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专业志 >> 上海航空工业志 >> 第五章航空电子设备 >>


第三节 科研

       

一、航空电子综合技术

1978年初,三机部为解决因飞机作战任务加重,机载电子设备相应增加,导致电磁干扰严重,座舱仪表板拥挤,飞行员负担加重,操纵不便等问题,将通信、导航、识别多功能综合系统和数字式信息综合系统作为重点预先研究项目,列入航空工业科学技术发展规划纲要下达给航空电子所等单位。1979年,航空研究院组织有关单位制订两个实施规划。同时,将航空电子所的专业方向调整为以航空电子综合系统的预先研究为主。1981年10月,航空研究院又召开会议,决定将这两个实施规划和某些研究课题进行调整,以适应下一代飞机的需要。由于这项任务技术新、难度大和经费等原因,开始进展缓慢。后随着研究工作的深入和拓宽,关键技术有所突破,研制出的原理样机通过展示后,使有关方面加深对电子综合系统的了解,从而日益受到各方的关注。至1988年,在承担国家重点工程的软件攻关任务中作出很大贡献,得到上级嘉奖。以后又根据下一代作战飞机的需要,全面开展航空电子综合系统原理样机的研制。

1.通信、导航、识别综合系统技术

1978年初,三机部将通信、导航、识别综合系统(下称CNI系统)作为重点预研项目下达给航空电子所等8个单位。12月,航空研究院组织成立CNI系统方案组,航空电子所为组长单位,负责CNI系统的总体、系统联试和时分多址扩频通信机的研制,并明确各参加单位的任务和分工。1980年7月,航空电子所参照有关资料制订出CNI系统研制方案,在方案初审会上通过后,各单位即按分工进行关键技术的研究。1981年10月,三机部在上海召开规划调整会议,明确CNI系统作为航空电子综合系统的一个分系统,整个研究工作分3个阶段进行。翌年6月,三机部在上海召开的工作会议上,进一步明确CNI系统的第一阶段目标是研制出时分多址、扩频通信(包括数字话音和数据传输)兼有无源测距功能的原理样机。1984年7月,方案通过审定后,各单位即开始研制原理样机的分机。初期,各单位在既无样机、又无实质性内容的技术资料可供参考的情况下,仅凭一些不完全的资料开始工作,突破许多关键技术,撰写技术报告、论文等127篇,为进入原理样机研制打下了基础。

1988年1月,各单位先后将研制的分机集中到航空电子所。1989年4月,完成系统联试和性能测试,证明各分机间的连接正确,主要技术指标与方案要求基本一致。同年8月,CNI系统第一阶段原理样机由中科院学部委员、上海交大教授张煦主持进行技术鉴定。专家们认为样机具有时分多址、全双工话音、数据通信和在有源校时基础上测距功能,具有一定的抗干扰和反截获能力,达到CNI系统第一阶段预定的技术指标,其中综合技术研究和某些单项新技术处于国内领先地位。并认为从1979年就组织开展CNI系统的预研工作,是一个很有远见的决定,不仅培养了一批专业人才,而且完成了属于第二阶段的关键技术研究,为CNI系统第二阶段研究提供了重要的技术储备。CNI系统第一阶段原理样机获航空航天部1989年度科技进步二等奖。

2.核心部件和体制验证样机

1979年,航空电子所开展航空电子数字信息系统的研究,提出以突破多路数据传输总线(以下简称总线)、任务处理计算机、综合控制显示器和任务软件等4个核心部件为主要内容的关键技术,来研制原理样机的设想。它采用多机联合控制的层次分布式计算机网络结构,以数字式多处理机、双余度多路数据传输总线、综合控制显示器和任务软件4个核心部件为主组成。

航空电子所研制的综合控制显示器原理样机,是在完成符号发生器、视频迭加、视频镶嵌技术和汉字/字符显示器等技术研究后设计的。它采用光栅式扫描显示,具有多级画面的控制功能,以16种灰度或彩色显示诸如导航、雷达、火控等实时动态画面及检查等。1983年9月,原理样机通过技术鉴定。至1984年,研制出2台总线接口部件、3台远程终端部件和传输电缆变压器。任务处理计算机则采用该所正在研制的机载乙档Ⅰ型微计算机。开始采用英特尔8086系列器件,后来又按上级要求用Z8000和Z80系列大规模集成电路器件设计,字长16位,内存贮器容量64K。共研制出2台样机,参加航空部在北京举办的微型计算机应用成果展览会,获一等奖。1985年6月,样机通过技术鉴定。任务软件由主执行软件和局部执行软件组成,歼击机综合系统体制验证任务软件全部由航空电子所研制,开始采用汇编语言编写,后来改用PLZ/ASM语言,1985年又用高级语言——C语言编写,还研制了PALEFEC程序编制软件的工具。

