導彈發射裝置單筒方案探討

張曉東，陳軍峰

（1．海軍裝備部，北京100841;2．中國船舶重工集團公司第七一三研究所，河南鄭州 450015）

1 導彈發射裝置傳統結構簡介

導彈發射裝置的傳統結構為雙筒結構，即主要由內筒、外筒及相應的筒間密封裝置組成。外筒上、下部與耐壓殼體焊接，內筒為懸掛式或懸浮式結構，內、外筒間以允許有一定位移量并具有密封功能的密封環連接。

以懸掛式結構為例，該種結構發射裝置有以下特點:

1）懸掛式內筒為“柔性體”，筒間減震墊與減震適配器組成兩級水平減震系統，以滿足沖擊振動負荷對導彈的作用。

2）由于內筒已具有水氣密作用，布置在筒間的電氣設備，對水密性能不需要做過多考慮。

3）若內筒意外進水（或發射工質氣體），外筒還具有第二道屏障作用（筒間密封環以下部分除外，因該部分只有外筒），從而在一定程度上增大了彈艙內部的安全性。

2 單筒方案的提出及特點

2.1 必要性分析

雙筒結構存在如下問題:

1）結構復雜。開孔多，而且很多是雙重開孔，特別是需要對彈操作的開孔，在外筒上也要留出相應開孔，如檢查孔、空調孔等;串聯接口多，敷設在內筒外壁上的橡膠軟管和電纜，除一端需要和內筒的連接保持密封外，另一端還要保持和外筒的密封連接，因而增加了系統的串聯接口，不僅增加了結構的復雜性，降低了操作的可達性，也增加了安裝和操作難度，降低了系統的可靠性。

2）質量、體積大。作為發射裝置的主體，發射筒雙筒結構大大增加了裝置的體積和整體外形尺寸，并增加了外筒的孔蓋及眾多管路、電纜的穿壁結構，這些因素加在一起使發射裝置總體質量大大增加。

3）空間利用率低。由于采用雙筒結構，內、外筒之間除需要布置若干筒間減震墊以滿足水平減震要求外，還需要布置空調管、注水管等多條管路及電纜，故雙筒間距不能太小（至少需要容裝軟管、電纜，安裝筒間密封環），從而造成內、外筒內徑差較大，因而橫向空間利用率較低。

4）筒間管路和電纜總裝可達性差，安裝難度大，維修困難。按照導彈的要求，在內筒內部需要保持適當的溫、濕度，空調管路需要較大通徑以滿足氣體對管路的流量要求，而其安裝則受到筒間距離的嚴格限制，因而總裝難度大大增加。若筒間軟管或某些電纜意外損壞，維修性極差或不可維修，即便采用特殊方法進行維修，維修后的性能也難以達到設計指標，不能完全滿足使用要求。

5）全筒（主要指內筒）氣密檢查直觀性差。在做全筒氣密檢查時（指關閉筒蓋，封閉內筒壁上所有開孔或通道，對發射工質氣體作用的內筒及筒間密封環以下的外筒內部充氣檢查），除外筒底段外，只能通過壓力變化判斷發射筒是否漏氣，這就造成即使某些開孔密封面出現漏氣現象，由于外筒的存在不能直接觀察漏氣點可能導致誤判誤查，從而在一定程度上影響了檢查的直觀性和判斷的準確性。

6）造價及全壽命周期費用昂貴。發射筒的主體材料是以昂貴的專用高強度鋼組成，由于采用雙筒結構，材料用量相對較大，且結構復雜，維修困難，制造、維修費用增加，因而不僅造成全套導彈發射裝置造價高昂，也使系統的全壽命周期費用相應增加。

2.2 可行性探討

由以上論述可以看出，雙筒結構的發射裝置的確存在著一些不足，根據以上分析，提出了如下2種單筒方案:

