潛艇小口徑發(fā)射裝置需求分析

袁延藝，徐海珠

(海軍研究院，北京 100161)

潛艇小口徑發(fā)射裝置需求分析

袁延藝，徐海珠

(海軍研究院，北京 100161)

在潛艇小口徑發(fā)射裝置典型應(yīng)用場(chǎng)合分析的基礎(chǔ)上，研究了小口徑發(fā)射裝置所需性能，包括隱蔽發(fā)射、快速連續(xù)發(fā)射、通用智能發(fā)射和多種口徑配置等要求。結(jié)合國外研究現(xiàn)狀探討了所需的技術(shù)和可能的實(shí)現(xiàn)途徑，可為我國潛艇發(fā)展小口徑發(fā)射裝置提供參考。

潛艇；小口徑發(fā)射裝置；隱蔽發(fā)射；快速連續(xù)發(fā)射；通用智能發(fā)射

0 引 言

發(fā)射裝置是潛艇保證航行安全和發(fā)揮作戰(zhàn)能力的重要保證，潛艇通過發(fā)射裝置發(fā)射各類武器和器材實(shí)現(xiàn)目標(biāo)打擊、偵察預(yù)警、自身防御和航行保障等任務(wù)。國外潛艇普遍裝備多種口徑的發(fā)射裝置，一般采用450～750 mm口徑發(fā)射裝置發(fā)射魚雷、水雷和導(dǎo)彈等武器進(jìn)行目標(biāo)攻擊，如西方國家普遍裝備的潛艇魚雷發(fā)射裝置為533 mm口徑，俄羅斯?jié)撏~雷發(fā)射裝置一般為533 mm口徑和650 mm口徑[1]；國外潛艇一般采用324～450 mm口徑發(fā)射反魚雷魚雷進(jìn)行自身防御，如意大利以MU90魚雷為基礎(chǔ)研制反魚雷魚雷[2]；國外潛艇一般采用小于324 mm口徑的發(fā)射裝置發(fā)射各類浮標(biāo)和小口徑水聲對(duì)抗器材等，主要用于偵察探測(cè)、水聲對(duì)抗和航行保障[3]。本文主要研究口徑小于324 mm的發(fā)射裝置，簡稱小口徑發(fā)射裝置。

1 典型應(yīng)用場(chǎng)合

根據(jù)潛艇多樣化作戰(zhàn)需求，潛艇在水下航行中需要通過小口徑發(fā)射裝置發(fā)射偵察預(yù)警類浮標(biāo)、航行保障類浮標(biāo)和水聲對(duì)抗器材等。

1.1 發(fā)射偵察預(yù)警浮標(biāo)

潛艇執(zhí)行水下作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，對(duì)空中目標(biāo)感知能力弱，往往在不知情的條件下被反潛飛機(jī)跟蹤和攻擊。潛艇可在水下發(fā)射對(duì)空警戒浮標(biāo)，浮標(biāo)在水面通過無線電偵察、光電偵察、聲信號(hào)偵察等方式探測(cè)反潛飛機(jī)信息，并通過有線或者無線的方式將信息傳回艇內(nèi)分析，這樣可使?jié)撏г谒抡莆辗礉擄w機(jī)的動(dòng)向，以及無線電聲吶浮標(biāo)的使用情況，便于潛艇進(jìn)行機(jī)動(dòng)規(guī)避并進(jìn)行對(duì)抗準(zhǔn)備工作。若能對(duì)反潛飛機(jī)實(shí)現(xiàn)跟蹤，還可引導(dǎo)潛空導(dǎo)彈對(duì)飛機(jī)進(jìn)行攻擊。以色列潛艇可發(fā)射對(duì)空警戒浮標(biāo)，在水面探測(cè)反潛飛機(jī)噪聲并通過光纖傳回艇內(nèi)分析識(shí)別，使?jié)撏г陔[蔽的水下航行狀態(tài)具備感知空中威脅的能力[4]。

1.2 發(fā)射水聲對(duì)抗器材

潛艇在水下可能遭受來自反潛飛機(jī)、水面艦艇、潛艇甚至海底固定發(fā)射裝置的魚雷攻擊；現(xiàn)代反潛魚雷具有遠(yuǎn)航程、高航速、低噪聲、高命中率、高毀傷率等特點(diǎn)，且具備較強(qiáng)的目標(biāo)識(shí)別能力和目標(biāo)記憶能力，對(duì)潛艇造成了巨大威脅。因而多數(shù)潛艇均裝備了小口徑發(fā)射裝置，用于發(fā)射聲誘餌、聲干擾器等對(duì)抗器材，用于誘騙、干擾和毀傷來襲魚雷，提高本艇生存能力。如美國潛艇的CSAMK2，CSAMK3魚雷防御系統(tǒng)，德國潛艇的CIRCE魚雷防御系統(tǒng)、意大利潛艇的C300，C303，C303/S魚雷防御系統(tǒng)均裝備了多型小口徑的聲誘餌和聲干擾器[5]。

