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)射裝置典型應用場合分析的基礎上，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。結合國外研究現(xiàn)狀探討了所需的技術和可能的實現(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現(xiàn)目標打擊、偵察預警、自身防御和航行保障等任務。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、水雷和導彈等武器進行目標攻擊，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)射反魚雷魚雷進行自身防御，如意大利以MU90魚雷為基礎研制反魚雷魚雷[2]；國外潛艇一般采用小于324 mm口徑的發(fā)射裝置發(fā)射各類浮標和小口徑水聲對抗器材等，主要用于偵察探測、水聲對抗和航行保障[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 典型應用場合

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)射偵察預警類浮標、航行保障類浮標和水聲對抗器材等。

1.1 發(fā)射偵察預警浮標

潛艇執(zhí)行水下作戰(zhàn)任務時，對空中目標感知能力弱，往往在不知情的條件下被反潛飛機跟蹤和攻擊。潛艇可在水下發(fā)射對空警戒浮標，浮標在水面通過無線電偵察、光電偵察、聲信號偵察等方式探測反潛飛機信息，并通過有線或者無線的方式將信息傳回艇內分析，這樣可使?jié)撏г谒抡莆辗礉擄w機的動向，以及無線電聲吶浮標的使用情況，便于潛艇進行機動規(guī)避并進行對抗準備工作。若能對反潛飛機實現(xiàn)跟蹤，還可引導潛空導彈對飛機進行攻擊。以色列潛艇可發(fā)射對空警戒浮標，在水面探測反潛飛機噪聲并通過光纖傳回艇內分析識別，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)射水聲對抗器材

潛艇在水下可能遭受來自反潛飛機、水面艦艇、潛艇甚至海底固定發(fā)射裝置的魚雷攻擊；現(xiàn)代反潛魚雷具有遠航程、高航速、低噪聲、高命中率、高毀傷率等特點，且具備較強的目標識別能力和目標記憶能力，對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

潛艇在遠航中需要通信、導航和定位，雖然可以通過慣導等裝備實現(xiàn)導航和定位，但水下長時間航行的累計誤差較大，需要采用其他方式進行校準。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)實現(xiàn)導航裝備校準和通信，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，浮標與衛(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)實現(xiàn)衛(wèi)星通信和導航的能力。另外，海洋環(huán)境如溫度、鹽度和密度對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潛艇所在深度的相關信息，潛艇可用小口徑發(fā)射裝置發(fā)射拋棄式溫鹽深浮標，實現(xiàn)海洋環(huán)境信息的大深度范圍測量。美國潛艇普遍裝備的深海汽笛通信浮標，采用信標發(fā)射裝置從艇內發(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)射偵察告警浮標和航行保障浮標時，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力源的發(fā)射裝置均有廢氣回收裝置，可實現(xiàn)無泡發(fā)射，但大多數(shù)發(fā)射裝置的發(fā)射瞬態(tài)噪聲遠超潛艇航行輻射噪聲，嚴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)射水聲對抗器材時，由于防御的緊迫性，對抗的快速性是對抗成功的關鍵。如反潛直升機和反潛巡邏機可對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。潛艇對抗聲吶和來襲魚雷時，由于單枚對抗器材的對抗頻段、對抗時間、對抗空間有限，需要在較短時間內發(fā)射多枚對抗器材進行誘騙、干擾和毀傷目標，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，各種器材對發(fā)射裝置的要求不一樣，難以通過一型發(fā)射裝置實現(xiàn)。如用于魚雷防御的水聲對抗器材要求快速發(fā)射，而偵察預警、航行保障類浮標需要隱蔽發(fā)射，快速發(fā)射和隱蔽發(fā)射二者相互矛盾。然而，水聲對抗器材主要是在我被發(fā)現(xiàn)的情況下使用，對隱蔽性要求并不高；偵察預警、航行保障浮標是在平時使用，對反應速度要求不高，因而可以采用不同的發(fā)射裝置分別實現(xiàn)。英美等國潛艇均裝備有舷外通用發(fā)射裝置和艇內信標發(fā)射裝置，前者主要用于快速發(fā)射水聲對抗器材，后者主要用于隱蔽發(fā)射各類浮標[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)射裝置應具備彈型自動識別功能和管內射前自檢功能，其中彈型自動識別是自動選擇發(fā)射彈道、提高自動化水平的前提，管內射前自檢是提高使用可靠性，提高作戰(zhàn)性能的前提。

3 所需技術及實現(xiàn)途徑

為實現(xiàn)偵察預警浮標、航行保障浮標和水聲對抗器材的發(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。

3.1 隱蔽發(fā)射技術

隱蔽發(fā)射途徑一是采用新的發(fā)射動力源替代高壓空氣。目前潛艇發(fā)射裝置大多采用高壓空氣為發(fā)射動力源，發(fā)射前空氣流入氣缸時的流體噪聲和發(fā)射后氣體回收時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能、采用旋轉電機帶動旋轉泵、采用直線電機帶動往復泵、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。美國通用動力公司20世紀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90年代建造了直線電機發(fā)射裝置樣機，在“孟菲斯”號核潛艇上對重型魚雷進行了模擬發(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，出管時器材側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，則器材側面阻力越大，要求發(fā)射功率越大，導致發(fā)射噪聲也越大。向潛艇前方發(fā)射，器材出管時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較為復雜。大多數(shù)浮標出管后需要向上運動，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力向上機動，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)射動力源，采用垂直向上發(fā)射的方式發(fā)射通信浮標、應急救生浮標和水聲對抗器材等[3]。

3.2 快速發(fā)射技術

快速發(fā)射可采用艇內濕式存儲和舷外發(fā)射的方式實現(xiàn)。傳統(tǒng)艇內發(fā)射裝置和對抗器材不能泡水，發(fā)射前注水和均壓需要較長時間。隨著發(fā)射管和對抗器材耐壓耐腐蝕能力的提高，可采用濕式存儲技術提前完成發(fā)射管注水和均壓等操作，使用時開前蓋直接發(fā)射，可大幅提高發(fā)射反應速度。美英等國魚雷發(fā)射裝置均已實現(xiàn)濕式存儲[8]。采用舷外發(fā)射方式，在碼頭內完成注水和器材裝填，發(fā)射時器材直接撞開前蓋出管，可節(jié)省注水、均壓和開前蓋的時間，可比艇內發(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

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

3.4 通用發(fā)射技術

為實現(xiàn)一管能發(fā)射多種尺寸的器材，一般采用適配器實現(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，需要對每種器材配置發(fā)射彈道和控制規(guī)則。美國“俄亥俄”級、“洛杉磯”級和“海狼”級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

為實現(xiàn)彈型自動識別、彈道自動匹配和管內自檢功能。應對不同彈型設置專用識別碼，裝管后采用器材報告或應答的方法實現(xiàn)彈型識別和數(shù)量統(tǒng)計，并對每型器材設置幾種典型發(fā)射艇速，設置對應的發(fā)射控制規(guī)則，發(fā)射時選擇大于實際艇速并最接近實際艇速對應的控制能量，即可滿足安全發(fā)射且低噪聲發(fā)射要求。

4 結 語

潛艇在發(fā)射偵察預警浮標、航行保障浮標和水聲對抗器材時，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)射裝置的應用場合、所需的性能和實現(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，高級工程師，研究方向為水聲信號處理。