浮標式航空自導(dǎo)深彈設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)分析

摘 要：為解決當(dāng)前航空自導(dǎo)深彈在作戰(zhàn)訓(xùn)練中存在的命中率不高、水下作戰(zhàn)效能評估困難、工作模式單一等問題，提出一種浮標式航空自導(dǎo)深彈的設(shè)計構(gòu)想，在普通航空自導(dǎo)深彈結(jié)構(gòu)中增加漂浮氣囊、釋放線纜、無線電發(fā)射接收裝置等部件，有助于提升深彈的搜潛概率，增加效能評估手段，靈活控制工作模式，高效進行特情處置等。介紹了其結(jié)構(gòu)與工作流程，同時對水面漂浮技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)線纜技術(shù)、遙控技術(shù)等四個關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，并對其應(yīng)用前景進行了展望，可為航空自導(dǎo)深彈的開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：航空自導(dǎo)深彈;效費比;浮標式

中圖分類號：TJ650.2 文獻標志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3819.2024.06.003

Design and key technology analysis of buoy-type aviation homing depth charge

YE Licong1，2， ZHAO Shendong2， ZHANG Feifei2

（1. Unit 91566 of PLA， Dalian 116043; 2. Qingdao Campus of Naval Aviation University， Qingdao 266041， China）

Abstract：In order to solve the problems such as low hit rate， difficult evaluation of underwater combat effectiveness and single working mode of the aviation homing depth charge in combat and training， this paper proposes a design of a buoy-type aviation homing depth charge which adds floating air bag， release cable， radio transmitting and receiving device to the structure of the ordinary aviation homing depth charge. It’s helpful to improve the submarine search probability of depth charge， increase efficiency evaluation means， flexible control working mode， and efficient handling of special situation， etc. This paper also introduces its structure and work flow， four key technologies such as surface floating technology， data transmission technology， data cable technology， remote control technology， are analyzed， and its application prospects are prospected， which can provide reference for the development of aviation homing depth charge.

Key words： aviation homing depth charge; cost-effectiveness ratio; buoy-type

收稿日期：2024-03-20修回日期：2024-04-10

作者簡介：

野理聰（1990—），男，碩士，研究方向為海軍航空裝備綜合保障。

通訊作者：趙申東（1978—），博士，副教授。

深水炸彈是一種可在水下一定深度或與目標相遇時發(fā)生爆炸的水中炸彈，主要用于攻擊潛艇［1］，此外還有反魚雷、反水雷、反導(dǎo)、清理航道等作用。它于第一次世界大戰(zhàn)期間出現(xiàn)，并在兩次世界大戰(zhàn)中立下赫赫戰(zhàn)功，是一種較為有效的反潛武器［2］。由反潛飛機所攜帶投放的深水炸彈簡稱航空深彈。航空深彈作為一種傳統(tǒng)的攻潛武器，與魚雷共同組成高低搭配、相互補充的航空反潛武器系統(tǒng)，共同擔(dān)負空中反潛作戰(zhàn)任務(wù)。航空深彈具有價格低廉、制造簡單、使用方便、裝藥填充系數(shù)高、不受淺水區(qū)使用限制等優(yōu)點［3］。

為了提升航空深彈的攻潛效果，航空深彈從無自導(dǎo)模式發(fā)展到了自導(dǎo)模式，之后又出現(xiàn)了懸浮或準懸浮工作模式［4］。國外最新的研究成果主要有俄羅斯的“3aΓOH-2（圍獵-2）”，是在自導(dǎo)深彈基礎(chǔ)上增加了懸浮功能，入水后先處于懸浮狀態(tài)，再采用主動聲自導(dǎo)探測目標并進行攻擊［5］。國內(nèi)關(guān)于懸浮式深彈的研究主要集中在反魚雷作戰(zhàn)的布放、作戰(zhàn)效能分析等方面［6-7］，關(guān)于對潛攻擊的研究還處于起步階段，初步證明航空自導(dǎo)深彈增加懸浮裝置 “總體上有利于提高深彈的命中概率”，能夠提高水下攻潛作戰(zhàn)效能［8］。

本文基于國內(nèi)外已有研究成果，針對當(dāng)前航空深彈在作戰(zhàn)和訓(xùn)練中存在的一系列問題，提出一種新式航空自導(dǎo)深彈的構(gòu)想，在成本增加不大的情況下對深彈結(jié)構(gòu)和工作流程進行改進，有助于提升深彈的搜潛概率，增加效能評估手段，靈活控制工作模式，高效進行特情處置等。

