劉建湖，周心桃，潘建強(qiáng)，王海坤

1中國(guó)船舶科學(xué)研究中心，江蘇無(wú)錫2140822中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064

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艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展途徑

劉建湖1，周心桃2，潘建強(qiáng)1，王海坤1

1中國(guó)船舶科學(xué)研究中心，江蘇無(wú)錫214082
2中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064

摘要：抗爆抗沖擊能力是艦艇生命力的重要組成部分，直接影響著艦艇戰(zhàn)斗力的發(fā)揮，是一項(xiàng)影響全艦（艇）綜合性能發(fā)揮的總體能力。與世界先進(jìn)的艦艇相比，我國(guó)艦艇的抗爆抗沖擊能力總體上比較落后，迫切需要全面提高。提高艦艇抗爆抗沖擊能力需要從資源、技術(shù)和管理幾個(gè)方面共同努力，其中技術(shù)提升是非常關(guān)鍵的一環(huán)，而技術(shù)途徑對(duì)于技術(shù)工作的效率和效益具有很大影響。首先，從技術(shù)層面綜述了國(guó)內(nèi)外艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)和能力的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，然后，分析了制約我國(guó)艦艇抗爆抗沖擊水平提升的瓶頸問(wèn)題，根據(jù)工作的輕重緩急程度，給出了提升艦艇抗爆抗沖擊能力的技術(shù)途徑建議，可為艦艇抗爆抗沖擊研究、設(shè)計(jì)與評(píng)估工作提供參考。

關(guān)鍵詞：艦艇；抗爆抗沖擊；易損性；恢復(fù)性；生命力

0　引　言

艦艇生命力的研究一直受到各海軍強(qiáng)國(guó)的重視，多年來(lái)已投入了大量的人力和物力。艦艇生命力是戰(zhàn)斗力的載體和基礎(chǔ)，戰(zhàn)斗力是生命力保障的根本目標(biāo)，兩者雖然存在支撐與被支撐的關(guān)系，但不存在孰輕孰重的問(wèn)題，都是艦艇最重要的標(biāo)志性能力。生命力是戰(zhàn)斗力的基礎(chǔ)和保障，沒(méi)有生命力的支撐，戰(zhàn)斗力就變成無(wú)皮之裘、無(wú)本之木。艦艇生命力主要由3個(gè)方面組成：易擊性（含隱蔽性和武器對(duì)抗性）、易損性和恢復(fù)性。艦艇的易損性和恢復(fù)性均屬艦艇抗爆抗沖擊的范疇，因此艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)是支撐艦艇生命力提升的核心技術(shù)。

隨著我國(guó)海軍戰(zhàn)略向中、遠(yuǎn)海推進(jìn)，艦艇的抗爆抗沖擊性能亟需提升。為了能夠在提升艦艇抗爆抗沖擊能力的過(guò)程中抓住要點(diǎn)、少走彎路、穩(wěn)步發(fā)展，需要掌握艦艇抗爆抗沖擊的現(xiàn)狀，科學(xué)分析技術(shù)瓶頸和能力差距，提出全面提升艦艇抗爆抗沖擊能力的技術(shù)途徑。

1　艦艇抗爆抗沖擊能力的實(shí)戰(zhàn)價(jià)值

從美國(guó)學(xué)者Pusey［1］的觀點(diǎn)來(lái)看，生命力技術(shù)包括23項(xiàng)內(nèi)容，其中有14項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作涉及艦艇結(jié)構(gòu)和設(shè)備的抗爆抗沖擊，主要有打擊致命性評(píng)估、破壞現(xiàn)象、破壞和失效模式、系統(tǒng)的響應(yīng)、損傷數(shù)據(jù)庫(kù)、剩余強(qiáng)度、損傷管制和快速修復(fù)等。

