(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.08.06
C N 103968714
A (21)申请号 201410214692.X
(22)申请日 2014.05.15
F41H 11/00(2006.01)
(71)申请人刘少伟
地址050600 河北省石家庄市行唐县龙州镇
龙州西大街108号
(72)发明人
刘少伟
(54)发明名称
(57)摘要
空防御弹的设计及关键技术，该装置为一种空中
悬浮的小型可组网类武器系统，由悬空防御弹母
蓄电池供能为主、太阳能供能为辅，基于电磁吸附
与旋翼推送，对快速移动的目标进行跟踪、吸附，
经敌我分辨后利用所携载的战斗部进行告警、定
向爆破、电力、红外干扰，使其丧失飞行、攻击能
力。悬空防御弹是一种长时间在空中悬浮并能保
持空间坐标不变的硬屏障式防空武器，可以解决
现代武器在时间和空间上的局限性，无须顾忌空
袭的突然性。可以有效对付超低空飞行的威胁目
标，防御敌机、导弹、伞降部队以及隐形目标的攻
击，能很好地对领空、航空母舰、重要军事工事等
进行有效的被动式防护。
(51)Int.Cl.
权利要求书1页 说明书11页 附图3页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书11页 附图3页(10)申请公布号CN 103968714 A
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1.一种屏障式被动战略防空武器——悬空防御弹，该装置为一种能在空中悬浮的可组网类武器系统，由悬空防御弹母体、八旋翼结构、动力系统、监控站等部分组成。悬空防御弹母体包括战斗载荷和弹载仪
器设备；旋翼(包括赤道端四个旋翼)用于产生悬浮和修正运动的空气动力；动力系统为飞行器悬浮和坐标修正运动、控制系统等执行系统机构提供动力源，由动力装置、发电机组和蓄电池组、太阳能供电组构成；监控站用于设定飞行器的坐标位置(或者应用北斗自主导航系统)，测定当前坐标位置。适当结合监控站计算机修正运动参数，由发射装置通过电磁信号等向飞行器发送控制信号。
2.改进的八旋翼(共轴四旋翼)结构，由4组共轴的反向旋转的双旋翼组成。采用基于喷气反推原理的涵道螺旋桨结构实现姿态平衡控制；通过飞行姿态调整，在北斗导航系统的控制下升空后，能够在各种干扰力的作用下稳定在预定战斗坐标上。
3.基于“自锁”理念的自动收放装置，通过锁定控制，无论是处于关闭还是打开过程中，在没有内部锯齿滑轮的推动下，即使再大的外力也不能改变其开仓和闭仓状态，从而实现悬空防御弹底部端口的开与闭，防止弹射投放时瞬时冲力的破坏。
4.电磁吸附与旋翼结构推送相结合的目标快速跟踪、吸附方式。
5.融合侦察、告警、软杀伤与硬杀伤相结合的战斗部结构设计与攻击方法。权 利 要 求 书CN 103968714 A
一种悬空防御弹装置
技术领域
[0001] 本发明涉及国防被动式防御作战领域，具体地，涉及一种屏障式被动战略防空武器——悬空防御弹的设计及关键技术。
背景技术
[0002] 目前，自科索沃战争、伊拉克战争后，制空权的重要性日益凸显。随着高技术、高分子材料的发展，世界各国航天军备竞争日益激烈，争先发展先进战机、高速，优先发展空军争夺制空权，进而争夺战争的主动权。我军武器装备与发达国家仍存在一定差距，应提高防敌从空中突防的硬打击实力，保护领空，严防敌人的突然袭击。
[0003] (1)现有防空武器的基本问题
[0004] 目前国际防空武器从机理上可分为：以攻为守式的截击武器，将来袭的目标击毁于飞行途中，以此来达到防御的目的；一类是屏障类被动防空武器，通过在被防卫目标的前沿设置一道屏障，采用“以逸待劳”的机理，来阻拦空袭武器的进攻。
[0005] 随着导弹速度、机动性的大幅度提高，以高炮为代表的截击武器，愈发显得不能满足现代战争的需求。而且多数电子雷达设备在勘探敌情时存在误差，时常发生敌方已侵犯领土主权但仍没侦测到的情
