艦載設(shè)備的抗沖擊試驗(yàn)技術(shù)

王明貴 周學(xué)濱 賈志飛

1.海軍91439部隊(duì)，遼寧大連 116041; 2.海軍91913部隊(duì)，遼寧大連 116041

艦載設(shè)備的抗沖擊試驗(yàn)技術(shù)

王明貴1周學(xué)濱1賈志飛2

1.海軍91439部隊(duì)，遼寧大連 116041; 2.海軍91913部隊(duì)，遼寧大連 116041

論述了艦載設(shè)備抗沖擊試驗(yàn)技術(shù)的特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)外進(jìn)展及我國(guó)在這方面存在的差距。艦載設(shè)備的抗沖擊性能試驗(yàn)完全可通過(guò)沖擊機(jī)及浮動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。我國(guó)開(kāi)展艦載設(shè)備沖擊試驗(yàn)將有利于艦載設(shè)備抗沖擊性能的提高。

艦載設(shè)備；抗沖擊；試驗(yàn)技術(shù)

Equipment of Naval Ships; Shock-resistance; Test Technology

前言

艦船在作戰(zhàn)過(guò)程中，不可避免遭受炸彈、導(dǎo)彈、魚雷、水雷等武器的攻擊。這些武器對(duì)艦船的攻擊形式分為接觸爆炸和非接觸爆炸兩種。接觸爆炸會(huì)造成艦船結(jié)構(gòu)的破損并殃及設(shè)備；而非接觸水下爆炸一般并不擊穿艇體結(jié)構(gòu)，但此種爆炸會(huì)引起設(shè)備所承受的沖擊力（速度、加速度）過(guò)大導(dǎo)致艦船上各類重要設(shè)備嚴(yán)重及大范圍的破壞，是目前艦船作戰(zhàn)中失效的一種重要模式，使艦艇在不喪失不沉性的情況下失去生命力，成為各國(guó)海軍關(guān)注的重點(diǎn)。因此，開(kāi)展艦船結(jié)構(gòu)及設(shè)備在非接觸水下爆炸作用下的抗沖擊性能試驗(yàn)鑒定，是提高艦船的生命力和戰(zhàn)斗力的有效途徑。本文針對(duì)艦載設(shè)備抗沖擊試驗(yàn)，論述了沖擊對(duì)艦載設(shè)備性能的影響，綜述了國(guó)內(nèi)外沖擊試驗(yàn)發(fā)展情況，提出了我國(guó)艦船沖擊試驗(yàn)存在的差距及未來(lái)發(fā)展前景。

1 艦載設(shè)備抗沖擊試驗(yàn)技術(shù)組成與技術(shù)特點(diǎn)

1.1 沖擊對(duì)艦載設(shè)備性能的影響

水面艦船及設(shè)備沖擊破壞方式主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）沖擊力（速度、加速度）過(guò)大，使設(shè)備遭到破壞；（2）沖擊所引起的設(shè)備位移過(guò)大，使設(shè)備與外界相連的部分如管系、電纜、傳動(dòng)軸等遭到破壞，或使設(shè)備與周圍環(huán)境發(fā)生干涉，使設(shè)備無(wú)法正常工作；（3）爆炸強(qiáng)度過(guò)大或爆距過(guò)近，導(dǎo)致艦船結(jié)構(gòu)損壞，艦船喪失戰(zhàn)斗力。由于非接觸爆炸引起的對(duì)艦載設(shè)備的沖擊破壞是影響艦船生命力和戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵所在，因此，“艦載設(shè)備抗沖擊技術(shù)”主要是指艦載設(shè)備抗擊各種兵器的水下非接觸爆炸沖擊的防護(hù)技術(shù)。它包括沖擊環(huán)境、結(jié)構(gòu)和設(shè)備沖擊動(dòng)態(tài)響應(yīng)、沖擊防護(hù)設(shè)計(jì)、抗沖擊能力校核、抗沖擊性能評(píng)估、抗沖擊試驗(yàn)技術(shù)及手段、沖擊隔離技術(shù)和手段、沖擊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。其中，抗沖擊試驗(yàn)技術(shù)及手段則是“艦載設(shè)備抗沖擊技術(shù)”的最關(guān)鍵部分，所有的抗沖擊設(shè)計(jì)都要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)并改進(jìn)，所有的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范都要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。艦載設(shè)備抗沖擊鑒定試驗(yàn)系統(tǒng)由輕量級(jí)沖擊機(jī)、中量級(jí)沖擊機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)浮動(dòng)平臺(tái)、大型浮動(dòng)平臺(tái)及相關(guān)輔助設(shè)施組成。

