鐘宏偉,韓 雪,周 輝,陳 芳
(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七○五研究所,云南 昆明 650118)
二戰(zhàn)后,潛艇的水下作戰(zhàn)模式越來(lái)越多樣化,比如:曾以“獨(dú)狼行動(dòng)”重創(chuàng)水面艦艇的“大灰狼”潛艇因攜帶各類傳感器及遙控裝置而衍變成一種水下網(wǎng)絡(luò)武器系統(tǒng)。受新技術(shù)發(fā)展的影響,潛艇的作戰(zhàn)任務(wù)也發(fā)生了重大變化,已從一種簡(jiǎn)單的水下小型快艇 (最初原型艇是德國(guó)造的XXI型)發(fā)展成一種威震四海的水下作戰(zhàn)平臺(tái)。隨著各種聲吶系統(tǒng)的不斷發(fā)展使得潛艇的深海作戰(zhàn)變得簡(jiǎn)易可行,這當(dāng)然也對(duì)潛艇的武器裝備——尤其是潛用武器的魚(yú)雷管發(fā)射裝置產(chǎn)生了重要影響,也提出了更新、更高的要求。早期的魚(yú)雷管發(fā)射裝置一般都是在給定的潛望深度利用壓縮空氣來(lái)發(fā)射魚(yú)雷,而今在研的各類新一代發(fā)射系統(tǒng)利用新技術(shù)可在幾百米潛深進(jìn)行發(fā)射,且配備在潛艇耐壓殼內(nèi)的武器貯運(yùn)系統(tǒng)可以自動(dòng)、靈活地對(duì)各型魚(yú)雷、導(dǎo)彈、水雷、UUV、蛙人運(yùn)載器、IDAS集成發(fā)射箱 (筒)及專用設(shè)施進(jìn)行貯存、轉(zhuǎn)運(yùn)及裝載[1]。
當(dāng)前,基于魚(yú)雷管的潛用武器發(fā)射裝置具有很多先進(jìn)性,除能發(fā)射魚(yú)雷外,還能發(fā)射多種導(dǎo)彈及水雷。各國(guó)研發(fā)出的多型正發(fā)射系統(tǒng)已逐漸列裝到現(xiàn)役潛艇中,在研的新一代發(fā)射裝置所開(kāi)展的各種發(fā)射系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)則朝著操作更簡(jiǎn)單、靈活和快速的方向發(fā)展。而今的武器貯運(yùn)系統(tǒng)為更能滿足現(xiàn)役潛艇在多樣化軍事斗爭(zhēng)中各種武器和有效載荷不同需求也進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。
無(wú)論是核動(dòng)力潛艇還是常規(guī)潛艇,如何對(duì)潛艇內(nèi)空間有效使用始終是首先要考慮的問(wèn)題。未來(lái)潛艇在朝著更加小型化和無(wú)人化的方向發(fā)展,為使?jié)撏軌蚋鶕?jù)任務(wù)選擇所需的戰(zhàn)術(shù)武器,空間設(shè)計(jì)更是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。一種新辦法就是集成一個(gè)方便靈活的武器發(fā)射艙 (箱)模塊,并將該多功能艙置于潛艇耐壓殼外,這樣可以有效解決潛艇有效空間占用的問(wèn)題,這是未來(lái)魚(yú)雷管發(fā)射裝置的一種發(fā)展趨勢(shì)。為滿足此要求,歐美各國(guó)都在進(jìn)行這方面的設(shè)計(jì)研究,而一種模塊化多用途裝載發(fā)射箱(筒)新概念裝置正是符合這樣的設(shè)計(jì)概念,它是德國(guó)HDW公司為下一代潛艇研發(fā)的魚(yú)雷管武器發(fā)射裝置提出的。
