小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)研究

作者/宋京帥、任文明、王煒信，中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所

小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)研究

作者/宋京帥、任文明、王煒信，中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所

本文主要研究了小型彈藥電氣接口技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況，總結(jié)分析了美軍采用的小型和微型懸掛物電氣接口標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容和應(yīng)用特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合國(guó)內(nèi)機(jī)載武器小型化特點(diǎn)，提出編制小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)制定提供支持。

小型彈藥；電氣接口；標(biāo)準(zhǔn)

引言

近年來(lái)，機(jī)載武器呈現(xiàn)小型化、智能化發(fā)展，原有的飛機(jī)/懸掛物接口標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)不能滿足小型機(jī)載武器的實(shí)際使用需求，為飛機(jī)武器系統(tǒng)集成帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

美國(guó)在上世紀(jì)90年代初提出了重量小于350磅（約136kg）的小型彈藥研究計(jì)劃。早期如GBU—39/B等小型彈藥采用了美軍標(biāo)1760接口，但在與無(wú)人機(jī)、轟炸機(jī)等平臺(tái)的集成過(guò)程中暴露出接口上的諸多問(wèn)題。為提高飛機(jī)/懸掛物接口互操作性，美國(guó)軍方實(shí)施了“通用武器接口（UAI）”計(jì)劃，在新一代精確制導(dǎo)武器中推廣應(yīng)用小型和微型懸掛物接口標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)雷錫恩公司研制的新一代小直徑制導(dǎo)炸彈（SDB II）采用了上述UAI接口，實(shí)現(xiàn)SDB II與F—16戰(zhàn)斗機(jī)、MQ—9無(wú)人機(jī)、B—52H轟炸機(jī)等多種機(jī)型平臺(tái)系統(tǒng)集成。

國(guó)內(nèi)小型機(jī)載武器的研制處于起步階段，尚未系統(tǒng)地開(kāi)展小型彈藥電氣接口方面的研究工作，也缺乏小型彈藥與不同機(jī)型平臺(tái)系統(tǒng)集成的研究。

本文通過(guò)研究國(guó)外小型彈藥電氣接口技術(shù)以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展情況，分析美軍飛機(jī)/懸掛物電氣接口標(biāo)準(zhǔn)體系，借鑒小型和微型懸掛物接口標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)外的應(yīng)用，提出國(guó)內(nèi)小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)編制建議，推動(dòng)我國(guó)小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

1. 小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

1.1 小型彈藥電氣接口發(fā)展

美軍飛機(jī)/懸掛物電氣接口標(biāo)準(zhǔn)體系按照懸掛物重量級(jí)可劃分為三個(gè)層級(jí)：

（1）一般懸掛物，重量大于125 kg，接口按照MIL—STD—1760《飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)》執(zhí)行；

（2）小型懸掛物，重量大于25 kg，小于125 kg，接口按照SAE AS 5725《小型懸掛物接口標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行；

（3）微型懸掛物重量小于25 kg，接口按照SAE AS 5725《微型懸掛物接口標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。

美軍標(biāo)MIL—STD—1760于1981年起發(fā)布實(shí)施，為美國(guó)及北約的飛機(jī)和懸掛物規(guī)定了一個(gè)通用的飛機(jī)/懸掛物電氣接口。該接口基于1553數(shù)據(jù)總線，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)特定功能提供了離散信號(hào)、高帶寬信號(hào)以及電源接口等。美軍標(biāo)1760接口被廣泛的應(yīng)用于各型飛機(jī)平臺(tái)和懸掛物的電氣接口設(shè)計(jì)中，包括聯(lián)合防區(qū)外武器（JSOW）、聯(lián)合直接攻擊彈藥（JDAM）、風(fēng)向修正撒布器（WCMD）以及聯(lián)合防區(qū)外空面彈藥（JASSM）等。

隨著小型彈藥的發(fā)展，國(guó)外研制了小直徑炸彈系統(tǒng)（SBS）、低成本自動(dòng)攻擊系統(tǒng)（LOCASS）、小型空中發(fā)射誘餌（MALD）等多種小型彈藥。但在與無(wú)人機(jī)、轟炸機(jī)等平臺(tái)的集成過(guò)程中，MIL—STD—1760標(biāo)準(zhǔn)已難以滿足小型彈藥的接口需求，主要有以下幾方面：