1 當(dāng)前航空深彈在作戰(zhàn)、訓(xùn)練中存在的問題

航空攻潛武器主要為魚雷和深彈。由于當(dāng)前世界各國潛艇技術(shù)的發(fā)展，潛艇的隱身性能更加先進，大大限制了魚雷聲自導(dǎo)的作用距離。航空深彈盡管造價低，使用限制條件少，能夠大量使用，但其工作過程簡單，探測距離有限［9］，在作戰(zhàn)、訓(xùn)練中主要存在如下不足。

1.1 搜/攻潛成功率低

當(dāng)前航空深彈入水后完全是自主工作，不再受人工控制。除最新出現(xiàn)的懸浮或準懸浮工作模式的深彈外，深彈入水后立即開始下沉，具有自導(dǎo)能力的深彈探測時間有限。當(dāng)入水點與潛艇實際位置誤差較大時，深彈自導(dǎo)系統(tǒng)無法捕捉目標，便會沉入海底或定深自爆，導(dǎo)致攻潛失敗。

1.2 使用效果評估難

為控制成本，當(dāng)前多數(shù)航空深彈沒有配備類似于魚雷操雷的專門用于評估水下攻擊效果的訓(xùn)練彈，使得訓(xùn)練時無法獲取深彈水下工作數(shù)據(jù)，導(dǎo)致全面評估其水下作戰(zhàn)訓(xùn)練效果非常困難。此外，在作戰(zhàn)訓(xùn)練中，當(dāng)前航空深彈還缺乏準確觀測入水點的相關(guān)手段，對火控系統(tǒng)的有效評估存在困難。

1.3 特情處置難

由于深彈成本低、使用量大，在訓(xùn)練時出現(xiàn)特情的情況較多。尤其當(dāng)深彈在水下未正常起爆時，由于缺乏相應(yīng)的水下信息和數(shù)據(jù)作為支撐，使得排除深彈未爆彈難度很大，容易對深彈水下位置、狀態(tài)判斷不準，無法及時、安全打撈或銷毀未爆彈，給海域和裝備安全帶來隱患，對未爆彈的原因分析也存在一定的困難。

2 浮標式航空自導(dǎo)深彈的結(jié)構(gòu)與工作流程

當(dāng)前不論是固定翼反潛機還是大中型反潛直升機，一般配有聲吶浮標系統(tǒng)，利用水下導(dǎo)線和空中無線電實現(xiàn)了水下聲信號與反潛機的聯(lián)系，可以實現(xiàn)水下戰(zhàn)場的實時監(jiān)測，還可以實現(xiàn)對水下裝備的控制［10-11］。針對以上航空深彈使用中存在的問題，也可以采用類似的方法，將航空深彈水下工作的情況及時傳送給反潛機，或者實現(xiàn)對深彈的遙控。本文給出一種浮標式航空自導(dǎo)深彈的設(shè)計構(gòu)想，將航空深彈技術(shù)、氣囊漂浮技術(shù)、浮標通信技術(shù)等進行結(jié)合，可以有效改善航空深彈在作戰(zhàn)和訓(xùn)練方面存在的不足。

2.1 浮標式航空自導(dǎo)深彈的結(jié)構(gòu)

浮標式航空自導(dǎo)深彈的組成是以航空深彈的一般結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，增加了相應(yīng)的漂浮氣囊、釋放線纜、無線電發(fā)射接收裝置等部件。總體來說，可分為水下彈體和空投附件兩大部分，如圖1所示。水下彈體包括彈頭、戰(zhàn)斗部、控制部件、連接分離機構(gòu)、釋放線纜和氣囊浮標裝置等?？胀陡郊淖饔檬菍崿F(xiàn)彈體穩(wěn)定、減速降落， 以規(guī)定的入水速度和入水角度入水［12］。

其中，彈頭、戰(zhàn)斗部、控制部件的結(jié)構(gòu)和功能與普通航空深彈一致，主要實現(xiàn)對水下目標的探測、追擊和殺傷。

連接分離機構(gòu)實現(xiàn)彈體和氣囊的連接與分離。在深彈入水探測階段，將彈體和氣囊連接為一體，使彈體處于懸浮水中的狀態(tài)。當(dāng)深彈發(fā)現(xiàn)目標后，該機構(gòu)實現(xiàn)彈體和氣囊的分離，使深彈下沉追擊目標。