歷史上的歷次海戰(zhàn)戰(zhàn)例可以說(shuō)明艦艇抗爆抗沖擊能力對(duì)于實(shí)戰(zhàn)的價(jià)值。在馬島戰(zhàn)爭(zhēng)中，英國(guó)的“謝菲爾德”號(hào)巡洋艦被一顆“飛魚(yú)”導(dǎo)彈擊中便導(dǎo)致沉沒(méi)。而第二次世界大戰(zhàn)（簡(jiǎn)稱“二戰(zhàn)”）中美國(guó)一艘叫做“拉菲”的軍艦，排水量只有3 200 t，在沖繩海戰(zhàn)中被日本的4枚炸彈和5架裝滿炸彈的“神風(fēng)”飛機(jī)擊中，卻并沒(méi)有造成致命的傷害，順利返回軍港［2］，顯示出了艦艇抗打擊能力的極端重要性。自20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，美國(guó)共有5艘軍艦在波斯灣沖突和“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)中遭受到各種不同現(xiàn)代化武器的攻擊，其中“斯塔克”號(hào)（FFG31）被反艦導(dǎo)彈擊中，“塞繆爾”號(hào)（FFG58型）、“特里波里”號(hào)（LPH10）和“普林斯頓”號(hào)（CG59）、“科爾”號(hào)分別被水雷、魚(yú)雷和恐怖小艇擊中（圖1），都沒(méi)有造成致命的傷害，顯示出了美國(guó)軍艦較強(qiáng)的抗打擊能力。

美國(guó)軍艦之所以具有較強(qiáng)的抗打擊能力，與美國(guó)自上世紀(jì)40年代以來(lái)利用在二戰(zhàn)、越南戰(zhàn)爭(zhēng)、海灣戰(zhàn)爭(zhēng)和“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)中積累的大量實(shí)戰(zhàn)資料和試驗(yàn)資料，始終不渝地堅(jiān)持艦艇生命力的研究有著直接的關(guān)系。

圖1舷側(cè)被炸后的破口Fig.1 The damaged ship hull after struck

二戰(zhàn)以后，為提高海軍裝備的戰(zhàn)斗力和生命力，美、俄、英、德、荷、意等國(guó)家投入大量人力、物力和財(cái)力，對(duì)爆炸與防護(hù)技術(shù)的各關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行了系統(tǒng)性的理論和試驗(yàn)研究，包括大量常規(guī)水中兵器的實(shí)船水下爆炸試驗(yàn)。此外，美國(guó)還對(duì)二戰(zhàn)繳獲的軸心國(guó)的300多艘水面艦船和潛艇進(jìn)行了“面包師”、“比基尼島”等多次核武器爆炸試驗(yàn)，以研究核爆炸對(duì)艦艇的毀傷效應(yīng)。長(zhǎng)期以來(lái)，北大西洋公約組織（NATO）大約每?jī)赡昃鸵M(jìn)行一次實(shí)船聯(lián)合水下爆炸試驗(yàn)。美國(guó)每研制一新型艦艇，均會(huì)實(shí)施大量的各種尺度的模型爆炸試驗(yàn)，以驗(yàn)證其抗爆抗沖擊措施的有效性和先進(jìn)性，最后，其首制艦均須進(jìn)行系列水下爆炸考核，合格后方能服役，不合格的則必須改進(jìn)直至達(dá)到抗爆抗沖擊要求，并在整個(gè)型號(hào)內(nèi)更改固化。該要求己列入美國(guó)的國(guó)家規(guī)范［3］。

20世紀(jì)80年代，美國(guó)海軍為了加強(qiáng)艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)的研究，充分利用相關(guān)方面的資料和信息成立了沖擊與振動(dòng)信息分析中心［1］。其功能是收集實(shí)戰(zhàn)中和科研中有關(guān)爆炸、沖擊與振動(dòng)的信息資料以便向各有關(guān)從事生命力研究的單位提供服務(wù)，同時(shí)建立艦艇生命力數(shù)據(jù)庫(kù)。

同時(shí)，在美國(guó)的退役航空母艦（簡(jiǎn)稱“航母”）中，除少量用作博物館以外，其他幾乎全部作為爆炸試驗(yàn)的靶船，以驗(yàn)證新技術(shù)和新武器的效果，積累爆炸試驗(yàn)數(shù)據(jù)。2005年，“小鷹”級(jí)航母“美國(guó)”號(hào)退役后作為靶船，進(jìn)行了魚(yú)雷、巡航導(dǎo)彈和自殺性小艇等各種武器打擊下的損傷、火災(zāi)控制等專項(xiàng)試驗(yàn)（圖2），最終，炸沉于大西洋。

圖2美國(guó)航母開(kāi)展的實(shí)船爆炸試驗(yàn)Fig.2　 Aircraft carriers are tested with explosion in America

2　國(guó)外艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)水平現(xiàn)狀

2.1國(guó)外艦艇抗爆抗沖擊的整體水平和趨勢(shì)