航空电子所等单位突破上述关键技术后研制的电子综合系统体制验证原理样机,先后完成地面联试、初步静态联试和仿真试验,基本上都达到验证方案要求。原计划安装在飞机上进行验证试飞,后由于飞机改装技术及经费等原因而暂缓。

3.航空电子综合系统原理样机

1987年初,航空部根据重点工程和下一代作战飞机的需要,决定在突破电子综合系统核心部件关键技术的基础上,开发出为飞机型号研制服务的航空电子综合系统基本型。该系统由航空电子所等9个单位承担原理样机的研制,在写出可行性论证报告后,由于经费等原因,一度工作进展缓慢。

1989年2月,航空部决定调整该系统任务的目标与规模,确定用2年时间,集中力量进一步突破系统核心技术,采用各厂、所现有分系统设备及预研成果,结合重点工程攻关阶段成果,组成系统的实施方案。该系统由显示控制管理系统、任务计算机、脉冲多普勒雷达、惯性导航系统、中央大气数据计算机、外挂管理和数据传输设备等分系统、设备及相应的仿真器、专用地面设备组成,实行信息资源共享,具有综合管理、导航、目标搜索跟踪与攻击,以及外挂武器管理等主要功能和10余种工作方式。由航空电子所抓总,有关厂、所按专业分工负责有关分系统的研制。可行性论证报告经批准后,正式下达系统原理样机研制任务。

1989年10月,先后完成系统初步设计和详细设计,确定系统硬件、软件接口,使各分系统的研制得以全面展开。在软件的开发和综合方面,航空电子所在多年预研和重点工程软件攻关的基础上,采用高级语言和分层次、模块化的设计,使软件结构灵活,使用效率较高。1990年6月,大部分分系统研制出来,至10月完成系统双边实物联试、软件联试和硬件综合联试,提前完成典型工作状态的系统动态仿真试验。翌年10月前,又进一步完善系统工作状态,改进仿真工作环境条件,进行全系统测试和全剖面各种状态的动态仿真试验,基本达到预定的研制目标。之后航空航天部组织专家对系统原理样机进行技术鉴定,认为系统原理样机是一项十分复杂的系统工程,技术难度大、功能全,在国际上也是一项先进技术。该系统的研制成功,是中国航空电子技术的重大突破,填补了国内空白,对改造旧机种、研制新飞机的航空电子设备工程,打破国外的技术封锁具有重大的政治、经济意义。此后,按计划组织了试飞样机的研制。

二、关键工艺

1.多层印制电路板制造工艺

航空电子所的前身上海市无线电技术研究所在1957年建所时,即开始印制电路板制造工艺的研究。60年代初研究成功铜箔腐蚀法制造工艺,在成批生产的晶体管收音机上使用后,即帮助工厂筹建印制电路板生产车间。以后又开展双面、软性、平面等多种印制电路板制造工艺的研究,取得了成果。1965年,又承担市科委组织的运算速度为每秒100万次电子计算机用的4层印制电路板研制任务,完成后交计算机研制单位使用。1969年,该所划归航空研究院后,根据航空电子设备研制的需要,多层印制电路板的工艺研究继续保留,并作为研究院的定点生产单位。至70年代末,除为自行研制航空电子设备的需要,生产单面、双面和多层印制电路板外,还完成了Lx波段带状线接收机组件专用的多层微波印制电路板的研制。

进入80年代,该所从事印制电路板研制的力量有所加强,并引进专用的数控钻床,增添贴膜机、碱性蚀刻机、抛板机和电镀等设备,能基本适应航空电子设备研制的需要。在学习国内外经验和反复实验的基础上,成功地运用图形电镀法代替原来的工艺导线法,使多层印制电路板的质量明显提高,线宽和线距从0.5毫米提高到0.3毫米,孔径从1毫米减小到0.5毫米,层数最多可达8层。对主要原材料、辅助材料和工具(钻头)等选用能保证质量的产品,从而使多层印制电路板的质量达到航空部标准、国家军用标准的要求。