由于受到戰(zhàn)后政策限制,德國(guó)潛艇的排水量都較小 (小于420 t),因此在潛艇設(shè)計(jì)上追求的是一種緊湊結(jié)構(gòu)的思想,而作為艇上的魚(yú)雷管發(fā)射裝置設(shè)計(jì)也須按此要求,并成為其重要的工程化目標(biāo)。德國(guó)憑借其自航管魚(yú)雷發(fā)射裝置方面的研發(fā)優(yōu)勢(shì),所建造的小型潛艇能夠裝備8具全尺寸大小的標(biāo)準(zhǔn)魚(yú)雷管發(fā)射裝置。因此德國(guó)在潛艇的小型化方面是世界上做得最好的國(guó)家之一。這種新型發(fā)射裝置的最大優(yōu)點(diǎn)在于可根據(jù)現(xiàn)役或未來(lái)潛艇的不同外形來(lái)設(shè)計(jì)所需的魚(yú)雷發(fā)射管裝置,它是以集成的方式,布置在各級(jí)別潛艇艇首,用不同發(fā)射系統(tǒng)組成的魚(yú)雷發(fā)射管裝置來(lái)發(fā)射不同種類的各型武器;同時(shí)與之配套的還在魚(yú)雷發(fā)射管裝置后部安裝有一套武器貯運(yùn)系統(tǒng),該系統(tǒng)將按需求自動(dòng)地對(duì)艇上武器進(jìn)行裝卸及儲(chǔ)存。
1)用于209型潛艇的壓縮空氣魚(yú)雷管氣動(dòng)彈射系統(tǒng)。裝有8具自航式魚(yú)雷管發(fā)射裝置,用專用設(shè)備還可發(fā)射導(dǎo)彈并布放水雷 (出口到南非的209型潛艇已裝備此裝置)。
2)用于212A型潛艇的液壓機(jī)械發(fā)射系統(tǒng)及沖壓式發(fā)射系統(tǒng)。裝有6具液壓平衡式魚(yú)雷發(fā)射管,帶有1套發(fā)射魚(yú)雷用低噪聲特性液壓發(fā)射系統(tǒng),可用于發(fā)射各型導(dǎo)彈和水雷、魚(yú)雷 (出口到以色列的潛艇已裝備此裝置)。
3)用于214型潛艇的自航式發(fā)射系統(tǒng)。裝有8具自航式魚(yú)雷發(fā)射管裝置,其專用設(shè)備可發(fā)射導(dǎo)彈及布放水雷。
4)用于未來(lái)216型潛艇的多種方式發(fā)射系統(tǒng)。根據(jù)任務(wù)需求定制相應(yīng)系統(tǒng),可發(fā)射各種武器、水下運(yùn)載器、特種作戰(zhàn)模塊等[2]。
這里要說(shuō)明的是:以上所有發(fā)射系統(tǒng)都適用于集成組合式的潛射交互式攻防系統(tǒng) (IDAS),這就是說(shuō)無(wú)論什么水下常規(guī)武器只要采用該集成組合發(fā)射筒方式皆可在水下進(jìn)行發(fā)射。
借助于壓縮空氣,并在武器氣動(dòng)彈射指揮單元(裝置)的控制及監(jiān)控下,武器氣動(dòng)彈射系統(tǒng)(WES)可用來(lái)發(fā)射各型導(dǎo)彈及魚(yú)雷。該系統(tǒng)主要部件包括高壓氣瓶、氣體發(fā)射閥、氣密環(huán)及武器氣動(dòng)彈射指揮裝置等[3](見(jiàn)圖1)。
圖1 武器氣動(dòng)彈射系統(tǒng)Fig.1 Weapon expulsion system
液壓平衡發(fā)射系統(tǒng) (WDS,見(jiàn)圖2)布置在潛艇兩側(cè)左右舷,其工作原理是通過(guò)受壓的海水流進(jìn)裝有武器的發(fā)射管后部,由液壓驅(qū)動(dòng)水缸活塞從而使3具發(fā)射管發(fā)射武器 (一次發(fā)射1枚,通過(guò)打開(kāi)相應(yīng)密封閥來(lái)選擇用哪一發(fā)射管發(fā)射武器),該發(fā)射系統(tǒng)可在潛艇的整個(gè)潛深范圍內(nèi)進(jìn)行武器發(fā)射,可發(fā)射各型魚(yú)雷及導(dǎo)彈。
在“201010”課堂模式實(shí)踐過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)這種教學(xué)模式絕對(duì)不是定式,不是一成不變,而應(yīng)該是變式,應(yīng)該隨著章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)去分配時(shí)間,特別是必修1自然地理,地理復(fù)習(xí)的時(shí)候老師要多講一點(diǎn),因此從這個(gè)角度來(lái)看,不能一刀切。