1.3 發(fā)射航行保障浮標(biāo)

潛艇在遠(yuǎn)航中需要通信、導(dǎo)航和定位，雖然可以通過慣導(dǎo)等裝備實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和定位，但水下長時(shí)間航行的累計(jì)誤差較大，需要采用其他方式進(jìn)行校準(zhǔn)。由于無線電在水下衰減大而傳輸距離較近，潛艇需要上浮至通氣管狀態(tài)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航裝備校準(zhǔn)和通信，而通氣管航行容易暴露。潛艇可用小口徑發(fā)射裝置發(fā)射拋棄式浮標(biāo)，浮標(biāo)與衛(wèi)星采用無線電通信，與潛艇采用水聲或光纖通信，使?jié)撏г谒潞叫袪顟B(tài)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信和導(dǎo)航的能力。另外，海洋環(huán)境如溫度、鹽度和密度對(duì)潛艇的航行安全和作戰(zhàn)效果有重要影響，利用艇上固定探頭只能探測(cè)潛艇所在深度的相關(guān)信息，潛艇可用小口徑發(fā)射裝置發(fā)射拋棄式溫鹽深浮標(biāo)，實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境信息的大深度范圍測(cè)量。美國潛艇普遍裝備的深海汽笛通信浮標(biāo)，采用信標(biāo)發(fā)射裝置從艇內(nèi)發(fā)射出管。

2 所需性能分析

2.1 隱蔽性發(fā)射需求

潛艇發(fā)射偵察告警浮標(biāo)和航行保障浮標(biāo)時(shí)，需要保持隱蔽狀態(tài)，因而要求小口徑發(fā)射裝置能夠無泡發(fā)射和低噪聲發(fā)射。目前高壓空氣作為動(dòng)力源的發(fā)射裝置均有廢氣回收裝置，可實(shí)現(xiàn)無泡發(fā)射，但大多數(shù)發(fā)射裝置的發(fā)射瞬態(tài)噪聲遠(yuǎn)超潛艇航行輻射噪聲，嚴(yán)重影響潛艇的隱蔽性。

2.2 快速連續(xù)發(fā)射需求

潛艇發(fā)射水聲對(duì)抗器材時(shí)，由于防御的緊迫性，對(duì)抗的快速性是對(duì)抗成功的關(guān)鍵。如反潛直升機(jī)和反潛巡邏機(jī)可對(duì)潛艇精確定位并快速發(fā)射空投魚雷，魚雷入水后離潛艇一般1 km左右，從入水到命中潛艇僅需60 ～90 s[4]，因而要求小口徑發(fā)射裝置能夠快速發(fā)射。潛艇對(duì)抗聲吶和來襲魚雷時(shí)，由于單枚對(duì)抗器材的對(duì)抗頻段、對(duì)抗時(shí)間、對(duì)抗空間有限，需要在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)射多枚對(duì)抗器材進(jìn)行誘騙、干擾和毀傷目標(biāo)，因而要求小口徑發(fā)射裝置具備連續(xù)發(fā)射的能力。

2.3 多種口徑配置需求

國外潛艇一般需要發(fā)射數(shù)種甚至數(shù)十種小口徑器材，各種器材對(duì)發(fā)射裝置的要求不一樣，難以通過一型發(fā)射裝置實(shí)現(xiàn)。如用于魚雷防御的水聲對(duì)抗器材要求快速發(fā)射，而偵察預(yù)警、航行保障類浮標(biāo)需要隱蔽發(fā)射，快速發(fā)射和隱蔽發(fā)射二者相互矛盾。然而，水聲對(duì)抗器材主要是在我被發(fā)現(xiàn)的情況下使用，對(duì)隱蔽性要求并不高；偵察預(yù)警、航行保障浮標(biāo)是在平時(shí)使用，對(duì)反應(yīng)速度要求不高，因而可以采用不同的發(fā)射裝置分別實(shí)現(xiàn)。英美等國潛艇均裝備有舷外通用發(fā)射裝置和艇內(nèi)信標(biāo)發(fā)射裝置，前者主要用于快速發(fā)射水聲對(duì)抗器材，后者主要用于隱蔽發(fā)射各類浮標(biāo)[6]。