通過(guò)系統(tǒng)性的理論和試驗(yàn)工作，目前，以美國(guó)為代表的西方國(guó)家已經(jīng)形成了比較系統(tǒng)的爆炸與沖擊防護(hù)技術(shù)體系，并在此基礎(chǔ)上形成了比較完整的艦艇結(jié)構(gòu)/設(shè)備抗爆抗沖擊設(shè)計(jì)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)體系。

美國(guó)海軍裝備代表了國(guó)際上最高水準(zhǔn)，其總體技術(shù)水平為：水面艦船能夠承受龍骨沖擊因子為0.66的水下非接觸爆炸攻擊而保持完全戰(zhàn)斗力；潛艇能夠承受殼板沖擊因子為1.32的水下非接觸爆炸攻擊而保持完全戰(zhàn)斗力；航母能夠承受14枚魚(yú)雷的水下接觸爆炸而不沉；大型水面艦?zāi)艹惺?枚魚(yú)雷的水下接觸爆炸而不沉，承受3枚對(duì)艦巡航導(dǎo)彈的攻擊后仍然能保持機(jī)動(dòng)能力。另外，美國(guó)航母抗導(dǎo)彈打擊的能力尚無(wú)準(zhǔn)確的指標(biāo)數(shù)據(jù)，但美國(guó)航母的一次事故可以說(shuō)明其抗導(dǎo)彈爆炸的能力。美國(guó)“企業(yè)”號(hào)核動(dòng)力航母在1969年承受了9枚導(dǎo)彈爆炸的嚴(yán)重后果，經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)的損傷管制處理，恢復(fù)了除飛機(jī)起降以外的全部功能。這件事間接說(shuō)明美國(guó)航母抗導(dǎo)彈打擊的能力非常強(qiáng)。

2.2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

自上世紀(jì)80年代以來(lái)，美國(guó)多家海軍研究機(jī)構(gòu)對(duì)艦艇的抗爆抗沖擊進(jìn)行了極其廣泛、深入的研究，將艦艇的整船生命力指標(biāo)提高到了與戰(zhàn)斗力指標(biāo)同等重要的地位，從艦艇概念設(shè)計(jì)時(shí)就貫徹到艦艇設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，并就生命力問(wèn)題建立了很多規(guī)范和指導(dǎo)性文件。規(guī)范有：MIL-STD-2072，MIL-STD-2072（AS），MIL-STD-1629A，MIL-STD-2089和MIL-STD-2069等。指導(dǎo)性文件有：NAVMAT Instruction 3920.4A，DODINST 5000.2，NAVMAT Instruction 3900.16，OPNAV Instruction 9070.1/9072.2和NAVSEA 0908-LP- 000-3010（REV-1）等。艦艇設(shè)備沖擊與振動(dòng)考核試驗(yàn)方法有：MIL-S-901D，MIL-STD-810G，MIL-STD-798，MIL-DTL-28840 和MIL-STD- 167A系列等。由于照顧到北約國(guó)家之間的差異，北約頒布的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在條款執(zhí)行的嚴(yán)格性方面留了很多操作空間，不如美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。以德國(guó)為代表的西歐國(guó)家也十分重視艦艇抗沖擊規(guī)范工作，于上世紀(jì)80年代制定了BV043/85標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范艦艇抗爆抗沖擊試驗(yàn)和評(píng)估工作。英國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)有英國(guó)國(guó)防標(biāo)準(zhǔn)軍用品的環(huán)境試驗(yàn)—機(jī)械試驗(yàn)DEF STAN 07-55、沖擊手冊(cè)BR3021及英國(guó)皇家海軍船用設(shè)備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)RNBASP1274/76等。

2.3緊跟新型號(hào)/結(jié)構(gòu)/設(shè)備開(kāi)展抗爆抗沖擊研究

西方海軍強(qiáng)國(guó)經(jīng)過(guò)二戰(zhàn)的技術(shù)積累以及戰(zhàn)后70年的研究發(fā)展，有關(guān)傳統(tǒng)的船型結(jié)構(gòu)和設(shè)備的抗爆抗沖擊技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但隨著艦艇新型號(hào)的研發(fā)、新裝備的研制以及新材料的應(yīng)用，又帶來(lái)了一些新的抗爆抗沖擊問(wèn)題需要加以解決。近期，主要研究的新問(wèn)題包括：

1）先進(jìn)的雙層船體（Advanced Double Hull，ADH）概念研究［4］。雙層船體由縱向板梁連接內(nèi)殼、外殼而成，該結(jié)構(gòu)形式顯著增強(qiáng)了船體抵抗海洋載荷和武器打擊的能力（圖3）。

