现代航空拖靶系统的发展与应用

作者：北京航空航天大学 丁力军 丁海生 尹立军

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 摘要：该文以美军使用的航空拖靶系列为素材，概要阐述了航空拖靶系统的组成、技术性能、 特点。 关键词：航空拖靶母机航空绞车拖缆 用作防空武器系统试验鉴定与使用训练的威胁目标模拟系统-空中靶标，已经形成体系，航空拖靶系统则是空靶体系中不可或缺的组成部分。随着诸多新技术的应用，拖靶系统具备了更为全面的威胁模拟功能和更为精确的脱靶量测量手段，航空拖靶系统已经从仅供高炮和航空机炮射击训练使用的旗靶和布袋靶等原始靶标发展成为现代航空拖靶系统。现代航空拖靶系统作为一种特殊的航空装备系统，同时具有有人机和无人机的一些特点，它的应用，增加了空中靶标的品种，改善了空靶体系的结构，为提高靶场和部队的综合供靶能力、降低供靶费用发挥了重要作用；同时，还可作为一种拖曳式试验平台。巨大的军事和经济效益使世界上越来越多的国家开始重视研究、发展和使用航空拖靶系统。其中，美国的飞鱼系列和英国的黑风筝系列高级航空拖靶系统在许多国家和地区广泛使用。 一、航空拖靶系统的工作原理与特点 现代航空拖靶系统由拖带母机、航空绞车、拖缆、拖靶等组成。为了保证在精确制导武器试验中拖带母机上机组人员的安全，拖缆最长可达10km，缆绳上产生的张力最大超过1000kg，这就构成了一个看似简单实则十分复杂的航空拖曳系统。 1. 拖靶系统的工作原理 供靶时，绞车挂在拖带母机外挂架上，内部预绕有拖缆；拖靶吊挂在绞车鞍架下，由飞行员或领航员通过座舱内的控制面板来控制拖靶的收放。在供靶过程中，由航空绞车的冲压涡轮产生动力并由变速段传递输出动力带动和控制拖缆和拖靶的收放。为控制涡轮的转速，在绞车前隔框上装有测量涡轮转速的转速计，转速计输出的电压信号被反馈到绞车前端的伺服机构，伺服机构驱动排气口盖的开合来控制通过冲压涡轮的气流量，从而达到控制涡轮转速的目的。绞车的刹车制动，由安装在涡轮转子轴上的圆盘式刹车装置完成。 航空拖靶系统的供靶程序如下：在库房对拖靶进行检测，特别是要通过高度模拟器对拖靶的高度控制系统进行检查，以检测拖靶的高度控制能力；起飞前在拖靶的高控计算机上装定供靶高度，并将拖靶挂到绞车上；拖曳母机起飞，在供靶高度之上的适当高度处，将拖缆放出到预先设定的牵引长度拖曳飞行；由拖曳母机上的控靶员发出无线指令，使高控系统、脱靶量指示器等启动工作；母机降到预定飞行高度，并进入预定航路，这时拖靶也在预定的高度和航路飞行；飞行供靶结束后，若拖靶未被击毁击落，则发出无线指令，关闭高控系统后母机爬升到预定高度，通过拖缆将拖靶收回并锁定在绞车上带回。 2. 拖靶系统的特点 航空拖靶系统大多为有人飞机拖带，如A-4、F-15、F/A-18等军用飞机和利尔喷气等商用飞机等；少数型号也可由无人机拖带，如QF-4全尺寸靶机和MQM-107靶机；拖靶系统备便时间短，使用安全方便，供靶精度明显高于靶机和靶弹，容易实现按最佳预定飞行航线和方案鉴定武器系统，保证试验周期和质量；可以在一个飞行架次多航次供靶，如未被击落可回收后再次使用，加之拖靶本身成本较其他实体靶标（靶机、靶弹）明显低廉，可使供靶保障费用降至最低水平；供靶中拖缆最长已可达10km以上，完全可保障精确制导武器试验的安全；一架母机可以同时拖曳两个拖靶同时供靶，可逼真模拟双机编队或导弹双发齐射；供靶高度范围广（最低可掠海3m飞行，最高可在10000m以上高空供靶），速度较快（现役硬质拖靶最快能以0.9马赫高亚声速飞行，而大尺寸非硬质拖靶则能以1.27马赫超声速飞行），目标特性小且可调（0.1～6.0 m2），供靶可靠性和安全性高；配置灵活方便，可根据任务需要装载雷达、红外、目视增强设备和脱靶量指示器等特种设备；同时，作为一种拖曳式试验平台，它可装载导弹通用威胁模拟器，可利用一套雷达子系统模拟多种来袭导弹寻的器工作状况，如寻的器脉冲宽度、脉冲接收频率等各种参数，并能模拟导弹的接收与处理特征，包括脉冲多普勒、距离与单脉冲跟踪等，具备可编程的导弹威胁评估能力，广泛用于电子战作战效能试验与训练。