艦載彈箭炮共架武器發(fā)展構(gòu)想

賈蘭俊，孟 昕，耿新泰

(中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七一三研究所，河南 鄭州 450015)

0 引 言

多次局部戰(zhàn)爭(zhēng)經(jīng)驗(yàn)表明，單純采用某一種武器進(jìn)行對(duì)空防御有其局限性。導(dǎo)彈武器具有射程遠(yuǎn)、精度高、單發(fā)殺傷概率大的優(yōu)點(diǎn)，但其抗飽和攻擊能力差，又易于被干擾。高發(fā)射率艦炮是以攔阻射擊殺傷目標(biāo)的，雖然單發(fā)殺傷概率低，射程亦近，但抗飽和能力強(qiáng)。盡管耗彈量大，但價(jià)格低廉，成本低。彈炮結(jié)合武器是隨作戰(zhàn)方式的發(fā)展和各種武器裝備的成熟而產(chǎn)生的一種綜合作戰(zhàn)武器，是將導(dǎo)彈和火炮的發(fā)射集中布置在一套發(fā)射平臺(tái)上，使一種武器平臺(tái)具備導(dǎo)彈和艦炮2 種武器的作戰(zhàn)使命。彈炮結(jié)合武器系統(tǒng)可充分發(fā)揮導(dǎo)彈和火炮各自的作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)，協(xié)調(diào)作戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)低空、近距目標(biāo)的快速反應(yīng)和多次攔截，發(fā)揮火力強(qiáng)、毀傷概率高的突出優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到最佳的近程防御系統(tǒng)作戰(zhàn)效果，在來(lái)襲目標(biāo)處于遠(yuǎn)距離時(shí)用導(dǎo)彈攔截來(lái)襲目標(biāo)，在來(lái)襲目標(biāo)處于近距離時(shí)采用火炮進(jìn)行攔截，將一種武器平臺(tái)的攔截縱深和攔截次數(shù)擴(kuò)展，提高了武器平臺(tái)的效率和能力[1]。

1 國(guó)內(nèi)外彈炮結(jié)合武器的發(fā)展

國(guó)外彈炮結(jié)合武器自瑞士20 世紀(jì)60 年代后期率先研制“空中衛(wèi)士/麻雀”彈炮結(jié)合防空武器系統(tǒng)以來(lái)，彈炮結(jié)合武器成為各國(guó)研究和發(fā)展的重要裝備，其中艦用的主要有：俄羅斯的“卡什坦”彈炮共架武器、“旋風(fēng)”-K 彈炮共架武器，美國(guó)的“拉姆”與“密集陣”非共架的綜合防御系統(tǒng)，以色列的“臺(tái)風(fēng)”彈炮共架近程防御系統(tǒng)等。陸用的主要有：俄羅斯的“鎧甲”彈炮共架防控系統(tǒng)，意大利的“西達(dá)姆2 5”，美國(guó)的“輕型防空裝甲車”、“運(yùn)動(dòng)衫”、RDF/LT-75 等[2]。通過(guò)分析這些彈炮結(jié)合武器，可以看出國(guó)外彈炮結(jié)合武器的發(fā)展趨勢(shì)主要是：

1）不斷增強(qiáng)抗飽和攻擊能力

飽和攻擊已經(jīng)成為現(xiàn)代海戰(zhàn)的重要進(jìn)攻方式，因此，各國(guó)在發(fā)展艦載武器時(shí)基本上以提高抗飽和攻擊能力為目標(biāo)。彈炮結(jié)合武器通過(guò)一套火控系統(tǒng)控制導(dǎo)彈和火炮獨(dú)立攻擊目標(biāo)，可在短時(shí)間內(nèi)射擊幾個(gè)目標(biāo)，從而提高其抗飽和攻擊能力。