（1）美軍標(biāo)1760接口信號(hào)種類多，對(duì)飛機(jī)平臺(tái)負(fù)載要求大。同時(shí)接口電連接器尺寸大，在與運(yùn)載系統(tǒng)的分離中需要相對(duì)較大的釋放分離力，不能滿足小型彈藥與無(wú)人機(jī)等平臺(tái)的安全分離要求；

（2）美軍標(biāo)1760接口需要復(fù)雜和昂貴的電氣連接系統(tǒng)，與小型彈藥低成本、高效集成、多機(jī)型通用的研發(fā)目標(biāo)相悖；

（3）美軍標(biāo)1760接口采用傳統(tǒng)的1553總線，傳輸速率較低，而小型彈藥的數(shù)據(jù)傳輸接口要求具備高速數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信傳輸能力?？紤]到未來(lái)戰(zhàn)略需求，1553總線遠(yuǎn)程終端數(shù)量有限，無(wú)法有效支持小型彈藥密集懸掛和發(fā)射。

1.2 小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2005年，北約工業(yè)咨詢組（NIAG）與SAE協(xié)會(huì)下屬的航空航天委員會(huì)（AS—1）聯(lián)合開(kāi)展了“飛機(jī)、發(fā)射裝置和武器互操作性—通用接口（ALWI—CI）”研究，提出了飛機(jī)、發(fā)射裝置和武器互操作性技術(shù)體系結(jié)構(gòu)（ALWI—TA），初步明確了小型彈藥電氣接口發(fā)展藍(lán)圖。根據(jù)規(guī)劃，在五年內(nèi)將分別完成小型和微型懸掛物電氣接口標(biāo)準(zhǔn)編制。

應(yīng)美國(guó)軍方對(duì)高速數(shù)據(jù)通信的實(shí)際需求，AS—1委員會(huì)參照1553總線的技術(shù)，于同年發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)SAE AS 5652《10 Mbps網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)字時(shí)分制命令/相應(yīng)多路數(shù)據(jù)總線》。該標(biāo)準(zhǔn)提出了一種新型增強(qiáng)位率總線（EBR—1553），通信傳輸速率比傳統(tǒng)1553總線提高10倍，解決了小型懸掛物高速數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信關(guān)鍵技術(shù)。

基于EBR—1553總線，AS—1委員會(huì)于2008年編制發(fā)布了SAE AS 5725電氣接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了小型懸掛物與其運(yùn)載系統(tǒng)之間的電氣接口要求，適用于所有的飛機(jī)平臺(tái)、小型懸掛物以及相互之間有電氣連接的運(yùn)載系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)已得到美國(guó)軍方的認(rèn)可，納入美軍UAI接口技術(shù)體系。

同年，AS—1委員會(huì)修訂了早期編制的標(biāo)準(zhǔn)SAE AS 5653《MIL—STD—1760高速網(wǎng)絡(luò)通信》，基于光纖通道標(biāo)準(zhǔn)，定義了一種與MIL—STD—1760接口協(xié)同的新型數(shù)據(jù)通信方式。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了視頻、音頻、數(shù)據(jù)文件以及指令消息等信息的傳輸機(jī)制，是微型懸掛物電氣接口標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)。

2009年，AS—1委員會(huì)針對(duì)無(wú)人機(jī)等小型飛機(jī)平臺(tái)特點(diǎn)，編制發(fā)布了適用于最大重量25 kg、最小彈徑38 mm的微型懸掛物接口標(biāo)準(zhǔn)SAE AS 5726。該標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了微型懸掛物和宿主系統(tǒng)之間接口的電氣和邏輯要求，但未規(guī)定電氣接口物理層要求，標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)一步完善。

2. 小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)分析

2.1 SAE AS 5725小型懸掛物電氣接口標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的小型懸掛物基本運(yùn)載配置中，小型懸掛物運(yùn)載系統(tǒng)作為飛機(jī)平臺(tái)的任務(wù)懸掛物，與飛機(jī)掛點(diǎn)通過(guò)美軍標(biāo)1760接口連接，與單獨(dú)的小型懸掛物通過(guò)盲配連接器或臍帶電纜連接，如圖1所示。平臺(tái)/小型懸掛物之間電氣接口主要包括兩部分：