2.4 通用智能發(fā)射需求

通用化發(fā)射是指一型發(fā)射裝置應(yīng)能兼容發(fā)射多種器材的能力。國外潛艇的一般配置2～3小口徑發(fā)射裝置，但要發(fā)射的器材有數(shù)十種，因而一型發(fā)射裝置應(yīng)能兼容發(fā)射多種不同重量、不同口徑、不同長度的器材。智能發(fā)射是指發(fā)射裝置應(yīng)具備彈型自動(dòng)識(shí)別功能和管內(nèi)射前自檢功能，其中彈型自動(dòng)識(shí)別是自動(dòng)選擇發(fā)射彈道、提高自動(dòng)化水平的前提，管內(nèi)射前自檢是提高使用可靠性，提高作戰(zhàn)性能的前提。

3 所需技術(shù)及實(shí)現(xiàn)途徑

為實(shí)現(xiàn)偵察預(yù)警浮標(biāo)、航行保障浮標(biāo)和水聲對(duì)抗器材的發(fā)射，小口徑發(fā)射裝置需要突破隱蔽發(fā)射、快速發(fā)射、連續(xù)發(fā)射、通用發(fā)射、智能發(fā)射等技術(shù)。

3.1 隱蔽發(fā)射技術(shù)

隱蔽發(fā)射途徑一是采用新的發(fā)射動(dòng)力源替代高壓空氣。目前潛艇發(fā)射裝置大多采用高壓空氣為發(fā)射動(dòng)力源，發(fā)射前空氣流入氣缸時(shí)的流體噪聲和發(fā)射后氣體回收時(shí)的排氣噪聲是潛艇重要的噪聲源，且難以從根本上消除。采用橡膠或彈簧彈性儲(chǔ)能、采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)泵、采用直線電機(jī)帶動(dòng)往復(fù)泵、以及采用磁流體發(fā)射，則可避免空氣流體噪聲和排氣噪聲，提高了發(fā)射隱蔽性。美國通用動(dòng)力公司20世紀(jì)80年代研制了彈性橡膠圓盤，可用于潛艇水下發(fā)射重型魚雷[7]。美國卡曼公司于20世紀(jì)90年代建造了直線電機(jī)發(fā)射裝置樣機(jī)，在“孟菲斯”號(hào)核潛艇上對(duì)重型魚雷進(jìn)行了模擬發(fā)射，取得了較好的效果[7]。

二是優(yōu)化出管彈道。目前發(fā)射裝置出管彈道包括兩舷橫向發(fā)射、艇首向前發(fā)射、艇尾向后發(fā)射、中部斜向前發(fā)射、垂直向上發(fā)射等[1]。采用兩舷橫向發(fā)射，出管時(shí)器材側(cè)面和前方受到水流阻力，器材越長，口徑越大，發(fā)射航速越高，則器材側(cè)面阻力越大，要求發(fā)射功率越大，導(dǎo)致發(fā)射噪聲也越大。向潛艇前方發(fā)射，器材出管時(shí)僅前方受到水流阻力，但為防止撞擊艇體，需要較高的出管速度。向后方發(fā)射出管速度可較低，安全性較好，但目前潛艇多采用水滴形，尾部空間較小，且潛艇尾部螺旋槳流場(chǎng)較為復(fù)雜。大多數(shù)浮標(biāo)出管后需要向上運(yùn)動(dòng)，垂直向上發(fā)射可以較小的能量發(fā)射出管，利用器材自身浮力或者動(dòng)力向上機(jī)動(dòng)，管外彈道平滑，具有較高的安全性。英國潛艇普遍裝備了可再裝填發(fā)射裝置，口徑約100 mm，采用高壓空氣作為發(fā)射動(dòng)力源，采用垂直向上發(fā)射的方式發(fā)射通信浮標(biāo)、應(yīng)急救生浮標(biāo)和水聲對(duì)抗器材等[3]。

3.2 快速發(fā)射技術(shù)