目前，航空拖靶系统是性价比最高且使用最安全方便的空中靶标，在模拟飞鱼导弹等超低空高速掠海飞行小目标更有着其他空靶（靶机、靶弹）无可比拟的优越性，因此在美国三军的防空武器系统、雷达威力测试与精度标校、火控系统解算精度等试验与军事训练中大量使用，有着显著军事和经济效益。 应用过航空拖靶的武器系统有：吹管、罗兰、红眼、霍克、海狼、海麻雀、海标枪、标准Ⅱ、爱国者等防空导弹和火神、密集阵等防空火炮。实践证明，航空拖靶作为一种重要而用途广泛的空中靶标，可应用于海军、陆军和空军的各种对空武器系统的试验、鉴定、军事训练和演习中，有着广阔的应用前景和发展空间。 二、航空拖靶系统的组成 1. 航空绞车 目前，绞车有螺桨式和气动涡轮式两大类。 （1）A/A47U系列螺桨式绞车 A/A47U系列螺桨式航空绞车是一种机载半自动机械装置，靠高速气流吹动螺旋桨产生动力，用于卷绕拖缆和收放拖靶，为火炮和导弹射击训练供靶。A/A47U-3A 系统（如图1所示）由RMK-19A/A47U-3绕缆装置和PEK-84/A47U-3绕缆控制面板以及二者的连接电缆组成。绞车重101kg，直径0.18～0.31m。绞车最长可放出13,020m标准航空钢缆，整个拖缆在使用中最大长度变形2.74m；最大可承受2430kg张力。该绞车可以通过调整螺旋桨的桨叶角来调整收放靶速度，额定绞缆速度为18m/s，最大绞缆速度可达26m/s。系统的操作由位于驾驶舱的PEK面板控制。操靶员通过操作PEK面板控制绞车系统工作，可完成拖靶的收放、刹车制动和复位锁定等功能。A/A47U-4 绞车系统除重量和尺寸外与 A/A74U-3A 绞车完全相同，较小的尺寸和较轻的重量使其适于安装在各种飞机上。 （2）RMK系列气动涡轮式绞车 RMK系列航空绞车与A/A47U绞车最大的区别是气动涡轮内置于涵道中，可产生更大功率。绞车采用硬质铝制壳体、内置加强钢梁的结构，设计载荷拖带能力符合MIL-A-8591标准。低空气阻力绞车的设计将其对母机飞行性能的影响降低到最小。RMK-35绞车（如图2所示）总长2.95m，最大直径0.45m。绞车所用的飞机挂架和控制电缆与北约标准的航空投放系统兼容。绞车重280kg，可安装在F-4和F-16飞机的机翼下、F-15飞机的机腹下。绞车最长可放出6200m标准航空钢缆，拖曳靶标稳定供靶。程控机构可自动将拖缆放至预定长度，在收到指令后可完成收缆并将拖靶锁定在绞车上。自动调速的气动涡轮为收放拖缆提供动力。尾舱装有控制模块和命中记录设备。在出现紧急情况时，带有双重点火电路的安全系统可切断并投弃拖靶和拖缆，以确保母机安全。RMK-24/25/30/62等绞车除重量和尺寸外与 RMK-35绞车完全相同，不同的尺寸和重量使它们适于安装在不同的母机上，执行不同的供靶任务。 2. 航空拖靶 （1）TDU系列织物型软质拖靶 织物型拖靶由人造纤维（如尼龙）等软质材料制成。TDU-32拖靶基本参数见表1。TDU-32A/B 和 TDU-32B/B航空拖靶（如图3所示）是一种高效低成本的空中靶标，用于空空、面空火炮的射击训练。它们由尼龙织物制成，TDU-32B/B 是激光反射型， TDU-32A/B是雷达反射型。