2）向彈炮共架發(fā)展

彈炮共架武器的顯著特點(diǎn)是彈、炮2 種武器裝備集于一體，共同利用同一發(fā)射平臺(tái)，減小了體積，對(duì)艦載或車載平臺(tái)來(lái)講，減小了空間，提高了平臺(tái)資源使用效率，機(jī)動(dòng)性好。同時(shí)，2 種裝備共用一套火控系統(tǒng)，作戰(zhàn)準(zhǔn)備時(shí)間短，快速反應(yīng)性高。

2）向中大口徑艦炮與導(dǎo)彈結(jié)合武器發(fā)展

目前的彈炮結(jié)合武器基本為小口徑火炮和導(dǎo)彈的結(jié)合，其作戰(zhàn)使命任務(wù)也主要是防空和近程防御為主。隨著技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)現(xiàn)代作戰(zhàn)模式的要求，中大口徑艦炮也在成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上開展了彈炮結(jié)合武器的研制，如美國(guó)的RDF/LT-75 型彈炮結(jié)合武器是在一門“阿里斯”（Ares）75 mm 自動(dòng)加農(nóng)炮的兩邊各裝一座四聯(lián)裝“毒刺”導(dǎo)彈發(fā)射箱組成彈炮結(jié)合武器；瑞典的“博福斯”120 mm 艦炮的兩側(cè)各加掛了3 套火箭發(fā)射架組成了艦炮與火箭結(jié)合武器等。

3）向多作戰(zhàn)使命任務(wù)發(fā)展

隨著現(xiàn)代作戰(zhàn)模式的發(fā)展和多樣化，一種武器平臺(tái)要求多種作戰(zhàn)使命任務(wù)，彈炮結(jié)合武器就是這種發(fā)展的產(chǎn)物。對(duì)于小口徑火炮和導(dǎo)彈結(jié)合而言，其作戰(zhàn)使命任務(wù)主要是對(duì)空防御和近程反導(dǎo)，而對(duì)于中大口徑艦炮，其作戰(zhàn)使命任務(wù)有防空、對(duì)海和對(duì)岸。為增強(qiáng)3 種作戰(zhàn)使命任務(wù)的能力，國(guó)外開展了導(dǎo)彈、火箭和火炮三者結(jié)合的彈箭炮結(jié)合武器系統(tǒng)，3 種武器裝備中，共用火炮平臺(tái)，導(dǎo)彈和火箭共架發(fā)射。如美國(guó)洛克希德·馬丁公司研制的“輕型防空裝甲車”就是一種彈、箭、炮三結(jié)合武器系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)從20 世紀(jì)80 年代中期就開展了彈炮共架武器的預(yù)研和研制工作，在多年技術(shù)儲(chǔ)備的基礎(chǔ)上，研制成功了以第1 代小口徑艦炮為平臺(tái)的彈炮結(jié)合武器，成功解決了導(dǎo)彈和艦炮發(fā)射振動(dòng)匹配等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，圓滿完成了海上實(shí)彈首發(fā)命中的射擊試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，又完成了以第2 代小口徑艦炮為平臺(tái)的彈炮結(jié)合武器樣機(jī)的研制工作，解決了總體匹配等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，完成了彈炮結(jié)合匹配性等試驗(yàn)。21 世紀(jì)初，陸續(xù)發(fā)展了陸地防空用彈炮結(jié)合武器系統(tǒng)裝備，艦載彈炮共架武器的研制還未完全形成裝備[3]。

通過(guò)上述分析，彈炮結(jié)合武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用多樣而且功能高效，而彈炮共架武器具有共用一套發(fā)射平臺(tái)且占用空間小、發(fā)射功能集成化的特點(diǎn)，因此，應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展艦載彈炮共架武器，以滿足海軍適應(yīng)未來(lái)作戰(zhàn)的需求。對(duì)于近程防御系統(tǒng)來(lái)講，應(yīng)發(fā)展以小口徑艦炮和近程防御導(dǎo)彈為主的彈炮共架武器，對(duì)于中程防空、反艦和海上作戰(zhàn)，以及對(duì)岸火力支援來(lái)講，應(yīng)發(fā)展以中大口徑艦炮、中近程防御導(dǎo)彈、火箭彈等為主的彈箭炮共架武器[4]。