1）懸掛式單筒方案

艙內保留外筒底段的單筒結構，舷外部分為懸掛式雙筒結構，如圖1所示。

圖1 導彈發射裝置單筒方案1Fig．1Single launcher tube program of missile launching system（one）

考慮到艙內支承環以上外筒部分不受發射壓力和極限潛深下的海水壓力作用，艙內外筒底段（指筒間減震墊以下部分）為單筒結構，艙外部分為懸掛式雙筒結構，內筒懸掛基體—艙外部分的“外筒”或稱“杯形管節”作為潛艇導彈艙的承力構件。內筒采用法蘭結構懸掛在外筒筒口，水平減震系統采用減震適配器與筒間減震墊組成的兩級水平減震方案，取消艙內筒間減震墊以上的外筒筒體，只保留艙外及筒間減震墊以下部分，原筒間密封環及減震墊位置不變，內筒外壁上敷設的降噪保溫墊不變，筒蓋及筒口水密裝置與發射筒接口不變。

該種方案有如下幾個主要特點:

①結構大大簡化，系統可靠性增加，操作方便。取消艙內筒間減震墊以上的外筒后，該部分外筒上的某些結構復雜的開孔隨之取消，而空調管、注水管等管路及電纜在去掉與外筒連接的穿壁結構后，連接形式也將得到簡化和改善。

②質量大幅度減輕。據粗略估算，每套發射裝置質量可以減輕約30%，由于發射裝置數量多，全艇減小的質量總數就很可觀，這對提高潛艇的整體性能將十分有利。

③空間利用率提高。隨著艙內減震墊以上外筒的取消，一方面，該部分孔蓋開蓋所用空間將全部省出，另一方面，原需穿過外筒的轉接結構將變得簡單，尺寸也將相應減小，發射筒的外部實際占用空間減小，因此發射裝置空間利用率將得到相應提高。

④操作可達性好，安裝、維修方便。以空調管路的安裝為例，當采用雙筒結構時，由于通徑大，外筒壁上開孔又小，出外筒接頭無法拉出筒外，安裝時需要在狹小的內、外筒間內使內、外聯接法蘭對準，對本來有一定柔性的空調軟管的長度公差要求極為苛刻，而且安裝時不能目視而只能憑感覺，操作不便，安裝難度極大。使用中如果發現軟管本體或與內筒連接處漏氣，則除了拔出內筒外，極難維修。若去掉外筒，上述裝配時出現的情形將會完全避免或可得到很大改善，在局部結構經過簡單調整后，管路的維修將不再需要拔出內筒就可以實施，因而系統的維修性將會得到質的改善。同時，該方案也有利于導彈測控電纜的安裝和維修。

⑤全筒氣密檢查直觀。在做全筒氣密檢查時，除通過壓力表讀數變化判斷是否漏氣外，還可以通過視覺、聽覺和觸覺器官直接觀察，因而判斷迅速、準確、直觀。

⑥造價降低。每套發射裝置質量減輕30%左右，可節約大量材料費用。另外，部分外筒取消后，筒上結構得到簡化或改善，如筒間軟管的長度公差要求可以放寬，成品報廢率將大大減小，加工制造費用也將大幅度降低。這些措施實施后，全部發射裝置節約的成本總和將十分可觀。

該方案保留了內筒的懸掛方案，保留了“柔性”內筒，水平減震系統由減震適配器與筒間減震墊兩級組成，在極限潛深下發射裝置受艇體變形影響小。當潛艇處于極限潛深時耐壓殼體受壓，使發射筒產生彈性變形，由于內筒實際上是懸掛在艙外外筒上的“柔性體”，該變形不會傳遞給導彈。此時其外壁一般不再適合作為與艇體相對固定設備的基座，當必須作為基座時，該設備需要以柔性形式與艇體連接。