况。目前导弹采用超音速飞行，隐身技术也日新月异，饱和攻击战术也显著改善了突防能力。由于人员反应时间长、武器装备灵敏度不高，人与武器不协调等问题导致战机稍纵即逝，甚至影响战役进程。通过提高反导系统的射击精度、发射率来缩短反应时间，固然可以在一定程度提高它的防空反导能力。但是这些指标在技术上提高是有限度的。从长远来看，防空系统应用大系统的思想和分层次拦截的防御体系，但仅靠截击式武器难以完成任务，仍达不到万无一失的效果。
[0006] (2)“屏障式”被动防空武器的发展
[0007] 屏障式防空武器是指在所防御目标的局部空域建立一道防御空袭武器进入的屏障。这样的屏障可以是把所防御的目标特征辐射隐蔽起来，以免遭对方空袭武器探测和捕获的“软屏障”，也可以是直接阻拦对方空袭武器进入的“硬屏障”。
[0008] “被动式”防御武器，通过雷达和控制系统，预设在敌方飞机或导弹的来袭方向或必经航线上，等待来袭目标侵入防御区域时，控制系统通过爆炸破片等方式毁灭来袭目标或使其偏航降低其毁伤性。
[0009] 屏障式防空武器最大特点是不以目标能否被发现为前提，这一点对于今后对付隐身空袭武器奠定了基础；另一个重要特点是它的长效性，无须顾忌空袭的突然性，为此防空武器、警戒系统不必时刻处于戒备的高度紧张之中。它是一种新型防空武器，不仅可以弥补现有防空武器的不足，而且具有成本低、使用灵活的优点。它与“主动式”防空系统结合使用，层层设防、由远及近，能弥补现有防空武器的
不足，能在较大范围防御区域内大大提升军队防空作战能力。
[0010] (3)空中悬停技术的发展
[0011] 悬空防御弹涉及空中悬停技术。目前常用的悬浮装置主要有浮力气球、喷气反推
装置以及螺旋桨。
[0012] ①浮力气球
[0013] 目前，成熟的屏障式防空武器主要是利用浮力气球或系缆飘空雷技术与弹载悬浮技术(降落伞式)，例如悬浮侦查照明弹将浮力气球与武器有效结合，这种悬浮武器通过母弹发射升空，在指定区域开仓，使用降落伞降速减旋，减缓下降速度，提供滞空时间，从而实现照明和侦察的目任务。但浮力气球或者降落伞目前存在如下问题：
[0014] ·浮力气球(降落伞)体积过大，极易被敌机雷达侦测到，而且由于体积的限制机动性差，一旦浮力气球(降落伞)遭遇袭击则该武器作战性能会完全丧失；
[0015] ·浮力气球(降落伞)受高空气流的影响较大，一旦气候发生变化会严重影响作战性能，甚至使得战斗部丧失作战性能。
[0016] ·系缆式浮力气球由于缆绳的重量，会给武器带来重量上的负担，这导致系缆式浮力气球不利于在防御空间布阵防御；
[0017] ·非系缆式浮力气球利用密度较小的气体为武器创造大浮力环境，但不利于武器的机动性，极易受空气流的影响。
[0018] ②喷气反推装置
[0019] 喷气反推装置的作用原理和人造卫星运动姿态控制类似，通过高压气体存储装置向下喷射高速流体，高压气体通过电磁阀、喷嘴排出从而获得向上的反作用力。虽然利用喷气反推力提供升力是结构最简单的方法，但是分期反推装置需要专门的姿态控制。而且在小型悬浮武器上利用高压气体喷射时姿态控制难度较大，造价高。
[0020] ③螺旋桨
[0021] 四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的位置和姿态。它是一种具有四个螺旋桨的飞行器且呈十字形交叉结构。对角线上的旋翼逆时针旋转的同时，另外两电机顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，空气动力扭矩效应和陀螺效应均被抵消。但是四旋翼飞行器在空间共有6个自由度，这6个自由度的控制需要调节不同电机的转速，来实现垂直升降、俯仰、翻转等运动。
[0022] 四旋翼结构目前也存在一些技术制约因素：
[0023] ·由于飞行器是通过改变旋翼转速实现升力变化，会导致其动力不稳定，所以需要一种能够长期稳定的控制方法。