圖2 液壓平衡發(fā)射系統(tǒng)Fig.2 Water discharge system
新型的氣動(dòng)沖壓式發(fā)射裝置是把魚(yú)雷發(fā)射管的下部支撐導(dǎo)軌用帶有滑槽的發(fā)射箱代替,這種滑槽發(fā)射箱通過(guò)推桿活塞后的密封墊來(lái)密封,該活塞的一端與沖壓推桿相連接,而另一端則接到要推動(dòng)的武器上。沖壓活塞系統(tǒng) (TPS)所需推力全部通過(guò)壓縮空氣瓶提供,并通過(guò)作用到這個(gè)氣/水發(fā)射缸上的壓力帶動(dòng)活塞做功 (見(jiàn)圖3),推動(dòng)需發(fā)射的魚(yú)雷及導(dǎo)彈出管。
圖3 沖壓活塞式發(fā)射系統(tǒng)Fig.3 Trust piston system
這種液壓機(jī)械系統(tǒng) (TCS,見(jiàn)圖4)是專門(mén)用來(lái)發(fā)射導(dǎo)彈及水雷的裝置,其工作原理是通過(guò)1根鋼繩的一端來(lái)拉動(dòng)輸送滑板,而鋼繩另一端借助1個(gè)差動(dòng)液壓缸來(lái)拉動(dòng),且滑板臂與武器連接在一起。所需壓力來(lái)自1臺(tái)活塞式液壓儲(chǔ)能器,并通過(guò)液壓泵將該壓力傳遞到輸送板上。對(duì)導(dǎo)彈的發(fā)射速度或是布放水雷的方式則通過(guò)發(fā)射管控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)施控制和監(jiān)控。
未來(lái)能滿足特種作戰(zhàn)要求的小型潛艇將會(huì)采用模塊化系統(tǒng)集成的方式來(lái)構(gòu)建潛艇,相關(guān)的模塊化發(fā)射裝置配有適于各類武器的發(fā)射管,安裝在潛艇的耐壓殼外,根據(jù)需求選擇相應(yīng)發(fā)射管來(lái)發(fā)射各型魚(yú)雷、水雷、無(wú)人潛航器 (UUV)、魚(yú)雷對(duì)抗措施(TCM),(含軟硬殺傷及誘餌)以及潛射交互系統(tǒng)(IDAS反艦/空魚(yú)雷或?qū)?[4]。這些系統(tǒng)已集成模塊艙,潛艇無(wú)需進(jìn)塢就可方便地安裝所需裝配的位置 (一般裝在艇首的上層區(qū)域),該系統(tǒng)的下部還裝有1套集成的多功能模塊艙室,該艙室的一端直接連通進(jìn)潛艇前端耐壓殼內(nèi)艙壁 (見(jiàn)圖5)以方便特種作戰(zhàn)武裝蛙人和有效載荷在潛艇內(nèi)的直接進(jìn)出。
圖5 多功能甲板 (或艙室)式模塊集成方案Fig.5 Flexible solution in deck/multifunction chambor
如圖5所示的這種靈活多變甲板式模塊集成方案為潛艇武器發(fā)射提供了更大的發(fā)展空間。這種甲板 (或艙室)式模塊可以承受武器裝載時(shí)的沖擊載荷 (因裝有減振裝置),安裝在艇首部,與潛艇外殼形成一個(gè)整體,為艇體集成的一結(jié)構(gòu)部分,按照這樣的設(shè)計(jì)理念,該發(fā)射裝置啟用時(shí)不會(huì)受到潛艇作戰(zhàn)深度變化的限制。
該裝置使得無(wú)論在干式或濕式耐壓環(huán)境下裝載武器成為可能。當(dāng)海水注入有良好氣密性的發(fā)射裝置內(nèi),取得壓力平衡后,可同時(shí)打開(kāi)魚(yú)雷發(fā)射管的前后管兩端蓋,這樣海水能更加通暢地流進(jìn)管內(nèi),采用這種方式將會(huì)極大地改善自航式魚(yú)雷 (或?qū)?的發(fā)射功效 (主要指在聲學(xué)和武器發(fā)射速度方面)。