圖3 ADH結(jié)構(gòu)爆炸試驗(yàn)［4］Fig.3　 Explosion test of ADH concept［4］

2）玻璃鋼船體結(jié)構(gòu)的抗爆研究［5］。研究?jī)?nèi)容既包括主船體結(jié)構(gòu)，也包括上層建筑結(jié)構(gòu)（圖4）。

圖4復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的空爆、沖擊試驗(yàn)［5］Fig.4　 Blast and shock tests of composite structures［5］

3）玻璃鋼與鋼的混合船體概念［6-7］。圖5所示的試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，混合船體將鞭狀響應(yīng)降低了30%～40%，從而顯著提升了生命力。

圖5鋼與復(fù)合材料混合船體的水下爆炸鞭狀響應(yīng)比較［6-7］Fig.5　 Comparing the whipping responses of a hybrid hull with the steel hull to UNDEX［6-7］

4）艦艇集成模塊桅桿（Integrated Modular Mast，IMM）抗爆抗沖擊［8］。該桅桿結(jié)構(gòu)集成了設(shè)備儀表、傳感器和天線等，開(kāi)展了包括空中爆炸、破片和水下爆炸的損傷研究及沖擊環(huán)境分析與防護(hù)設(shè)計(jì)（圖6）。

圖6為RNLN巡邏船設(shè)計(jì)的集成桅桿［8］Fig.6 IMM for RNLN patrol ship［8］

5）箱型縱桁和雙層艙壁結(jié)構(gòu)抗爆研究。F124型護(hù)衛(wèi)艦上裝有3根首尾相連的縱向箱型梁和6道雙層水密橫艙壁，這種采用箱型梁和雙層水密艙壁的構(gòu)造使船體結(jié)構(gòu)具備了更好的抗爆能力。

6）模塊化舷側(cè)導(dǎo)彈垂直發(fā)射系統(tǒng)對(duì)艦艇抗爆性能的影響［9］。據(jù)稱，這樣的設(shè)計(jì)可以保護(hù)艦艇內(nèi)部艙室和設(shè)備，即使導(dǎo)彈在舷側(cè)引爆造成外部結(jié)構(gòu)破壞，也不會(huì)影響到內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，同時(shí)，也可大幅減小進(jìn)水體積，從而提高剩余浮力和強(qiáng)度，提高生命力（圖7）。

圖7 DDG-1000驅(qū)逐艦及其導(dǎo)彈垂直發(fā)射系統(tǒng)［9］Fig.7　 DDG-1000 destroyer and its missile vertical launching system［9］

7）多體船抗爆特性研究［10］。小水線面雙體船、側(cè)壁式氣墊船和多體船的爆炸動(dòng)響應(yīng)及其損傷特性與傳統(tǒng)的單體船存在很大的差異，因此開(kāi)展了系統(tǒng)的研究。

8）復(fù)合材料混合結(jié)構(gòu)泵噴推進(jìn)器和舵的抗爆研究［11］。圖8所示為英國(guó)“機(jī)敏”級(jí)潛艇的泵噴推進(jìn)器。

圖8英國(guó)“機(jī)敏”級(jí)潛艇泵噴推進(jìn)器［11］Fig.8　 The pump jet propulsor of Astute submarine［11］

2.4技術(shù)發(fā)展水平和趨勢(shì)

到目前為止，美國(guó)在艦艇設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了基于經(jīng)驗(yàn)的工程化設(shè)備和系統(tǒng)失效判斷法、毀傷體積法，并基于隨機(jī)理論和數(shù)值計(jì)算評(píng)估方法等3種手段進(jìn)行了抗爆性能評(píng)估，在交船（艇）時(shí)采用實(shí)射試驗(yàn)和評(píng)估方法（Live Fire Test and Evaluation，LFT&E）。實(shí)射試驗(yàn)評(píng)估是一個(gè)將試驗(yàn)、工程分析和仿真計(jì)算結(jié)合在一起進(jìn)行艦艇生命力評(píng)估的有效方法［12］，其目的是在小批量生產(chǎn)之前糾正或彌補(bǔ)通過(guò)測(cè)試評(píng)估所發(fā)現(xiàn)的抗爆抗沖擊方面的設(shè)計(jì)缺陷。實(shí)射試驗(yàn)項(xiàng)目一般包括交付的裝備試驗(yàn)和替代物試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和部分仿真結(jié)果開(kāi)展裝備的抗爆抗沖擊能力與生命力的評(píng)定。