2 艦載彈箭炮共架武器的構(gòu)想

2.1 艦載彈箭炮武器的總體設(shè)想

目前，以中大口徑艦炮為平臺(tái)的彈炮結(jié)合武器在役裝備還較少，但是越來(lái)越受到普遍重視，通過(guò)選擇性能指標(biāo)合適的導(dǎo)彈與艦炮結(jié)合，可提高艦炮的作戰(zhàn)性能，拓展其作戰(zhàn)使命任務(wù)。

通過(guò)在艦炮平臺(tái)上加掛導(dǎo)彈、火箭彈形成的導(dǎo)彈/火箭彈/艦炮結(jié)合武器系統(tǒng)可簡(jiǎn)稱為“彈箭炮”三結(jié)合武器。其總體方案設(shè)想是在現(xiàn)有某型艦炮的兩側(cè)各伸出一套發(fā)射裝置，該發(fā)射裝置依附于艦炮平臺(tái)，隨炮一起回轉(zhuǎn)和俯仰。同時(shí)，由幾枚火箭彈組成一個(gè)儲(chǔ)運(yùn)發(fā)射箱，幾枚導(dǎo)彈組成一個(gè)儲(chǔ)運(yùn)發(fā)射箱，2 種儲(chǔ)運(yùn)發(fā)射箱的外形尺寸等物理接口相同，均能與布置在艦炮兩側(cè)的發(fā)射裝置匹配發(fā)射。2 種儲(chǔ)運(yùn)發(fā)射箱的再裝填在艦炮固定的方位角和俯仰角裝填。艦炮兩側(cè)甲板下部為火箭彈儲(chǔ)運(yùn)發(fā)射箱和導(dǎo)彈儲(chǔ)運(yùn)發(fā)射箱的彈庫(kù)，并具有一套自動(dòng)選擇儲(chǔ)運(yùn)發(fā)射箱的能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)裝填的再裝填系統(tǒng)，以滿足火力打擊的需要。

2.2 艦載彈箭炮共架武器的實(shí)現(xiàn)

彈箭炮共架武器是將原來(lái)獨(dú)立的導(dǎo)彈、火箭彈、火炮集中布置在一套發(fā)射平臺(tái)上，擴(kuò)大武器平臺(tái)的作戰(zhàn)使命任務(wù)，將導(dǎo)彈的精確打擊功能、火箭彈的面殺傷功能、火炮的防御功能進(jìn)行有效綜合。

艦載彈箭炮共架武器的總體方案就是將導(dǎo)彈、火箭彈、炮彈的發(fā)射裝置集成在一個(gè)武器平臺(tái)上，由于導(dǎo)彈、火箭彈的結(jié)構(gòu)尺寸較大，應(yīng)與中大口徑艦炮進(jìn)行集合配置。以某型單管艦炮為例，共架武器是在艦炮的兩側(cè)加上通用的發(fā)射架，可以兼容發(fā)射火箭彈、導(dǎo)彈等多彈種，共用一套火控系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行搜索、瞄準(zhǔn)、跟蹤、發(fā)射，武器系統(tǒng)可根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)需求，選擇配備不同的彈種，使用不同的彈種對(duì)不同的目標(biāo)進(jìn)行攻擊，或使用不同的彈種對(duì)同一目標(biāo)實(shí)施分段、分批次的攻擊。艦炮在中近程上攻擊敵空中目標(biāo)；導(dǎo)彈在中遠(yuǎn)程上攻擊敵空中目標(biāo)，火箭彈在中、遠(yuǎn)距離上對(duì)岸上和海上目標(biāo)進(jìn)行火力壓制，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)彈種的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使武器系統(tǒng)具有多層次攔截和抗擊多目標(biāo)的能力。艦炮共架武器示意圖如圖1 所示。