1)采用甲板式模塊集成的發(fā)射裝置。它使得潛艇可靈活根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)選擇所需戰(zhàn)術(shù)武器成為可能。為方便安裝,該裝置設(shè)計(jì)在潛艇吃水線上方,只有在裝置的電氣及液壓連接完成后才將該裝置安裝推進(jìn)到潛艇殼體間的密封箱體內(nèi),這樣系統(tǒng)就做好了承接下一作戰(zhàn)任務(wù)的準(zhǔn)備。
2)采用艙室式模塊集成的發(fā)射裝置。如圖5所示的多功能艙室模塊集成方案可以看作是一個(gè)帶出入閘門(mén)的縱向柱體 (可變徑)艙,這是一個(gè)外徑尺寸較大的一個(gè)艙室。它的出現(xiàn)為潛艇作戰(zhàn)擴(kuò)展了更多的功能,潛艇可以根據(jù)需求來(lái)準(zhǔn)備所列任務(wù)的功能模塊。從表1可看出,這些任務(wù)模塊使得潛艇更方便地成為某種多功能及用途的作戰(zhàn)平臺(tái)。
表1 魚(yú)雷管發(fā)射裝置可集成的各型艙室 (或甲板)式模塊Tab.1 An integrated solution in deck/multifunction chamber module for waopon tube
這里要說(shuō)明的是:這種C-型可坐沉式武器模塊指的是從潛艇上發(fā)射出去后,它可坐沉到海底長(zhǎng)期伺服,并獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)。當(dāng)任務(wù)完成后,該武器模塊可回收進(jìn)發(fā)射艇,或是用打撈艇對(duì)模塊進(jìn)行回收。
采用這種靈活方便的模塊化設(shè)計(jì)方案制造的發(fā)射系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn):① 潛艇執(zhí)行任務(wù)更加靈活,可在任意海區(qū)進(jìn)行發(fā)射或布放武器;②武器裝載更方便,可在碼頭對(duì)艇裝載各種功能模塊;③武器互換更為簡(jiǎn)便,潛艇即便在海上也可方便互換各種武器模塊;④艇內(nèi)無(wú)需再加儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng),武器模塊集成本身已經(jīng)成為一種儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng);⑤艇上無(wú)需裝彈沉箱,各型武器已裝載在作戰(zhàn)或發(fā)射系統(tǒng)模塊內(nèi);⑥艇耐壓殼上無(wú)焊接工作,發(fā)射系統(tǒng)與艇體已集成為一體;⑦艇上無(wú)需武器配重鐵塊,所裝載的武器和有效載荷已成為艇上的配重塊;⑧現(xiàn)役武器皆可整裝集成 (各型魚(yú)雷、“戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈、IDAS及各型水雷);⑨組合式配重鐵塊有望推行,便于對(duì)發(fā)射的武器進(jìn)行配重;⑩ 使武器與反魚(yú)雷對(duì)抗措施(TCM)模塊化成為可能;○11各型甲板式模塊具有良好減震性,增加了武器裝載的安全性;○12可同時(shí)打開(kāi)發(fā)射管的前后管蓋,注水更加暢通和快捷。
一般來(lái)講,潛艇在其耐壓殼內(nèi)需有1套武器貯運(yùn)系統(tǒng)與魚(yú)雷管發(fā)射裝置相配,它可用來(lái)對(duì)各型魚(yú)雷、導(dǎo)彈、水雷、IDAS集成發(fā)射箱 (筒)及專用設(shè)施進(jìn)行貯存、轉(zhuǎn)運(yùn)及裝載。
