无人炮塔技术背景探析

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：图6.1约旦“猎鹰”无人炮塔坦克表6.1现代地面无人炮塔系统需求两名乘员都坐于乘员舱内且其座位基本处于平行关系，这样更利于他们进行信息交流和协同作战。在这方面，无人炮塔系统进行了改善，火炮采用了膨胀波后坐技术，大大减小了后坐力，对车内乘员产生的冲击力降低。图6.2某无人炮塔坦克与我军现役98式主战坦克车体对比3.战场维修方便无人炮塔系统及相关装置与车体独立，稍作改装即可将该系统安装在现役坦克的底盘上。

随着新一代装甲武器装备趋于系统集成化、自动化、轻型化、无人化，无人炮塔系统在发展过程中，使得许多军事强国竞相开发与研制，但是它在总体性能上逊色于有人炮塔不少。无人炮塔又称为顶置武器炮塔，是指坦克或装甲车的武器系统安装在车体顶部，炮塔内无乘员，全部乘员都位于车体内[123]。图6.1所示为安装在“侯赛因”坦克底盘上的无人炮塔，即约旦研制的“猎鹰”无人坦克炮塔，它的诞生具有划时代意义。约旦军队为提高其主战坦克的作战能力，采纳无人炮塔的新型结构方案，将其安装在现役的主战坦克底盘上，“猎鹰”整个炮塔外形狭长且矮小，故被敌方火力击中的概率相较于常规坦克炮塔会低得多[124]。

无人炮塔的出现是必然的，它具备诸多有人炮塔所不具有的优点，使其具有研制和开发的意义。无人炮塔的实际作战用途十分广泛，表6.1所示为现代地面无人炮塔系统需求[125]，本章的研究对象是坦克无人炮塔系统。

无人炮塔系统主要有下列优势[126]：

1.改善车内乘员所处的环境

无人炮塔坦克基本是配备两名乘员，包括车长和炮长，他们都位于车辆底盘内的乘员舱。这样将炮塔与乘员舱隔离的构造，使得火炮发射产生的尾气不能进入乘员舱，不会影响乘员的健康和正常工作。另外，无人炮塔坦克待发射的弹药都是被隔离保护放置的，不容易被引爆，在一定程度上保证了安全性。

图6.1　约旦“猎鹰”无人炮塔坦克

表6.1　现代地面无人炮塔系统需求

两名乘员都坐于乘员舱内且其座位基本处于平行关系，这样更利于他们进行信息交流和协同作战。有人炮塔坦克在火炮发射时会产生强烈的反作用力，这会对车内乘员操作仪器造成很大的干扰。在这方面，无人炮塔系统进行了改善，火炮采用了膨胀波后坐技术，大大减小了后坐力，对车内乘员产生的冲击力降低。

2.提高生存能力

坦克装甲车辆在保证强大火力的同时，必须考虑自身及乘员在战场的生存能力。据相关数据统计，炮塔是坦克在战场上最容易被击中的部位，因此低矮的无人炮塔系统的优势显得尤为突出。图6.2所示为某无人炮塔坦克与我军现役98式主战坦克车体对比，阴影部分是98式主战坦克。与有人炮塔坦克相比，无人炮塔坦克乘员都在受坚固装甲防护的车体内，炮塔内无乘员，故其体积明显减小，从而显著地降低了被敌方火力击中的概率，因而提高了战场生存率。

各国在研制新一代的坦克的过程中，十分重视其机动性能的提升。因为良好的机动性能亦有助于坦克在战场上敌我对峙时占据上风，从而提高其生存能力。体积减小的无人炮塔在不牺牲火力的前提下降低了质量，相对地减小了对底盘的负载压力，提高了坦克的机动性。

图6.2　某无人炮塔坦克与我军现役98式主战坦克车体对比

3.战场维修方便

无人炮塔系统及相关装置与车体独立，稍作改装即可将该系统安装在现役坦克的底盘上。模块化的系统使其可以方便地拆卸和维护。战场形式瞬息万变，作战人员大多采用更换的方法来维修损坏的武器系统，因而无人炮塔中的特殊结构更有利于进行战场抢修[123]。

然而，到目前为止，仍存在一些技术瓶颈，使得从20世纪60年代开始研制的无人炮塔难以真正走上战场。主要困难是：在炮塔内无炮手的情况下，如何精确地控制火炮方位向的旋转和高低向的俯仰以到达目标位置；如何将炮弹从弹仓自动地传输到炮尾；采用怎样的先进辅助技术，使战斗系统的作战性能尽可能地释放[126]。

本章从第一个技术难点出发，将探讨合适的火控系统，尤其是对炮控系统进行设计，使无人炮塔系统的控制满足性能指标。坦克火控系统的主要作用是使坦克武器系统（这里指无人炮塔系统）火力发射过程自动化，提高射击精度和稳定性，有效地施展坦克强大的火力并提升坦克和乘员在战场上的生存能力。总而言之，它是具有迅速完成观察、搜索、瞄准、跟踪、测距，提供弹道修正量，解算射击诸元，自动装表，控制武器指向并完成射击等功能的系统[127]。

坦克炮控系统是火控系统的重要组成部分，无人炮塔方位向旋转和高低向俯仰均是依靠它来实现的。高性能的炮控系统不仅能将火炮稳定在很小的精度范围内，而且具有优异的伺服控制性能。目前，国外第三代坦克炮控系统采用的是方位向带极化继电器的直流电动机控制系统，其高低向为电液控制传动系统。而传统的炮控技术存在以下缺点：采用电刷装置，其性能不稳定；体积、质量一般较大，不容易进行维护和拆装等操作；系统的工作效率不高，整个系统的效率在额定功率时仅达到45％；液压系统普遍存在漏油、故障多和维修过程烦琐等缺点，特别是在中弹后容易引发火灾与爆炸[128]。

随着高性能的电动机技术、机械制造、现代控制理论等技术的发展，炮控系统的动力系统和控制方式向全电化与数字化发展变化，即发展为数字全电式炮控系统[129]。数字全电式炮控系统是指方位向和高低向分系统都采用电动机动力系统，然后通过动力传动装置驱动炮塔和火炮的系统，且其引入了现代先进的控制算法，如数字PID控制、鲁棒控制、自适应控制、变结构控制、自抗扰控制及智能控制（包括神经网络、遗传算法和模糊控制）等。与传统的电液式、全液式炮控系统相比，具有结构简单、性能优良、工作高效等优点，且不存在“二次效应”的危害，因此是许多国家新一代坦克研制的方向[130]。无人炮塔系统正是适应了这种潮流，炮塔的旋转和火炮的俯仰都是采用全电驱动的，通过相关仪器采集目标的位置与运动特征，采用控制算法，控制炮塔的旋转和火炮的俯仰，这就需要我们设计合适的控制算法满足其性能要求。

无人炮塔技术背景探析

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