1.2 艦載設(shè)備沖擊機(jī)試驗(yàn)[1]

由于使用炸藥進(jìn)行艦船水下爆炸試驗(yàn)費(fèi)用高，安全性很難控制，加之環(huán)境保護(hù)又使公開(kāi)的爆炸沖擊試驗(yàn)面臨更多問(wèn)題?，F(xiàn)在各國(guó)海軍普遍采用沖擊試驗(yàn)機(jī)來(lái)模擬水下爆炸給艦船機(jī)電設(shè)備造成的沖擊環(huán)境。其優(yōu)點(diǎn)有：沖擊試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生沖擊載荷特性容易控制，并有精確的可重復(fù)性，可以對(duì)被試設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行準(zhǔn)確記錄；可以模擬設(shè)備實(shí)際沖擊環(huán)境的平均效應(yīng)，采用沖擊載荷的平均效應(yīng)作為設(shè)備抗沖擊設(shè)計(jì)載荷行之有效；沖擊試驗(yàn)機(jī)安裝地點(diǎn)靈活，可以配備各種測(cè)試監(jiān)測(cè)設(shè)備，數(shù)據(jù)采集和處理方便；沖擊試驗(yàn)成本低，對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的大量設(shè)備和零部件進(jìn)行沖擊試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)可行。沖擊機(jī)主要有兩種[2]。第一種是輕量級(jí)擊機(jī)(LWSM）。LWSM引發(fā)了抗沖設(shè)備在重量范圍內(nèi)迅速和本質(zhì)上的改革。第二種是中量級(jí)沖擊試驗(yàn)機(jī)(MWSM）。整臺(tái)沖擊機(jī)安裝在用彈簧與地基相連鋼筋混凝土質(zhì)量塊上，以免由于沖擊試驗(yàn)給周邊環(huán)境帶來(lái)影響。

1.3 艦載設(shè)備浮動(dòng)平臺(tái)試驗(yàn)

浮動(dòng)沖擊平臺(tái)(FSP）和大型浮動(dòng)沖擊平臺(tái)(LFSP）是沖擊試驗(yàn)中大載荷沖擊試驗(yàn)設(shè)備。設(shè)備按其在艦船上的安裝形式安裝在浮動(dòng)沖擊平臺(tái)上，通過(guò)在水底不同深度的爆炸產(chǎn)生沖擊波作用在平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的抗沖擊能力的考核。美國(guó)海軍研究所在1959年設(shè)計(jì)和建造了浮動(dòng)沖擊平臺(tái)可以測(cè)試27240kg的設(shè)備，在1963年和1972年利用FSP 對(duì)核潛艇發(fā)電機(jī)組和LM2500燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行了沖擊隔離試驗(yàn)，并于1973年美國(guó)又建成了當(dāng)時(shí)世界上最大的浮動(dòng)沖擊試驗(yàn)平臺(tái)。平臺(tái)建成后在當(dāng)年的幾個(gè)月里就進(jìn)行了八次校驗(yàn)性爆炸沖擊系列試驗(yàn)。目前，比較有名的有美國(guó)阿伯丁爆炸水池，加拿大國(guó)防技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心爆炸水池，英國(guó)的海洋技術(shù)中心浮動(dòng)沖擊平臺(tái)STV01等。

2 國(guó)外沖擊試驗(yàn)發(fā)展情況

國(guó)外對(duì)沖擊試驗(yàn)機(jī)研究已有60多年的歷史，開(kāi)發(fā)研制出多種有特色的沖擊試驗(yàn)機(jī)[3]。下面對(duì)國(guó)外的傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)擊機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