圖1 艦炮共架武器總體布置Fig.1 Naval gun common-frame weapon

該共架武器發(fā)射平臺(tái)對(duì)火箭彈和導(dǎo)彈的接口是一致的，單側(cè)可掛8 發(fā)火箭彈或1 枚防空導(dǎo)彈。在不同的作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，武器系統(tǒng)可與配套的自動(dòng)裝填機(jī)構(gòu)聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)快速更換彈種和快速再裝填。

圖2 分別掛導(dǎo)彈和火箭彈的發(fā)射平臺(tái)通用接口模型Fig.2 Universal interface prototype for launch platforms for mounted missile and rockets,respectively

圖3 通用發(fā)射架虛擬樣機(jī)有限元仿真Fig.3 Universal launcher virtual prototype and its finite element simulation

兩側(cè)共配備16 枚火箭彈后，經(jīng)粗略計(jì)算，方位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將比原艦炮增加10 000 kg·m2，高低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將比原艦炮增加2 400 kg·m2；配備2 枚防空導(dǎo)彈，方位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將比原艦炮增加4 000 kg·m2，高低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將比原艦炮增加1 200 kg·m2，對(duì)瞄準(zhǔn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和隨動(dòng)系統(tǒng)造成的影響有限，技術(shù)上不存在風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)射接口是將原艦炮的耳軸加長(zhǎng)，上面安裝傳遞杠桿，傳遞杠桿的另一端和通用發(fā)射架的軸端連接，在轉(zhuǎn)臺(tái)兩側(cè)炮塔附近，用一托架來(lái)支撐通用發(fā)射架和發(fā)射裝置，為了使通用發(fā)射架和火炮共同俯仰，在耳軸處設(shè)置同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；為了使較長(zhǎng)的導(dǎo)彈和火箭彈和艦炮具有相同的俯仰范圍，發(fā)射架的俯仰中心可高于火炮的俯仰中心。導(dǎo)彈發(fā)射梁或火箭彈運(yùn)發(fā)箱和通用發(fā)射架采用燕尾槽連接，在裝填到位后用定位機(jī)構(gòu)將導(dǎo)彈發(fā)射梁或火箭彈運(yùn)發(fā)箱鎖住，使導(dǎo)彈發(fā)射梁或火箭彈內(nèi)運(yùn)發(fā)箱準(zhǔn)確定位并承受發(fā)射時(shí)的后坐力。在總體方案設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)通用發(fā)射架和傳遞杠桿的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了有限元計(jì)算，安全系數(shù)可達(dá)到1.97，可以滿足共架發(fā)射需求。

在原艦炮基礎(chǔ)上，通過(guò)加裝一體化多功能發(fā)射架，實(shí)現(xiàn)常規(guī)炮彈、防空導(dǎo)彈、火箭彈兼容發(fā)射，可以節(jié)省艦艇安裝空間，同時(shí)彈、箭、炮結(jié)合，將多種武器的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，擴(kuò)大了單一武器的作戰(zhàn)效能，實(shí)現(xiàn)各個(gè)彈種的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使艦炮多彈種綜合武器發(fā)射平臺(tái)具有多彈種對(duì)多目標(biāo)的選擇防御，又具有多彈種對(duì)單目標(biāo)的分段多重防御功能，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)低，具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。

3 艦載彈箭炮共架武器關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 滿足總體的作戰(zhàn)需求

在總體上吻合艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的需求，以需求為中心形成有效的攔截層次，充分發(fā)揮導(dǎo)彈和火炮的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)與其他作戰(zhàn)因素的整體協(xié)調(diào)。從這個(gè)角度講，彈、箭、炮結(jié)合并不是一味地追求遠(yuǎn)距離交戰(zhàn)，關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)區(qū)域的匹配、火力范圍的銜接、火力與捕獲跟蹤能力的銜接，在自己的攔截區(qū)段內(nèi)達(dá)到很高的毀傷概率，從而形成作戰(zhàn)效能更高的武器裝備。