在世界海軍強(qiáng)國(guó)的艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)中，符合性考核仍然以模擬實(shí)際沖擊環(huán)境的試驗(yàn)考核為主，以實(shí)船試驗(yàn)、整機(jī)試驗(yàn)、分機(jī)試驗(yàn)和零部件試驗(yàn)的體系保證艦艇結(jié)構(gòu)與設(shè)備的抗爆抗沖擊性能。同時(shí)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算力學(xué)的最新成果，開(kāi)發(fā)高性能計(jì)算軟件，提升艦艇抗爆抗沖擊的分析和預(yù)報(bào)水平。代表性的成果是水下爆炸沖擊分析程序（USA）和液固氣瞬態(tài)相互作用分析軟件（DYSMAS）。另外，在測(cè)量技術(shù)上，與艦艇抗爆抗沖擊相關(guān)的電測(cè)和光學(xué)測(cè)量的探頭與二次儀表向高精度、高可靠性及強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性方向發(fā)展。

2.5技術(shù)基礎(chǔ)和能力的發(fā)展趨勢(shì)

美國(guó)等海軍發(fā)達(dá)國(guó)家的艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)高的水平，這與其長(zhǎng)期重視基礎(chǔ)性的工作密不可分。美國(guó)自二戰(zhàn)以來(lái)，對(duì)每一艘被攻擊或試驗(yàn)受損的艦艇均仔細(xì)勘驗(yàn)受損情況，分析損傷得嚴(yán)重或不嚴(yán)重的原因，提出改進(jìn)建議，其以這種方式積累了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并形成了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、動(dòng)態(tài)斷裂力學(xué)和多場(chǎng)耦合力學(xué)等基礎(chǔ)理論方面也開(kāi)展了大量工作，支撐著艦艇抗爆抗沖擊力學(xué)向前發(fā)展。目前的研究熱點(diǎn)有：

1）專為海軍增強(qiáng)的Sierra力學(xué)軟件（Navy Enhanced Sierra Mechanics，NESM）。

這是一款專為海軍設(shè)計(jì)的、基于Sierra計(jì)算方式的多場(chǎng)耦合力學(xué)分析軟件，與現(xiàn)有的流固耦合分析軟件相比，它具有分布式網(wǎng)格管理、場(chǎng)管理和力學(xué)算法等獨(dú)特的功能，適用于爆炸產(chǎn)物、周圍介質(zhì)與結(jié)構(gòu)的相互作用。美國(guó)試圖在開(kāi)發(fā)該軟件后部分替代物理實(shí)驗(yàn)，目前，正在進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試與考核。

2）近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)（Peridynamics）。

美歐正在努力將近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用于艦艇抗爆抗沖擊分析之中。近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)是一種適于分析不連續(xù)變形，尤其是斷裂的一種連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，它基于空間積分方程描述物質(zhì)的力學(xué)行為，而不是采用通常的微分方程，避免了在處理不連續(xù)問(wèn)題時(shí)的奇異性。該方法在研究結(jié)構(gòu)爆炸沖擊斷裂擴(kuò)展以及結(jié)構(gòu)的失效方面具有良好的應(yīng)用前景。

3）焊接工藝對(duì)沖擊強(qiáng)度的影響。

船用鋼、鋁合金是船（艇）體結(jié)構(gòu)的常用材料，其焊接后的結(jié)構(gòu)，尤其在焊接熱影響區(qū)，沖擊強(qiáng)度下降將直接影響這個(gè)結(jié)構(gòu)的抗爆抗沖擊性能。美國(guó)近期在焊接工藝參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)爆炸的影響方面開(kāi)展了系統(tǒng)的研究，以期獲得優(yōu)化的焊接參數(shù)，提高加工工藝水平。

4）電子元器件抗沖擊計(jì)算和試驗(yàn)?zāi)M。

全艦所有的信息和絕大部分控制活動(dòng)均由電子元器件承擔(dān)，其抗沖擊設(shè)計(jì)及考核是艦艇抗爆抗沖擊工作的重要組成部分。由于電子元器件和組件多種多樣，新結(jié)構(gòu)和新材料的應(yīng)用一日千里，故給抗沖擊試驗(yàn)?zāi)M提出了新的技術(shù)需求；另外，其在艦艇上的安裝位置千差萬(wàn)別，其沖擊載荷的確定也非易事。因此，國(guó)際上對(duì)于電子元器件抗沖擊計(jì)算和試驗(yàn)?zāi)M持續(xù)給予了大量的人力和物力的投入，以滿足艦艇總體抗爆抗沖擊設(shè)計(jì)研究的要求。