2）固定式單筒方案

艙內、外全部為單筒結構，如圖2所示。

圖2 導彈發射裝置單筒方案2Fig．2Single launcher tube program of missile launching system（two）

該方案為完全取消外筒，只保留內筒作為惟一發射筒。由于減震適配器本身已能完成水平減震要求，實際上不需要采用懸掛方案的兩級水平減震系統，因此，不保留“柔性”內筒及減震墊的減震功能，而只采用減震適配器一級水平減震系統方案是完全可行的。該方案總體特點是發射筒筒底及上部與潛艇的耐壓殼體焊接，在發射筒外壁上全部敷設保溫降噪層，保留筒蓋圍欄與發射筒的法蘭聯接形式，聯接面以下的發射筒不分段，發射裝置的其余部分基本不變。該方案利用單一的發射筒既能承受發射壓力和極限潛深下的海水壓力作用，又能作為潛艇彈艙的承力構件。

該方案主要特點如下:

①結構得到徹底簡化，系統可靠性增加，操作更加方便。與雙筒方案相比，外筒取消后，外筒壁上的所有開孔將隨之全部取消，而空調管、注水管等管路及電纜去掉與外筒連接的穿壁結構后，結構也會得到簡化或改善。

②質量得到最大限度減輕。據粗略估算，每套發射裝置質量可以減少約50%，由于發射裝置數量多，因而全艇減小的總質量將非常可觀，這對提高潛艇的整體性能將更為有利。

③空間利用率進一步提高。隨著外筒的取消，外筒及其上孔蓋開蓋所用空間將全部省出，發射筒的外部實際占用空間更為減小，發射裝置空間利用率將得到進一步提高。當發射筒首、尾向間距不變時，彈艙總長亦可相應減小，彈艙空間利用率也將隨之得到提高。

④可達性更好，安裝、維修更加方便。此特點同方案1基本相同，而范圍更加擴大，包括了發射筒艙內、外所有部分。

⑤全筒氣密檢查更加直觀。在做全筒氣密檢查時，除通過壓力表讀數變化判斷是否漏氣外，所有接口均可以通過眼、耳、手等器官直接觀察，因而判斷迅速、準確，更加直觀。

⑥造價更低。每套發射裝置質量減輕約40%，可節約的材料費用更多，外筒取消后，筒上結構得到徹底簡化或改善，加工制造費用也將降至最低。由此帶來發射裝置的總體造價將大幅度降低。

固定式單筒方案只采用減震適配器一級水平減震系統方案，與雙筒方案相比變化較大。結構上的主要變化是在發射筒的外壁上全部敷設保溫降噪層，保留筒蓋圍欄與發射筒的法蘭聯接形式，聯接面以下的發射筒不分段，內壁需要機加工，發射裝置結構上可以實現。由于單筒與耐壓殼體焊接為一體，當潛艇處于極限潛深時耐壓殼體受壓，使發射筒產生一定的彈性變形，該變形可能會傳遞到導彈上并造成危害，為了消除這種危害，需要調整適配器的適配量以滿足發射筒最大變形時的適配要求，根據計算結果，必要時可采取適當措施提高發射筒的剛度。

當內筒內徑尺寸不變時，垂直減震裝置支承基座還需要進一步小型化設計，發射裝置的初始容積將會有所減小，據估算，這種改變不會影響發射動力系統的性能。此時，發射筒上、下部分別與耐壓殼體焊接固定，其外壁仍然適合作為筒上設備的基座。

3 主要研究內容

與雙筒結構相比，單筒方案需要共同研究的內容如下:

1）發射筒上個別設備的局部加強問題。隨著外筒的局部（方案1）或全部取消（方案2），發射筒的薄弱結構需要加強，可以有效彌補單筒結構的不足。

2）筒上設備開放式連接結構研究。主要是研究如何簡化或改善筒上設備與艇上設備的連接方法和形式。

3）發射裝置可靠性、維修性、安全性設計研究。主要研究通過綜合考慮，解決在各部分結構簡化、有利于操作和維修的同時不降低整體性能，尤其是發射裝置的可靠性和安全性。

4）發射裝置與艇上設備的匹配性研究。主要研究隨著結構的變化帶來某些接口尺寸或位置的變化。

此外，對于方案1，還需要進行筒上設備安裝基體研究。對于方案2，還需要開展以下研究:

1）極限潛深下潛艇耐壓殼體變形對發射筒及導彈的影響關系;

2）艙外發射筒的降噪保溫技術;

3）垂直減震裝置小型化;

4）發射裝置的初始容積減小后滿足發射內彈道要求;

5）艙外的管路、電纜等設備的穿艙技術。

4 關鍵技術及其解決方案

方案2還需要解決以下關鍵技術:

1）極限潛深下潛艇耐壓殼體變形對發射筒及導彈的影響關系研究。潛艇在極限潛深狀態時耐壓殼體受壓，使發射筒產生彈性變形，通過計算機建立仿真力學模型，可以準確計算出最大變形量，并與適配器的壓縮適配量綜合考慮，必要時可采取適當的措施提高發射筒的剛度以控制該變形量，以消除極限潛深下潛艇耐壓殼體變形對發射筒及導彈的影響。

2）艙外發射筒的降噪保溫技術研究。由于發射筒在艙外長期浸泡于海水中，因此，直接采用普通的粘彈性降噪保溫墊是不可行的，因為該墊有吸水作用，吸水后不易起到保溫作用。因此可以考慮在發射筒外壁先粘貼一層隔熱性能良好的復合材料（如玻璃鋼），外面再粘貼一層艇體外消音瓦的方案，以分別滿足隔熱和降噪要求。

3）垂直減震裝置小型化研究。發射筒全部采用單筒后，筒底部安裝空間將相對減小，支承環和減震器要小型化，減震器和歸零壓機只能非對稱布置，減震性能和歸零性能也需要進一步研究。

4）發射裝置的初始容積減小后對發射內彈道的影響研究。單筒方案將帶來筒底部初始容積的相對減小，對動力系統內彈道將產生一定的影響，對此需要進行分析計算并采取有效措施，以滿足導彈的內彈道參數要求。

5 單筒方案應用前景展望

通過以上分析可以得出結論，在設計中采用單筒方案將進一步優化發射裝置的整體結構，提高其總體性能。值得注意的是，本文所述2種方案在實際工程研制的應用上也要根據具體情況有所側重。

當用于改裝在造產品或研制其改進型產品時，推薦采用第1種方案。該方案可以在彈、筒接口基本不變，艇、筒接口不做大的調整的前提下，大幅度減輕發射裝置的總質量，并且基本不需要新技術。在根據使用工況對個別環節局部加強后，該方案不會降低整個系統的可靠性和安全性，卻能在總裝時的可達性、使用中的維修性等方面得到很大改善，從而有效降低發射裝置的全壽命周期費用。

當用于新產品的設計時，建議采用第2種方案。該方案可以使發射裝置結構得到徹底簡化，系統可靠性進一步增加，操作更加方便，質量得到最大限度的減輕，空間利用率大大提高，可達性更好，安裝、維修更加方便。利用該方案可使導彈潛艇在耐壓殼體直徑不變的前提下，彈艙的發射裝置也能容裝直徑更大的導彈，因此具有廣闊的應用前景和深遠的戰略意義。

［1］倪火才．潛地彈道導彈發射裝置構造［M］．哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社，1998.

［2］趙世平．潛地彈道導彈的發射筒空間利用率研究［J］．水面兵器，1999:27－30．

［3］倪火才，等．潛地彈道導彈水下發射系統的發展［J］．艦載武器，1996，（4）:1－10．

［4］海軍裝備論證研究中心．美國海軍武器裝備手冊［M］．北京:解放軍出版社，2000．

［5］海軍裝備論證研究中心．俄羅斯海軍武器裝備手冊［M］．北京:解放軍出版社，2000．