TDU-32A/B 和 TDU-32B/B 拖靶上都装有一个加强的钢制的拖杆和套环组件，它们固定在织物拖靶上的靶体上。在拖杆和拖缆之间装有约18m的尼龙保险带。非雷达型和雷达型靶体尺寸都是2.25m×12.00m。为了能够方便目视跟踪，靶体上有0.31m的橙色镶边，在白色的靶体中心还有1.24m的橙色靶心标志。拖靶通过标准的拖曳起飞程序从跑道起飞，大约在母机后方558m处飞行供靶；完成任务后在回收区域投放掉靶标进行回收。织物型拖靶研制生产和使用维护费用低廉，使用简易挂载投放装置进行拖曳供靶，一般用于防空火炮等射击训练。 （2）硬质航空拖靶 硬质拖靶是为在速度和机动性上模拟高速飞行目标而专门设计的。它能以喷气式战机的作战速度拖曳飞行。拖靶在空气动力学的设计上力求减小空气阻力以减少对母机飞行性能的影响。硬质航空拖靶上载有多种特种设备：雷达增强装置模拟威胁目标的雷达反射性能，为雷达制导的导弹提供双基和单基雷达反射能量；红外增强装置满足红外制导的导弹对目标红外特性的要求；光学和目视增强装置提高光测装置和参试人员的观察距离；多普勒雷达或声学的脱靶量指示装置等。超低空型硬质拖靶上还载有高精度雷达高度表和高控计算机，以实现超低空掠海飞行。 TDU-34系列硬质拖靶(如图4所示)由铝合金、玻璃纤维等硬质材料制造，可用于空空、面空火炮和导弹等武器系统的射击训练。TDU-34拖靶基本参数见表2。TDU-34/A是无源雷达靶标，靶体内部可以改装以安装其他有效载荷。拖靶由加强的铝制管状腔体、四个铝制尾翼、一个拖缆适配器和带有雷达反射体的前端和尾端组成。靶的前舱的外壳由薄玻璃纤维制成，内部装有四个角反射器和一块铅配重。TDU-34/B是红外型靶标； TDU-34/A/B 拖靶可由任何可以使用A/A47U-3 或A/A47U-4绞车的飞机拖曳。 TDK系列硬质拖靶（如图5所示）由铝制的前部靶体和非金属材料制造的用于安装目标增强设备的尾舱组成。使用增强设备后，光学探测距离超过3km，雷达探测距离超过5km。尾舱安装有光学增强器的自动展开和释放机构、遥测发射机及天线，光学增强设备展开后靶长13m。在整个飞行包线内拖靶以负迎角飞行，以平衡拖缆的拉力，保持气动稳定。加上目标增强设备，拖靶总重71kg。 3. 拖缆及其相关设备 （1）拖缆 用于拖曳拖靶的拖缆都是特别生产的航空钢缆，均由钢制单丝绞合而成。常用的拖缆有三种基本型号：一型缆粗2.42mm，由7股每股7根钢制单丝绞合而成；二型缆粗3.23mm, 由7股每股19根单钢丝绞合而成；三型缆粗3.23mm，拖缆由18根外单丝绕1根中心单丝绞合、外加金属铠装套组成。 7×7结构的2.42mm拖缆，任务缆长不超过3100m。如是新缆，则可承受415kg张力。它由7股组成，每股有7根单丝。这种拖缆每100m重2.18kg。 7×19结构的3.23mm拖缆，任务缆长不超过3565～3875m。如是新缆，则可承受900kg张力。它由7股组成，每股有19根单丝。这种拖缆每100m重4.21kg。 1×19结构的3.23mm铠装拖缆，它由1股组成，此股有19根单丝，外加扁平铠装套，可承受972kg张力。拖缆的螺旋绞合率为2.3rad/cm。这种铠装拖缆每100m重5.81kg。拖缆上不加润滑剂，因为黄油、石蜡或其他的润滑剂是火灾隐患。当拖缆被高速放出时，会在母机上生成爆炸性蒸气，威胁拖曳母机的安全。由于这种拖缆不加润滑油，所以必须存放在干燥处，或者清洁后涂上一层防腐化合物。拖缆的连续使用会降低其强度，供靶中拖缆会受到剧烈的拉力，除此以外炮火也会使其受到伤害，因此应该经常检查拖缆，如果发现拖缆磨损、断裂、局部打结、扭曲等迹象，应立即修理或更换。