2.机载计算机磁芯存贮器防护工艺

航空电子所70年代研制的机载计算机磁芯存贮器,在高温、低温、振动、冲击、潮湿和盐雾等恶劣环境下,常出现性能下降现象。1980年1月起,该所游松林等技术人员开展探索新材料、新工艺的研究。通过对泡沫硅橡胶材料的配方和工艺条件进行一系列试验,以最佳配方及工艺封装的磁芯板样件,按航空部标准进行环境试验,性能完全符合使用要求。与原来用绝缘漆、透明硅橡胶封装的样品作对比试验,性能均比老配方好。此后,在该所的机载计算机上正式使用,效果良好。

1981年9月,三机部航空研究院在上海召开技术鉴定会,一致认为该新工艺创造性地使用添加剂,使工艺简便,易于操作;又由于改变了发泡工艺条件,使材料的介电常数从1.8降到1.4,从而使磁芯体的分布电容大为减少,用于机载高速计算机上,提高了计算机的可靠性,达到国内先进水平,有推广使用价值。该新工艺获航空研究院1980年度科技成果二等奖,三机部1981年度科技成果三等奖。

3.裂缝天线导电胶胶接工艺

航空电子所研制的205多普勒导航雷达的天线,是由26根辐射波导和2根馈电波导组成的新型波导裂缝天线阵,面积达436.8×226毫米。常用的波导组装方法是铝钎焊、氩弧焊和真空炉焊等,但在高温下会使天线产生应力而变形,波导内壁光洁度遭氧化破坏而影响电磁波的传导,从而影响天线阵的性能。为此,该所经调查分析后,采用导电胶胶接新工艺。1979年起,这项新工艺在定性试验的基础上,成功地胶接205雷达天线。以后在稳定一种配方和工艺条件下,又胶接5套雷达天线阵,在雷达上使用和试飞,其性能保持不变。为了进一步提高天线胶接强度和消除因操作人员不同而导致胶接质量不稳定的问题,经应用正交试验法反复试验,从取得的500多个数据中进行分析、比较和计算,优选出一种配方和工艺,还重新设计了加工装配架。以此配方及工艺胶接的雷达天线阵,经环境试验和装在205雷达上进行两次试飞,以及在自然条件下存放3年后,天线阵的驻波系数、方向角等均无明显变化,性能符合雷达设计要求。

1983年9月,由航空部组织技术鉴定,代表们认为该工艺具有操作简便、强度可靠、电性能优良等特点,在金属表面处理、组装技术和固化工艺参数等方面有其独特之处,为当前裂缝天线的组装,提供了一种切实可行的技术,并为新型雷达天线的应用打下基础,具有国内先进水平。该科技成果先后在205雷达和212雷达上应用,效果良好。212雷达在飞机上试飞成功后,负责这一新工艺研究的游松林被航空航天部批准立三等功。

三、专用元器件

1.Lx波段超高频宽频带腔体

1975年,航空电子所分析了国外机载测距器上的超高频宽频带腔体(含发射腔体和接收腔体,以下简称腔体),认为较当时国内一些厂、所研制生产的同类产品,具有体积小、重量轻、加工简单、工作可靠等特点。为了掌握此项先进技术,1977年3月,三、四、六机部联合组织以航空电子所为主,四机部和六机部所属5个有关厂、所参加共同攻关。内容为发射腔体和接收腔体的设计与制造以及调试、维修用扩展器的设计。金属陶瓷管和高Q变容管则分别由四机部有关厂、所研制提供。参加攻关的人员先集中到航空电子所,经分析研究后,确定零件的加工工艺和分工。至1979年2月,各单位按分工完成5套发射腔体零件加工,集中到航空电子所总装、调试和样机测试,性能达到国外同类产品的水平。5月,三机部航空研究院、四机部二局联合在上海召开技术鉴定会,认为发射腔体和配套金属陶瓷管的研制成功,填补了国内小型宽带大功率腔体的空白,对改变国内近程导航设备的落后面貌,赶超世界先进水平有重要意义。

接收腔体内部的结构复杂,在研制中,科技人员经过半年多的摸索与实践,找到这种腔体的研制方法和途径,并写出研究报告,在全国性有关学术会议上交流。1980年初,研制出5套接收腔体样机。5月到北京测试,结果是用进口的变容管,其性能可达到国外同类产品水平;用国内的变容管,性能接近国外同类产品。10月,三机部、四机部在上海召开技术鉴定会,认为应用现代微波滤波技术,采用大孔耦合缩短腔和高Q变容管研制的接收腔体,具有体积小、重量轻、统调精度高、调谐速度快、寿命长和维修方便等特点,主要性能均达到设计指标要求,与70年代国外同类产品基本相同,填补了国内在Lx波段电调接收腔体方面的空白,特别适用于航空电子设备,可直接在国内正在研制的塔康、测距器等设备上使用。2种腔体于1979、1980年先后获三机部科技成果二等奖,国防工办重大技术改进三等奖。

