氣動計算、氣動彈性分析。

3．發(fā)動機(jī)專業(yè)：負(fù)責(zé)發(fā)動機(jī)方案設(shè)計、內(nèi)彈道計算。

4．彈道專業(yè)：負(fù)責(zé)導(dǎo)引規(guī)律設(shè)計、理論彈道計算、動力系數(shù)計算。

5．結(jié)構(gòu)專業(yè)：負(fù)責(zé)載荷設(shè)計、模態(tài)計算、強(qiáng)度校核、熱防護(hù)設(shè)計。

6．制導(dǎo)控制專業(yè)：負(fù)責(zé)制導(dǎo)系統(tǒng)初步設(shè)計、控制回路設(shè)計、控制器件初步設(shè)計及控制彈道仿真。

7．引戰(zhàn)專業(yè)：負(fù)責(zé)引信、戰(zhàn)斗部、引戰(zhàn)配合設(shè)計。

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作者簡介：申智（1981-），男，○六一基地三○二設(shè)計研究所工程師，碩士研究生，研究方向：飛行器設(shè)計；萬佳慶（1985-），男，○六一基地三○二設(shè)計研究所工程師，碩士研究生，研究方向：飛行器控制。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）