用一块布缠在拖缆上并沿拖缆滑动，会帮助你发现断缆处，因为断丝会卡住布。切不可用裸手，因为断丝会刺伤手掌。同时，应该用正确的方法连接拖靶和拖缆，否则会使整个拖缆系统的抗拉强度降低59%以上。 具体使用中，可根据供靶任务的不同特点使用等径缆和变径缆。等径缆由某一种基本型号的拖缆组成；变径缆则使用几种不同型号的缆段接合而成。 （2）MK1拖靶引导缆 MK1拖靶引导缆用于连接拖靶释放环和主承力缆，拖靶释放环又通过MK7释放装置与拖靶连接。引导缆处于整个拖缆系统的根部，是拖缆中承受张力最大的部分，它为拖靶和拖缆提供了灵活而牢固的连接。引导缆长88cm，直径4mm。它由7股组成，每股有7根单丝。引导缆一端与叉杆相锻接，另一端与带孔的拉杆相锻接。叉杆通过承力销与承力缆连接，拉杆通过销锁与释放环连接在一起。 （3）MK8拖靶释放环 MK8拖靶释放环由经过热处理的合金钢制成。长7.75cm，双孔结构,小孔直径1.29cm，大孔直径3.88cm。使用中，引导缆连接在小孔（保险孔）上，大孔与拖靶释放装置连接。当发生意外情况时，MK7释放装置在接收到抛靶指令后，与释放环解锁脱离，拖靶被抛弃、坠落，以确保母机和飞行人员的安全。 （4）克莱因锁紧装置 克莱因锁紧装置用来将拖缆的拉力载荷从航空绞车卷轴传递到母机机体的一个结构件上，在拖靶飞行时它可将部分张力从卷轴卸掉，以保护绞车卷缆轴不被拖缆巨大的张力（最大可达2430kg）所损伤。它大约26cm长， 是由一系列活性链节和钩环组成的弹性系统。通过调节克莱因装置，可以牢固地夹紧直径2.1～4.18mm的拖缆。克莱因装置的一端通过钢缆与母机结构件套接，另一端则夹住来自卷轴的拖缆。拖缆张力越大，克莱因装置将拖缆夹的越紧。 三、结束语 国外航空拖靶系统的研制发展已经实现系列化和专业化，英国、美国、德国和法国等国都有专门的公司从事拖靶的研究设计和生产服务。如美国的西南航空公司麦吉特防御系统分公司、德国的道尼尔公司、英国的空中加油公司等都有较长的研制生产拖靶的历史，并发展了各自的航空拖靶系列。美国西南航空公司麦吉特防御系统分公司最近还研制成功了世界上第一种可实施大机动飞行、具有鸭式布局的航空拖靶系统。随着航空拖靶技术不断地发展成熟和应用的日益广泛，一些原来依靠引进拖靶的国家，也开始自己研制生产拖靶，如瑞典、加拿大、澳大利亚、印度等国。 航空拖靶系统的研制和生产是一个复杂的系统工程，涉及的专业有空气动力学、飞行动力学、计算机科学、电子、精密机械学等；需进行的试验有结构试验、电磁兼容性试验、风洞试验、环境试验、飞行试验、可靠性试验等等。航空绞车作为拖靶系统的核心部分，是一套技术含量很高的航空产品，结构精巧复杂、设计和研制难度大；航空拖缆必须满足在有限的细小直径限制下承载重达1000kg左右的张力，且同时也必须考虑其气动性能，以避免飞行中产生气动弹性失稳，所以其设计和研制也十分具有挑战性。为此，必须学习和借鉴国外研制发展航空拖靶系统的先进经验，只有这样，才能少走弯路，减少风险，实现我国在现代航空拖靶系统领域的跨越式发展。 参考文献 1Meggitt Defense Systems and Its Tow Targets．Jane's Ordnance Shop， 2003,8 2TDU Series Tow Target．37th Annual Air Target and RPV Technical Meeting，2004,6(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/31/2006)