快速發(fā)射可采用艇內(nèi)濕式存儲(chǔ)和舷外發(fā)射的方式實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)艇內(nèi)發(fā)射裝置和對(duì)抗器材不能泡水，發(fā)射前注水和均壓需要較長時(shí)間。隨著發(fā)射管和對(duì)抗器材耐壓耐腐蝕能力的提高，可采用濕式存儲(chǔ)技術(shù)提前完成發(fā)射管注水和均壓等操作，使用時(shí)開前蓋直接發(fā)射，可大幅提高發(fā)射反應(yīng)速度。美英等國魚雷發(fā)射裝置均已實(shí)現(xiàn)濕式存儲(chǔ)[8]。采用舷外發(fā)射方式，在碼頭內(nèi)完成注水和器材裝填，發(fā)射時(shí)器材直接撞開前蓋出管，可節(jié)省注水、均壓和開前蓋的時(shí)間，可比艇內(nèi)發(fā)射速度更快。如美國潛艇的CSAMK2，CSAMK3魚雷防御系統(tǒng)，德國潛艇的CIRCE魚雷防御系統(tǒng)，均采用舷外發(fā)射的方式[5]。

3.3 連續(xù)發(fā)射技術(shù)

對(duì)于艇內(nèi)發(fā)射裝置，由于人工再次裝填時(shí)間較長，一般需要在同舷配置多管依次發(fā)射，此時(shí)要求發(fā)射氣瓶或電源等動(dòng)力源能連續(xù)供能、注水裝置能滿足大流量等要求。對(duì)于舷外發(fā)射裝置，由于不可再裝填，需要同時(shí)配置多管且每管能獨(dú)立發(fā)射。美國“俄亥俄”級(jí)、“洛杉磯”級(jí)和“海狼”級(jí)核潛艇，在尾部上層建筑中布置了多管小口徑氣動(dòng)發(fā)射裝置，可發(fā)射152 mm口徑的水聲對(duì)抗器材；德國209等潛艇上層建筑內(nèi)可配置多個(gè)發(fā)射管，發(fā)射直徑為127 mm的對(duì)抗器材[2]。

3.4 通用發(fā)射技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)一管能發(fā)射多種尺寸的器材，一般采用適配器實(shí)現(xiàn)一管一彈或一管多彈，其中一管多彈包括沿發(fā)射管軸向布置多彈和沿發(fā)射管徑向布置多彈。采用一型發(fā)射裝置發(fā)射多種器材時(shí)，需要對(duì)每種器材配置發(fā)射彈道和控制規(guī)則。美國“俄亥俄”級(jí)、“洛杉磯”級(jí)和“海狼”級(jí)核潛艇可利用適配器，沿魚雷管軸向裝填多枚MOSS聲誘餌[2]。

3.5 智能發(fā)射技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)彈型自動(dòng)識(shí)別、彈道自動(dòng)匹配和管內(nèi)自檢功能。應(yīng)對(duì)不同彈型設(shè)置專用識(shí)別碼，裝管后采用器材報(bào)告或應(yīng)答的方法實(shí)現(xiàn)彈型識(shí)別和數(shù)量統(tǒng)計(jì)，并對(duì)每型器材設(shè)置幾種典型發(fā)射艇速，設(shè)置對(duì)應(yīng)的發(fā)射控制規(guī)則，發(fā)射時(shí)選擇大于實(shí)際艇速并最接近實(shí)際艇速對(duì)應(yīng)的控制能量，即可滿足安全發(fā)射且低噪聲發(fā)射要求。

4 結(jié) 語

潛艇在發(fā)射偵察預(yù)警浮標(biāo)、航行保障浮標(biāo)和水聲對(duì)抗器材時(shí)，需要采用小口徑發(fā)射裝置。小口徑發(fā)射裝置需要安靜無泡發(fā)射、快速連續(xù)發(fā)射、通用智能發(fā)射、多種口徑配置。本文分析了小口徑發(fā)射裝置的應(yīng)用場(chǎng)合、所需的性能和實(shí)現(xiàn)途徑。另外，小口徑發(fā)射裝置還需滿足大深度、大航速下發(fā)射，以及高安全性、高可靠性發(fā)射等要求。本文的研究將可為我國潛艇發(fā)展小口徑發(fā)射裝置提供參考。

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Requirements analysis of submarine small-bore launcher

YUAN Yan-yi, XU Hai-zhu
(Navy Academy, Beijing 100161, China)

Based on the analysis of submarine small-bore launcher’s typical application scenarios, launching performances of concealment, rapid successive, general intelligence and multi bores are discussed in this paper. Then necessary techniques and possible implements are proposed by combining with current situation and development trend, which can provide reference for the development of submarine small-bore launcher.

submarine；small-bore launch；concealment launch；rapid successive launch；general intelligence launch

U661

A

1672–7649(2017)12–0171–03

10.3404/j.issn.1672–7649.2017.12.036

2017–05–13

袁延藝(1971–)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樗曅盘?hào)處理。