這套武器貯運(yùn)系統(tǒng)主要由歸屬傳送裝置的各類托架 (板)和既可在水平向,也可在垂直向傳送的推動(dòng)裝置所構(gòu)成。組成整套系統(tǒng)的兩大功能部件對(duì)武器進(jìn)行裝載的工作原理是:由具有垂直及水平轉(zhuǎn)送功能的各種裝置組成的武器裝運(yùn)入口單元組件系統(tǒng)負(fù)責(zé)將要發(fā)射的武器轉(zhuǎn)運(yùn)至魚(yú)雷發(fā)射管端蓋處,再由具有水平縱向傳送功能托架裝置組成的單元組件系統(tǒng)將位于魚(yú)雷發(fā)射管前端的武器入口單元組件托架上的武器逐級(jí)移送進(jìn)魚(yú)雷發(fā)射管內(nèi)。所集成的水平縱向傳送單元組件上的每個(gè)托架皆可完成魚(yú)雷管的武器裝載過(guò)程,并借助跑兔裝置 (見(jiàn)圖6)將武器沿縱向移動(dòng)到托架的尾端,由于魚(yú)雷發(fā)射管與傳送托架間存在一段間距,為跨接這段距離在武器與跑兔裝置間手動(dòng)聯(lián)接了1段推桿。
圖6 跑兔式托盤(pán)Fig.6 Pallet with rabbit
要把武器從潛艇外裝載進(jìn)艇通常有2種不同的辦法,一是對(duì)要裝載的武器從艇首通過(guò)魚(yú)雷管直接裝載進(jìn)魚(yú)雷的貯運(yùn)系統(tǒng) (見(jiàn)圖7);二是通過(guò)以一定傾角伸出到上層甲板外的武器托架對(duì)要裝載的武器承接下來(lái)裝進(jìn)魚(yú)雷發(fā)射管 (見(jiàn)圖8)。
圖7 艇首裝載Fig.7 Bow embarkation
圖8 上層甲板裝載Fig.8 Uppor deck embarkation
本文討論的新型武器貯運(yùn)系統(tǒng)主要是基于德國(guó)214級(jí)艇提出的“武器傳送系統(tǒng)研究與發(fā)展”研發(fā)項(xiàng)目來(lái)論證,其研究目的是要研發(fā)一種新型甲板式托架的武器貯運(yùn)系統(tǒng) (見(jiàn)圖9),該托架傳送單元組件要具有全自動(dòng)的水平縱向與垂直傳送功能,系統(tǒng)可以配備各型常規(guī)艇。
圖9 新一代魚(yú)雷貯運(yùn)系統(tǒng)裝載過(guò)程Fig.9 Loading process of the new qeneration torpedo transport and stowage system
這種新型武器貯運(yùn)系統(tǒng)與現(xiàn)役武器貯運(yùn)系統(tǒng)相比,僅從設(shè)計(jì)層面考慮就提出了更高的要求,即要做到:占用空間及總重量最小化;裝載時(shí)間最優(yōu)化;人機(jī)改良工程化;各型武器使用通用化。
通過(guò)采取下列方案,獲得滿足上述要求的一些求解:創(chuàng)建一種無(wú)需人工操作的自動(dòng)裝載系統(tǒng);貯運(yùn)系統(tǒng)總重約1300 kg/托架 (除去托架重,可大約減少200 kg);適用于口徑483 mm和533 mm的各型武器。
采用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)武器的自動(dòng)裝載過(guò)程 (或稱武器縱向傳送過(guò)程)主要有2個(gè)步驟:①使多級(jí)套筒推桿氣缸移動(dòng)到位;②使推桿傳動(dòng)系統(tǒng)移動(dòng)伸展。
具體工作原理是:首先將多級(jí)套筒氣缸移動(dòng)到要推動(dòng)武器的位置,接下來(lái)將推桿傳動(dòng)系統(tǒng)打開(kāi)并啟動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)。該推桿傳動(dòng)系統(tǒng)除要把武器沿發(fā)射管方向前行推動(dòng)外,還要能自動(dòng)解脫與多級(jí)套筒氣缸的液壓連接。在確保推桿沒(méi)有油壓損失后,推桿傳動(dòng)系統(tǒng)才開(kāi)始所謂的第2步武器傳送移動(dòng),通過(guò)將多級(jí)套筒推桿的逐級(jí)不間斷伸展將武器推送進(jìn)發(fā)射管內(nèi)。這個(gè)工作原理很像1根可伸縮的連桿天線,以這樣的方法即可獲得自動(dòng)化程度更高的1套武器貯運(yùn)系統(tǒng)。