2.Lx波段带状线接收机前端

1977年,航空电子所在参加超高频宽频带腔体会战时,三、四、六机部曾商定由四机部某研究所研制Lx波段调谐电路分配板、平衡混频器和射频放大器等3种微波带状线组件。后因航空电子所在一项预研中需用这种组件,故于1979年改由该所负责研制,与电调接收腔体构成一个完整的接收机前端。

航空电子所经过分析研究,在初步掌握有关微波带状线组件设计的基础上,进行材料选择和工艺研究。通过一系列试验,研制出3种采用PPO高频复箔基材的微波多层印制电路板,然后将阻容元件压入板内,在板上安装晶体管,使成为整体密封的无壳体结构的带状线组件。以后又经过多次改进,提高了组件的质量。经按航空标准对接收机前端进行多次环境试验,又与国外同类产品作性能对比测试,安装在机载测距器上取代国外产品使用,性能良好,各项参数符合指标要求,在飞机上试用300多小时,未出现故障。

Lx波段接收机前端及其制造工艺于1984年9月在上海进行技术鉴定,认为接收机前端具有结构紧凑、材料新颖、体积小巧、能快速转换频道和稳定可靠等优点,其技术性能指标达到国外70年代同类产品水平,可直接用于测距器、塔康等近程导航设备,具有广泛的实用价值,填补了国内在这一领域的空白。该接收机前端获航空部1984年度科技进步二等奖。

3.螺旋滤波器

航空电子所为适应研制机载测距器和通信、导航、识别综合系统的需要,1975~1982年,先后研制成2种螺旋滤波器。

1975年,机载测距器驱动部分需要中心频率为1087兆赫、相对带宽大于11.6%、插入损耗低的滤波器。翌年,在研制QX/YZ-2型模拟信号源时,也需要中心频率为332兆赫的滤波器,而通常使用的LC滤波器不能满足要求。为此,航空电子所决定研制一种新型的螺旋滤波器。经分析有关资料,发现其设计中无载Q值的计算公式误差较大,为此要相应降低计算的无载Q值。经过技术攻关,制作出2种螺旋滤波器,并写出《螺旋滤波器的制作和误差分析》论文。1979年9月,航空研究院组织技术鉴定,认为该所科技人员不受现有公式约束,大胆探索出一套实际工程设计方法,对从事螺旋滤波器的设计人员很有实用价值,达到了国内先进水平。同年,《螺旋滤波器的制作和误差分析》获三机部科技成果二等奖。

航空电子所在研制成螺旋滤波器后,为满足雷达、通信、电子对抗、跳频和频率合成等方面的需要,1979年9月又着手研制100~400兆赫电调螺旋滤波器。经过多次试验,第一步研制出用PIN管的130~340兆赫电调螺旋滤波器。在此基础上,采用变容管作调谐元件,在解决了频率复盖、阻抗匹配、偏值电路、级间耦合等技术难点后,于1982年研制成中心频率100~400兆赫、跳频点为3分贝时带宽26±5兆赫、插入损耗小于3.5分贝的电调螺旋滤波器,还探索出一套实现等带频电调螺旋滤波器的设计方法。1982年11月,航空部在上海组织技术鉴定,认为通过研制工作,掌握了用国产元器件设计制造电调螺旋滤波器的技术,为国内在甚高频频段研制和生产电调螺旋滤波器方面打下了基础,是一项值得推广的先进技术,在国内属于首创。该电调螺旋滤波器获航空部1982年度科技成果三等奖。

四、标准

航空电子所根据上级的部署,从1979年起进行有关航空无线电电子设备标准的研究和制订,至1990年底负责制订和主要参加制订的航空部标准、国家军用标准共19项。其中飞机设备电磁兼容性要求及测试方法、航空用TTL集成电路筛选技术条件、机载设备环境条件和试验方法(1项为高温、低温、温度冲击,1项为湿热、盐雾、霉菌)及民用飞机机载设备环境条件和试验方法(湿热)等5项航空部标准,以及机载电子设备机箱、安装架的安装形式和基本尺寸1项国家军用标准,先后获航空部科技成果或科技进步三等奖。



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