釋放線纜的作用是保證水下彈體在懸浮階段和下沉追擊目標階段與氣囊中的無線電發(fā)射接收裝置保持數(shù)據(jù)傳輸。

氣囊浮標裝置通過壓縮氣瓶給氣囊快速充氣，使氣囊漂浮于水面，將彈體懸浮于水中。同時，通過氣囊內(nèi)的無線電發(fā)射接收裝置與反潛機進行通信。

2.2 浮標式航空自導(dǎo)深彈的工作流程

浮標式航空自導(dǎo)深彈的工作方式為先懸浮探測再下沉攻擊。深彈在投放入水后，先懸浮在水下一定深度，位于彈頭位置的彈頂陣自導(dǎo)系統(tǒng)開始工作，以被動或主動方式搜索目標。當(dāng)目標進入其探測范圍內(nèi)時，深彈確認后，使彈體與氣囊浮標裝置脫離，尾部帶著釋放線纜快速下沉，期間通過控制部件調(diào)整彈道從而追擊目標。追擊過程中可以將深彈的探測數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)信息實時傳送給反潛機。在必要時，深彈還可以接收并執(zhí)行反潛機的指令，隨時調(diào)整打擊策略。

浮標式航空深彈的具體工作流程如圖2所示。

圖中，數(shù)字分別表示：

① 浮標式航空自導(dǎo)深彈由反潛機空投。

② 深彈空投附件動作，打開降落傘。

③ 深彈在降落傘的減速作用下平穩(wěn)下降。

④ 當(dāng)深彈彈體入水后，海水電池激活，深彈攜帶的高壓氣瓶開始給氣囊充氣，同時自動拋棄降落傘。

⑤ 在充氣的過程中，氣囊所受到的浮力逐漸大于深彈的重力，攜帶深彈開始慢慢上浮。

⑥ 氣囊浮出水面后，深彈彈體垂直懸浮在水下一定深度的地方。自導(dǎo)探測系統(tǒng)開機，位于彈頭的自導(dǎo)系統(tǒng)以被動方式或主動方式進行潛艇目標的探測。同時置于深彈氣囊內(nèi)的無線電天線將深彈自導(dǎo)系統(tǒng)獲取的水下探測數(shù)據(jù)通過無線電向空中發(fā)射，由反潛機接收。

⑦ 當(dāng)深彈自導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并確認目標后，或由反潛機操作人員發(fā)出遙控指令，深彈水下彈體與氣囊脫離，兩者通過釋放線纜連接，彈體依靠自身重力快速下沉，在控制系統(tǒng)操舵機構(gòu)的作用下，使深彈導(dǎo)向目標，直至命中，或由機上人員遙控引爆深彈。

3 關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)路線分析

浮標式航空自導(dǎo)深彈涉及的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線如下。

3.1 深彈的水面漂浮技術(shù)

為了提高深彈捕獲目標的概率，需要其在水面漂浮一定時間，這就需要在彈尾增加充氣氣囊，確保深彈入水后盡快充氣，使深彈漂浮于海面。

技術(shù)路線為：在深彈彈體中增加一高壓氣瓶和可充氣氣囊，通過導(dǎo)管相連。深彈入水前，高壓氣瓶處于關(guān)閉狀態(tài)，入水后氣瓶開啟，給氣囊快速充氣，當(dāng)氣囊浮力足夠大時，就可以將深彈拖拽回海面附近，使其處于懸浮狀態(tài)。

3.2 深彈的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

為了實時監(jiān)測深彈水下工作的數(shù)據(jù)，需要將深彈自導(dǎo)系統(tǒng)的信號及其他參數(shù)的數(shù)據(jù)傳輸給反潛機。這一過程既涉及水中信號的傳輸，也涉及空中信號的傳輸。

技術(shù)路線為：深彈水下深度可在數(shù)百米以上，在此深度范圍內(nèi)傳輸信號，電磁波和光波均不可行。雖然聲波容易實現(xiàn)數(shù)百米的通信距離，但由于自導(dǎo)深彈一般采用聲波自導(dǎo)，二者存在互相干擾的可能，加之聲波通信可靠性不高，傳輸速率低，也不適合采用。為解決上述問題，可采用與聲吶浮標相類似的方式，在水下采用線纜傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)水下信號的傳輸，在空氣中采用無線電的方式進行信號傳輸，兩者在浮漂的氣囊處實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。深彈在下沉過程中，不停向外釋放傳輸信號的線纜，保證信號高速、可靠傳輸。在信號傳輸前，需要合理確定上傳的信號種類，并將其編碼。

3.3 數(shù)據(jù)線纜技術(shù)