(a)小型懸掛物運(yùn)載接口（MSCI）；

(b)小型懸掛物接口（MMSI）。

圖1 平臺(tái)/小型懸掛物系統(tǒng)配置

該標(biāo)準(zhǔn)在美軍標(biāo)1760接口的基礎(chǔ)上刪除了冗余備份接口，并根據(jù)不同機(jī)型平臺(tái)與小型懸掛物集成的實(shí)際需求，增加了平臺(tái)類型等接口。與美軍標(biāo)1760接口相比，小型懸掛物電氣接口信號(hào)數(shù)量大幅縮減，但信號(hào)功能及特性基本保持一致。小型懸掛物接口信號(hào)組包括高帶寬接口、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接口、專用離散量和運(yùn)載系統(tǒng)電源信號(hào)等。

MSCI與MMSI可選擇下列接口類型，并相互協(xié)調(diào)。

（1）I類：包括除輔助電源接口之外的全部接口；

（2）IA類：由包括輔助電源接口在內(nèi)的全部接口組成；

（3）II類：包括除高帶寬信號(hào)、上行光纖通道信號(hào)、下行光纖通道信號(hào)以及輔助電源接口之外的全部信號(hào)組；

（4）IIA類：由II類信號(hào)組再加上輔助電源接口組成。

2.2 SAE AS 5726微型懸掛物電氣接口標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的宿主/微型懸掛物電氣連接系統(tǒng)包括兩類電氣接口；

(a)微型懸掛物宿主接口（MMHI）；

(b)微型懸掛物接口（IMM）。

圖2 宿主/微型懸掛物系統(tǒng)配置

宿主/微型懸掛物之間電氣接口包括數(shù)據(jù)傳輸接口、離散信號(hào)接口以及電源接口等。數(shù)據(jù)傳輸接口與電源接口共用同一物理層接口：通過(guò)與工作電源/工作電源回路相同的信號(hào)線，從微型懸掛物傳輸數(shù)據(jù)至宿主系統(tǒng)；通過(guò)與安全允許電源/安全允許電源回路相同的信號(hào)線，從宿主系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)至微型懸掛物。與小型懸掛物系統(tǒng)采用的EBR—1553總線不同，微型懸掛物系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸接口采用基于光纖通道的1760高速網(wǎng)絡(luò)（HS 1760）通信，極大地提高了宿主/微型懸掛物系統(tǒng)信息傳輸速率，提高了密集掛載狀態(tài)下數(shù)據(jù)裝訂效率。

標(biāo)準(zhǔn)定義了兩類IMM接口，確保通過(guò)統(tǒng)一的物理層接口實(shí)現(xiàn)不同的功能：

（1）I類：工作電源接口采用28V直流電源，穩(wěn)態(tài)功率85W；

（2）II類：工作電源接口采用56V直流電源，穩(wěn)態(tài)功率200W；

對(duì)于I類和II類接口，安全允許電源接口均應(yīng)采用28V直流電源。

2.3 小型和微型懸掛物接口電連接器

與美軍標(biāo)1760接口電連接器相比，小型懸掛物與平臺(tái)之間MSCI和MMSI接口電連接器選用III系列、外殼尺寸號(hào)為15、方向識(shí)別鍵字母為N的連接器，連接器直徑約為27.6mm，與美軍標(biāo)1760接口電連接器相比縮小約15%；微型懸掛物與宿主之間MMHI和IMM電連接器選用III系列、外殼尺寸號(hào)為9、方向識(shí)別鍵字母為N的連接器，連接器直徑約為16.8mm，與美軍標(biāo)1760接口電連接器相比縮小約50%。在實(shí)際使用過(guò)程中，小型彈藥比一般機(jī)載武器重量要輕，彈徑更小，且發(fā)射投放過(guò)程對(duì)電連接器的分離力要求嚴(yán)格，采用上述小尺寸電連接器能夠滿足小型彈藥使用和發(fā)展需求。

圖3 小型和微型懸掛物電連接器示意圖

3. 小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用分析

SAE AS 5725標(biāo)準(zhǔn)與SAE AS 5726標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)以MIL—STD—1760為主體的美軍飛機(jī)/懸掛物接口標(biāo)準(zhǔn)體系的補(bǔ)充和完善。同時(shí)，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)還是北約飛機(jī)、發(fā)射裝置和機(jī)載武器互操作性技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的重要組成，與MIL—STD—1760標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成了北約ALWI技術(shù)體系下的電氣接口標(biāo)準(zhǔn)頂層規(guī)范。對(duì)于無(wú)人機(jī)平臺(tái)、轟炸機(jī)平臺(tái)的機(jī)載武器系統(tǒng)集成，小型和微型懸掛物電氣接口標(biāo)準(zhǔn)更具優(yōu)勢(shì)：