[0024] ·四旋翼结构必须同时协调控制四个旋翼的状态参数，这对驾驶操纵来说是一件非常困难的事。
[0025] (4)动力技术
[0026] 目前常用动力源装置主要有：涡轮喷气发动机、电机。
[0027] 微型涡轮喷气发动机是一种经高压冲气机水平喷气提供水平飞行动力的微型涡轮发动机。
[0028] 微型涡轮喷气发动机尺寸小、转速高，加工设计制造困难，燃烧时间短。涡轮喷气发动机的涡轮高速旋转起来后，扭力通过挤压空气变成升力以此产生巨大的攀升力。若将涡轮喷气飞行器与普通飞行器进行比较的话，整个武器都可以作为机翼。微涡轮喷气发动机具有精度高、制造难度大、结构复杂的特点。
[0029] 电机易于制造、结构简单、易微型化，一般用于微型飞行器上。其中有刷电机功率
小，效率低，控制系统简单；无刷电机虽然功率大，寿命长，效率高，但是控制电路复杂。[0030] (5)能源技术
[0031] 悬空防御弹作为一种微型飞行器，它的悬浮对微动力源的要求是能量密度高、体积小、重量轻、总能量大，以保证武器的悬浮和续航时间。
[0032] 多数空中运载器，为了在战略侦察和情报收集方面更好的发挥高空长航时的优势，其飞行高度不断提升、飞行时间也越来越长。同时由于能源装置带来的负载应当减轻。目前主要的能源有：电池能源、矿物质能源和太阳能。微型飞行运载器上常用的电源有蓄电池、燃料电池等，为满足高空长航时的需求，在常规动力系统潜力有限的情况下，采用普通的电池不能满足空中运载平台长时间高空飞行要求。
发明内容
[0033] 本装置仿效、地雷的概念，利用蓄电池供能为主、太阳能供能为辅，根据流体力学、吸附性原理，研制和发展能在高空中悬浮，对进入防御区域的飞行目标进行吸附爆破或者电力、红外干扰使其丧失飞行、攻击能力的“被动式屏障防空武器——悬空防御弹”，其飞行时示意情况如图1所示。“悬空防御弹”携载战斗部，起飞后，既可实现自主飞行、悬停，通过红外感应、多飞行侦察器资源共享(武器资源侦察共享平台)或者地面自动指挥侦察系统发现目标后发出指令、跟踪目标，并完成各项侦察、告警、
爆破任务。
[0034] 悬空防御弹的研制可以解决现有防空武器在时间和空间上的局限性，它依靠自身产生的持久悬浮力来携带有效载荷和必要的控制设备，稳定在空中所设定的空间坐标点上。依靠这样在空间、时间上都相对稳定的屏障阵，将可以有效地防御敌机、导弹、伞降部队的偷袭，可以很好地对于领空、航空母舰、重要军事工事进行被动式防护。若能形成悬空防御弹攻击网(可在某一领域固定放置悬空防御弹阵地)，对来方战机或导弹在不知不觉中进行吸附，爆破，对敌方先行战机、或制空导弹进行毁灭性打击、打击敌方士气，给予敌人惨痛的打击，降低敌方战斗力，缩短敌人的作战半径。
[0035] 悬空防御弹的基本构成主要有以下几个主体部分：悬空防御弹母体、旋翼、动力系统、监控站。悬空防御弹运载器母体包括弹载仪器设备和战斗载荷；旋翼(包括赤道端四个旋翼)用于产生悬浮和修正坐标运动的空气动力；动力系统为运载器悬浮和坐标修正运动、控制系统和执行机构提供动力源，由动力装置、发电机组和蓄电池组、太阳能供电组构成；监控站用于设定运载器的坐标位置。适当结合监控站计算机算出运载器修正的运动参数，由发射装置通过电磁信号向飞行器发送控制信号。
[0036] 其基本性能如下：
[0037] ·悬空防御弹最明显的特点是不以目标能否被发现为前提且具有明显的长效性。如此一来便不必顾忌空袭的突然性，可以适当的减轻防空武器系统的负担；同时可以很好地对付隐身空袭武器。
[0038] ·悬空防御弹在空中实现稳定悬浮。设定坐标数据后，在北斗导航系统的控制下升空，能它在各种干扰力的作用下利用陀螺仪等装置对位置坐标实现持续修正，稳定在预定战斗坐标上。如果平台是航空母舰、水面舰船艇，则它可以与舰船艇保持同步移动和相对位置不变。
[0039] ·悬空防御弹具有自主迎击能力。当发现来袭的战机、导弹可能超出悬空防御弹本
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