第一次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)海軍就制作了沖擊試驗(yàn)機(jī)，用來(lái)考核艦船機(jī)械、電器設(shè)備。1939年英國(guó)研制出第一臺(tái)沖擊試驗(yàn)機(jī)，它可以模擬設(shè)備在服役期間的沖擊環(huán)境，試驗(yàn)載荷只有幾百磅。1940年，美國(guó)通用電氣公司研制出改進(jìn)沖擊波形的輕量級(jí)沖擊試驗(yàn)機(jī)，其最大負(fù)載能力為113.5kg。在二次大戰(zhàn)初期，由于艦載火炮發(fā)射產(chǎn)生的沖擊而造成了艦載電器設(shè)備和機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障、發(fā)生破壞。因此認(rèn)識(shí)到必須增強(qiáng)船舶動(dòng)力裝置及其他重要系統(tǒng)的抗沖擊能力。在船體的損傷并不嚴(yán)重的情況下，水下非接觸爆炸也會(huì)造成設(shè)備的沖擊損傷。技術(shù)人員為了解決這類沖擊損傷的問(wèn)題，開(kāi)始研究沖擊響應(yīng)和沖擊隔離問(wèn)題。二戰(zhàn)期間，更為猛烈的炮火和改進(jìn)的武器傳輸系統(tǒng)，對(duì)靠近水下爆炸的戰(zhàn)艦造成了更加嚴(yán)重的破壞。美國(guó)在此期間共喪失了47艘主戰(zhàn)艦和42艘潛艇。從那時(shí)起，美國(guó)海軍意識(shí)到了要提高戰(zhàn)艦的生命力，不僅要改進(jìn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，而且尤其應(yīng)當(dāng)改進(jìn)艦艇裝備和機(jī)械設(shè)備對(duì)水下沖擊所產(chǎn)生的嚴(yán)酷的動(dòng)態(tài)效應(yīng)抵抗能力。1942年威斯汀豪斯電氣公司研制出中量級(jí)沖擊機(jī)可以對(duì)包括安裝夾具總重為3359.6kg的設(shè)備進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。1943年美國(guó)海軍艦船建造局組織專題研討會(huì)，研究包括戰(zhàn)列艦、巡洋艦、驅(qū)逐艦、潛艇和掃雷艦等在內(nèi)的艦載電器設(shè)備和機(jī)械設(shè)備沖擊破壞。由此展開(kāi)了大規(guī)模的艦船機(jī)械設(shè)備抗沖擊試驗(yàn)研究。

3 我國(guó)沖擊試驗(yàn)現(xiàn)狀及存在的差距

我國(guó)艦船抗沖擊研究起步較晚,大約自20世紀(jì)70年代開(kāi)始對(duì)艦船進(jìn)行抗沖擊研究[4]。我國(guó)海軍現(xiàn)役艦船和潛艇設(shè)備試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要以國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)的沖擊試驗(yàn)機(jī)主要是以引進(jìn)，仿制國(guó)外傳統(tǒng)沖擊機(jī)為主，還停留在歐洲BV043/73和美國(guó)MILS-901B標(biāo)準(zhǔn)的水平上。

(1）仿制國(guó)外的傳統(tǒng)沖擊試驗(yàn)機(jī)。中國(guó)船舶重工集團(tuán)第704研究所，上海電器科學(xué)研究所根據(jù)美國(guó)MIL-S-901B軍標(biāo)制造的輕量級(jí)沖擊機(jī)，試驗(yàn)設(shè)備最大質(zhì)量200kg。上海電器科學(xué)研究所研制的C-2700中量級(jí)沖擊試驗(yàn)機(jī)，符合國(guó)軍標(biāo)GJB150.18-86《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法－沖擊試驗(yàn)》和《中型沖擊機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)條件》，可以對(duì)艦用設(shè)備進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。該沖擊試驗(yàn)機(jī)是海軍裝備研究院規(guī)范所和上海電器科學(xué)研究所共同合作，按美國(guó)MTS的同類產(chǎn)品的圖紙仿制。中船重工第702研究所于1990年研制的中量級(jí)沖擊機(jī)是繼海軍裝備研究院規(guī)范所和上海電器科學(xué)研究所之后，設(shè)計(jì)制造的與C-2700同樣等級(jí)的沖擊試驗(yàn)機(jī)，滿足GJB150.18一86要求，并在1990年7月通過(guò)部級(jí)鑒定[5]。河南洛陽(yáng)水利工程研究所研制了模擬爆炸震動(dòng)的沖擊試驗(yàn)機(jī)。

(2）引進(jìn)的傳統(tǒng)沖擊試驗(yàn)機(jī)。704研究所引進(jìn)的美國(guó)MTS公司886IMPACT沖擊機(jī)(電腦可控跌落式?jīng)_擊機(jī)）。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)沖擊機(jī)建設(shè)主要是沖擊機(jī)數(shù)量過(guò)少，國(guó)內(nèi)大約有二十多臺(tái)輕量級(jí)沖擊機(jī)。國(guó)內(nèi)僅有3臺(tái)中量級(jí)沖擊機(jī)可以按照國(guó)軍標(biāo)的規(guī)定對(duì)中量級(jí)艦船裝備進(jìn)行沖擊考核。至今，國(guó)內(nèi)這些少量的中量級(jí)沖擊機(jī)和一定數(shù)量的輕量級(jí)沖擊機(jī)主要用于對(duì)新研制的電子設(shè)備、儀器、儀表等進(jìn)行沖擊試驗(yàn)考核，沒(méi)有海軍直接隸屬的輕量級(jí)及中量級(jí)沖擊機(jī)。