通過(guò)以上的討論及研究,新型魚(yú)雷管模塊式發(fā)射裝置不但要滿足常規(guī)武器發(fā)射,還要滿足特種作戰(zhàn)需求,這是發(fā)射裝置的一個(gè)總體發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)無(wú)論是攻擊型核潛艇、常規(guī)潛艇或是執(zhí)行特種作戰(zhàn)任務(wù)的微型潛艇 (袖珍艇,大排量無(wú)人潛航器)將會(huì)采用模塊化組合方式集成構(gòu)建水下系統(tǒng)作戰(zhàn)平臺(tái),安裝在潛艇耐壓殼外并形成模塊化武器發(fā)射系統(tǒng)的魚(yú)雷發(fā)射裝置將會(huì)滿足不同種類武器的發(fā)射需求,是一種重要的武備系統(tǒng),其發(fā)射的武器包括:水雷、UUV、TCM或IDAS等[5]。將發(fā)射裝置集成安裝在潛艇首部,并與潛艇外殼形成一個(gè)整體,成為艇體結(jié)構(gòu)的一部分,這是發(fā)射裝置設(shè)計(jì)理念的一個(gè)創(chuàng)新。為節(jié)約裝彈時(shí)間,武器采用既可從潛艇上甲板也可從艇首裝載的方式直接將武器裝載進(jìn)發(fā)射裝置內(nèi),以降低對(duì)武器的沖擊。新型武器貯運(yùn)系統(tǒng)是一種發(fā)展模式,實(shí)現(xiàn)多類武器共架、共庫(kù)、共發(fā)射是雷/彈發(fā)射裝置一種發(fā)展趨勢(shì);為節(jié)約潛艇水下發(fā)射裝置的占用空間、改裝費(fèi)用及提高發(fā)射利用率,美、德等國(guó)大力發(fā)展的模塊式、一體式發(fā)射裝置將是未來(lái)發(fā)射系統(tǒng)的基本方向,未來(lái)潛用魚(yú)雷管發(fā)射裝置除能發(fā)射魚(yú)雷、導(dǎo)彈、水雷外,還用來(lái)釋放各型UUV、特種作戰(zhàn)蛙人輸送艇、誘餌、移動(dòng)水聽(tīng)基陣等[6]。
[1]JAMES P.The Better diesel-electric submarine:new option for and new problems of modern non-nuclear subs[J].Naval Force Journal,2010(3):46 -56.
[2]SVEN K.Class 216 -cutting edge technology for long mission profiles[J].Naval Force Journal,2011(S):22 -25.
[3]HELMUT R.New development in weapon tube sets and torpedo transport and stowage systems[J].Naval Force Journal,2011(S):38 -41.
[4]PETER H.Class 210 mod-a future-orientated submarine design[J].Naval Force Journal,2011(S):26-29.
[5]KLAUS E M.Interactive deffence and attack system for submarine(IDAS):new capability for submarine[J].Naval Force Journal,2011(S):29 -31.
[6]ZHONG Hong-wei.Current status of torpedo launching equipment system and key technologies for submarine[Z].Kunming:Torpedo&Launching Editorial Department of The 705 Research Institute of CSIC,2012.