（1）小型和微型懸掛物所用電連接器在發(fā)射分離過(guò)程中所需的分離力，與MIL—STD—1760標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連接器相比較小，能夠滿足無(wú)人機(jī)等平臺(tái)對(duì)小型彈藥安全分離的要求；

（2）兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)種類少，連接器物理尺寸小，可有效節(jié)省空間和系統(tǒng)負(fù)載，滿足無(wú)人機(jī)平臺(tái)對(duì)空間重量的嚴(yán)格要求；

（3）兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)分別采用了ERB—1553總線與HS 1760通信技術(shù)，可大幅提升平臺(tái)武器批量掛載的能力。對(duì)于載彈量較大的轟炸機(jī)平臺(tái)，在批量掛載小型彈藥時(shí)，采用上述接口可有效降低懸掛物管理系統(tǒng)、掛點(diǎn)投放裝置和接口轉(zhuǎn)換裝置等機(jī)載武器系統(tǒng)研制的復(fù)雜度和難度。

此外，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電氣接口能適應(yīng)機(jī)載武器小型化的快速發(fā)展，降低不同類型飛機(jī)平臺(tái)與小型彈藥的集成難度。對(duì)于現(xiàn)役飛機(jī)平臺(tái)，不需要更改機(jī)載武器系統(tǒng)的接口硬件，通過(guò)“接口橋”設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)美軍標(biāo)1760接口與小型彈藥接口的通信轉(zhuǎn)換。對(duì)于未來(lái)飛機(jī)平臺(tái)，標(biāo)準(zhǔn)為飛機(jī)平臺(tái)與小型彈藥高速實(shí)時(shí)通信提供了技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)也為光纖通道等技術(shù)預(yù)留了拓展空間。

4. 結(jié)束語(yǔ)

小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)不同類型飛機(jī)平臺(tái)與小型彈藥高效集成的重要基礎(chǔ)，美歐等先進(jìn)國(guó)家都高度重視小型彈藥接口研究。目前國(guó)內(nèi)小型彈藥研究正處于起步階段，缺乏相關(guān)接口標(biāo)準(zhǔn)。為適應(yīng)機(jī)載武器小型化發(fā)展，我國(guó)應(yīng)抓住時(shí)機(jī)開(kāi)展技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)研究，一方面借鑒國(guó)外小型和微型懸掛物接口技術(shù)，深入分析相關(guān)接口標(biāo)準(zhǔn)及配套的EBR—1553總線標(biāo)準(zhǔn)、HS 1760網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)開(kāi)展接口技術(shù)研究及驗(yàn)證工作，另一方面抓緊制定小型彈藥電氣接口標(biāo)準(zhǔn)，完善國(guó)內(nèi)飛機(jī)/懸掛物接口標(biāo)準(zhǔn)體系，并進(jìn)一步制定小型彈藥電氣接口實(shí)施指南，統(tǒng)一小型彈藥電氣接口設(shè)計(jì)，提高我國(guó)飛機(jī)/懸掛物通用化水平。

＊ [1]SAE AS 5725B Interface standard, miniature mission store interface[S].

＊ [2]SAE AS 5726 Interface standard, interface for micro munitio ns[S].

＊ [3]SAE AIR 5720A Technical architecture for aircraft, launcher, and weapon interoperability (ALWI TA) [S].

＊ [4]MIL—STD—1760E Department of defense interface standard aircraft/store electrical interconnection system[S].

＊ [5]史志釗，趙寶奇，常遷榛等.小型懸掛物接口技術(shù)研究[J].電光與控制，2012，19（7）

LEMO推出新設(shè)計(jì)的S系列連接器

LEMO推出的S系列連接器是插拔自鎖系統(tǒng)的初始設(shè)計(jì)之一。該系列產(chǎn)品還將采用LEMO專利的“巧克力塊”外殼設(shè)計(jì)。采用S系列的半圓定位，與市面上現(xiàn)有的S系列插座完全兼容。直式插頭和浮動(dòng)插座都使用B系列的線夾，從而可提供與現(xiàn)有S系列略有不同的電纜范圍。