在水下采用有線通信方式把深彈相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綒饽抑械奶炀€上進行發(fā)射。深彈在攻擊目標的過程中會以較高的速度下沉，下沉過程中需要不斷向外釋放數(shù)據(jù)線纜。

技術(shù)路線為：數(shù)據(jù)線纜在深彈與氣囊分離之前，盤于深彈后段內(nèi)，隨著深彈下沉，不斷釋放。線纜可采用光纖導(dǎo)線材料，減少信號傳輸?shù)乃p，增大傳輸信息的容量，為其線導(dǎo)導(dǎo)引提供良好條件。

3.4 深彈遙控技術(shù)

在深彈水面漂浮搜索或下沉攻擊過程中，可能需要人工干預(yù)，這就需要增加深彈遙控指令執(zhí)行機構(gòu)。

技術(shù)路線為：可在反潛機上加裝深彈遙控裝置，在深彈上增加執(zhí)行指令機構(gòu)，以實現(xiàn)遙控指令的發(fā)射，執(zhí)行下沉、爆炸、自導(dǎo)系統(tǒng)參數(shù)變換等指令。

4 應(yīng)用前景分析

利用本文提出的浮標式航空自導(dǎo)深彈能夠較好地解決航空深彈使用中存在的不足。其在以下方面具有良好的應(yīng)用前景。

4.1 訓(xùn)練應(yīng)用前景

1）可開展水中攻潛效能實時評估

通過對水下深彈工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)控、采集和上傳，可以實時、科學(xué)、全面評估深彈水下工作狀況，有利于發(fā)現(xiàn)深彈攻潛訓(xùn)練中存在的問題，及時加以改進。

2）對深彈入水點進行精確測量

通過在氣囊中接收發(fā)射裝置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，可以準確定位深彈的入水點位置，有利于對火控系統(tǒng)的解算精度進行科學(xué)評價。

3）及時定位、處理未爆彈

在出現(xiàn)訓(xùn)練未爆深彈時，通過深彈漂浮時上傳的位置信息，可以大大降低尋彈、排彈難度。若連接彈體與氣囊的釋放線纜沒有斷裂，還可嘗試遙控引爆深彈，可進一步減小排彈的代價。

4.2 作戰(zhàn)應(yīng)用前景

1）提高水下搜索概率

通過深彈在水面漂浮待命，一方面可以保證深彈自導(dǎo)系統(tǒng)工作在噪聲較小的環(huán)境下，提高探測距離;另一方面可以增加深彈探測目標的時間，在淺海情況下可以有效提高搜索概率。

2）縮短打擊效果的評估時間，為再次攻擊的決策提供依據(jù)

作戰(zhàn)時，通過深彈上傳的數(shù)據(jù)，可以很容易判斷深彈有無命中目標。若發(fā)現(xiàn)深彈未命中目標，指揮員可以快速組織再次攻擊。

3）通過遙控方式靈活改變深彈的工作方式

當(dāng)深彈處于懸浮狀態(tài)探測潛艇時，指揮員可以用遙控方式在被動、主動探測進行切換;在下沉攻擊過程中，也可以隨時控制引爆深彈，增加了深彈使用的靈活性。

5 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)航空自導(dǎo)深彈在訓(xùn)練和作戰(zhàn)中存在的問題和不足，本文提出了一種浮標式航空自導(dǎo)深彈的設(shè)計構(gòu)想，對其組成結(jié)構(gòu)、工作流程及技術(shù)路線進行了研究，并對訓(xùn)練和作戰(zhàn)中的應(yīng)用前景進行了分析。與傳統(tǒng)航空自導(dǎo)深彈相比，浮標式航空自導(dǎo)深彈增加了相應(yīng)的漂浮氣囊、釋放線纜、無線電發(fā)射接收裝置等機構(gòu)，成本有所提高，但可以在普通航空自導(dǎo)深彈的基礎(chǔ)上進行改造，充分利用魚雷、聲吶浮標等產(chǎn)品已有的技術(shù)和成果，降低升級改造的代價，取得較好的綜合效益。

作為初步研究，本文可以為航空自導(dǎo)深彈技術(shù)的發(fā)展提供一些參考，但文中提出的設(shè)計構(gòu)想未經(jīng)技術(shù)驗證，距離工程實踐和作戰(zhàn)應(yīng)用尚有一定差距，在關(guān)鍵技術(shù)的具體實現(xiàn)方法上有待進一步深入論證。

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（責(zé)任編輯：張培培）