(3）浮動(dòng)平臺(tái)試驗(yàn)[6]。我國(guó)目前僅有的兩臺(tái)浮動(dòng)平臺(tái)是以美國(guó)的浮動(dòng)平臺(tái)為原型分別由中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司(無(wú)錫）第702研究所及91439部隊(duì)研制的。該浮動(dòng)平臺(tái)是美國(guó)小型浮動(dòng)平臺(tái)0.8的縮比模型。702研究所研制的浮動(dòng)平臺(tái)受水池客觀條件的限制，可用炸藥的最大量為5kgTNT。91439部隊(duì)研制的浮動(dòng)平臺(tái)試驗(yàn)條件為海上無(wú)限自由水面條件，可開(kāi)展大當(dāng)量爆炸抗沖擊試驗(yàn)。

可見(jiàn)，國(guó)外以大量沖擊試驗(yàn)為基礎(chǔ)，產(chǎn)生了艦載設(shè)備抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，并隨著試驗(yàn)手段的更新，艦載設(shè)備抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)得到進(jìn)一步發(fā)展。我國(guó)在艦艇抗沖擊研究、試驗(yàn)等方面還存在相當(dāng)大的差距和問(wèn)題。按著國(guó)軍標(biāo)要求，建設(shè)了部分試驗(yàn)裝置，但不配套。目前沒(méi)有符合國(guó)軍標(biāo)的海上艦載設(shè)備試驗(yàn)鑒定浮動(dòng)平臺(tái)。

4 結(jié)束語(yǔ)

與發(fā)達(dá)軍事強(qiáng)國(guó)相比，我國(guó)的艦載設(shè)備抗沖擊試驗(yàn)開(kāi)展較少，存在較大差距。對(duì)艦載各種設(shè)備及系統(tǒng)在沖擊機(jī)及海上浮動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行抗沖擊試驗(yàn)鑒定，檢測(cè)艦艇設(shè)備抗爆抗沖擊戰(zhàn)技指標(biāo)，驗(yàn)證評(píng)估水中目標(biāo)抗沖擊性能，可促進(jìn)新型艦船遠(yuǎn)海作戰(zhàn)的能力的發(fā)揮。

[1]王貢獻(xiàn),褚德英,張磊等.艦船設(shè)備沖擊試驗(yàn)機(jī)研究進(jìn)展.振動(dòng)與沖擊，2007,26(2）:152～159.

[2]馬綸宇, 王成剛, 沈榮贏等.艦船機(jī)械設(shè)備沖擊標(biāo)準(zhǔn)淺談[J].噪聲與振動(dòng)控制, 1997

[3]黃若波，杜儉業(yè)，王官祥.美國(guó)艦艇抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究分析[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2007

[4]陳繼康,等. 船體基座抗沖擊研究現(xiàn)狀[A]. 某艇水下爆炸試驗(yàn)資料匯編.北京: 第六機(jī)械工業(yè)部船舶系統(tǒng)工程部, 1982.

[5]候維達(dá),李國(guó)華,趙本立.強(qiáng)碰撞中型沖擊機(jī)及其應(yīng)用[J].船舶工程,1995

[6]李國(guó)華, 李玉節(jié), 張效慈等.浮動(dòng)沖擊平臺(tái)水下爆炸沖擊譜測(cè)量與分析[J].船舶力學(xué), 2000

Review on Technology of Shock-resistance Test for Equipments of Naval Ships

WANG Ming-Gui1ZHOU Xue-Bin1JIA Zhi-Fei2
1.Navy Forces ,91439, Liaoning Dalian 116041;2. Navy Forces ,91913, Liaoning Dalian 116041

The Characteristic on Technology of Shockresistance for Equipment of Naval Ships, the development of international and Disparities of Internal Study Condition Were Discussed.The Performance of Equipments of Naval Ships Can Be Tested by the Equipment of shock test and a Floating Shock Platform. The Performance of Equipments of Naval Ships Will Be Developed by Shock-resistance Test for Equipments of Naval Ships.

U661.72

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.016

王明貴（1958-），男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，主要研究方向：水下爆炸試驗(yàn)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理。