在物理集成方面，尤其在采用“共架綜合體”方案時(shí)，要著重考慮多傳感器的安裝位置、多武器的優(yōu)化布置和協(xié)調(diào)工作等問(wèn)題，保證各自相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)能合理、通暢。在功能集成方面，則要充分利用各類傳感器資源，協(xié)調(diào)使用導(dǎo)彈、火箭彈、火炮火力，精確設(shè)計(jì)各種作戰(zhàn)使用，只有各個(gè)指標(biāo)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)才能最大化總體的效能。如俄羅斯“卡什坦”系統(tǒng)，系統(tǒng)使用雙聯(lián)裝交匯式小口徑火炮，其交匯角設(shè)計(jì)就要從典型目標(biāo)特性、火炮最佳打擊區(qū)段、彈藥散布特性等方面進(jìn)行論證，確定最佳毀傷效能時(shí)火力交匯點(diǎn)。

3.2 炮架與基座之間的減隔振和防護(hù)技術(shù)

多種武器的共架平臺(tái)射擊時(shí)要綜合考慮各類武器之間的相互影響，首先要有效控制跟蹤器平臺(tái)和導(dǎo)彈發(fā)射架的振動(dòng)，研究炮架的振動(dòng)特性，采用減振材料和減振結(jié)構(gòu)，減小多武器射擊時(shí)的相互影響。還要研究有效的防護(hù)措施，減小導(dǎo)彈及誘餌彈底部火焰對(duì)火炮的損傷。

3.3 實(shí)時(shí)多任務(wù)管理策略和自適應(yīng)控制算法

共架武器發(fā)射平臺(tái)控制系統(tǒng)是強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，存在隨動(dòng)跟蹤、射擊控制、供彈控制、安全控制等多項(xiàng)實(shí)時(shí)控制任務(wù)。另外，摩擦力矩和射擊力矩特性具有隨機(jī)性，如何采用實(shí)時(shí)多任務(wù)管理策略完善艦炮的控制，運(yùn)用自適應(yīng)控制算法提高隨動(dòng)系統(tǒng)的跟蹤精度和高頻實(shí)時(shí)射擊精度，是一項(xiàng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

3.4 武器射擊匹配性研究

多種武器集中于一個(gè)平臺(tái)，勢(shì)必存在各種武器射擊時(shí)的尾焰相互干擾問(wèn)題，特別是火箭彈和導(dǎo)彈射擊時(shí)尾焰對(duì)艦炮的影響，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)對(duì)艦炮射擊時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)等因素對(duì)導(dǎo)彈和火箭彈影響進(jìn)行充分研究，確定隔震減震措施。

總之，彈箭炮共架武器在研制過(guò)程中需要突破多種關(guān)鍵技術(shù)，既有武器之間匹配性等關(guān)鍵技術(shù)研究，又有各種武器在新型作戰(zhàn)平臺(tái)上的適應(yīng)性研究。

4 結(jié) 語(yǔ)

彈、箭、炮結(jié)合武器是武器裝備的發(fā)展趨勢(shì)之一，它具有在一種作戰(zhàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多種作戰(zhàn)效能的優(yōu)點(diǎn)、機(jī)動(dòng)性好、占有空間小等特點(diǎn)。對(duì)于艦載彈、箭、炮結(jié)合武器而言，又增強(qiáng)了武器裝備的適裝性、提高了武器裝備本身的作戰(zhàn)效能。因此，應(yīng)當(dāng)利用現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品、技術(shù)快速發(fā)展彈、箭、炮結(jié)合武器，提高武器裝備的作戰(zhàn)力，提高艦船的作戰(zhàn)效能。