5）試驗(yàn)和測(cè)量能力。

目前，美國(guó)進(jìn)行實(shí)船爆炸試驗(yàn)時(shí)各類參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)試通道達(dá)到了2 000多個(gè)；在設(shè)備沖擊試驗(yàn)考核方面，建立了涵蓋潛艇和水面艦船的完整體系，水面艦船安裝設(shè)備的考核重量達(dá)到181 t，潛艇設(shè)備的考核重量達(dá)到300 t。在測(cè)量技術(shù)方面，形成了完整的爆炸壓力、應(yīng)變和加速度的電測(cè)與光測(cè)系統(tǒng)，基本滿足了艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)的發(fā)展需求。目前，正在大力開(kāi)展3D-DIC動(dòng)態(tài)位移場(chǎng)測(cè)量、動(dòng)態(tài)數(shù)字散斑法、超高速光纖應(yīng)變測(cè)量和高速多普勒速度測(cè)量等技術(shù)的研究，以進(jìn)一步提高強(qiáng)爆炸嚴(yán)酷環(huán)境條件下結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)的測(cè)量。

2.6艦艇抗沖擊技術(shù)活動(dòng)與組織

作為世界上最強(qiáng)的軍事大國(guó)，美國(guó)非常重視水下爆炸與防護(hù)技術(shù)的研究工作。自1947年以來(lái)，共進(jìn)行了85屆沖擊與振動(dòng)學(xué)術(shù)交流會(huì)，現(xiàn)在每年舉辦一次，參會(huì)的有來(lái)自美國(guó)本土、歐洲、亞洲和大洋洲的人員，進(jìn)行超過(guò)200篇論文的交流。另外，每年還開(kāi)辦5場(chǎng)以上的專題培訓(xùn)，以普及基本概念、抗沖擊設(shè)計(jì)和試驗(yàn)考核等專業(yè)知識(shí)為主，提升行業(yè)的整體認(rèn)識(shí)水平和技術(shù)。目前，這項(xiàng)工作由美國(guó)沖擊與振動(dòng)交流中心（Shock and vibration exchange）負(fù)責(zé)運(yùn)作，該中心掛靠在專門(mén)從事艦艇抗爆抗沖擊試驗(yàn)研究、不隸屬于軍方的高沖擊測(cè)試實(shí)驗(yàn)室（High Test Laboratory，HTL）。另外，美國(guó)水面武器研究中心的水下爆炸研究分部（Underwater explosion research division）也是重要的研究力量之一，一直在持續(xù)開(kāi)展水下爆炸高效毀傷機(jī)理、水中艦艇目標(biāo)易損性及毀傷評(píng)估、試驗(yàn)方法、測(cè)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等的研究。在該分部的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和技術(shù)推動(dòng)下，完成了水下爆炸與防護(hù)技術(shù)理論體系工作，完成了航母、核潛艇、大型驅(qū)逐艦的所有海上實(shí)船爆炸試驗(yàn)，建立了系統(tǒng)、全面的艦船易損性數(shù)據(jù)庫(kù)，有力地推動(dòng)了美國(guó)海軍裝備的創(chuàng)新發(fā)展。同時(shí)，美國(guó)麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)伯克利分校、伊利諾伊大學(xué)香檳分校、密西根安娜堡大學(xué)、西北大學(xué)、羅德島大學(xué)和海軍研究生院等高校也均在從事艦艇抗爆抗沖擊的研究工作［13-14］。美國(guó)海軍作戰(zhàn)部長(zhǎng)是艦艇抗爆抗沖擊的責(zé)任人，艦艇特性和改進(jìn)委員會(huì)是艦艇抗爆抗沖擊工作的執(zhí)行與支撐機(jī)構(gòu)。

英國(guó)、澳大利亞、俄羅斯、德國(guó)、印度、加拿大、韓國(guó)、意大利和荷蘭等國(guó)家均建有專門(mén)的艦艇抗爆抗沖擊研究機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)水下爆炸技術(shù)發(fā)展規(guī)劃、重大基礎(chǔ)試驗(yàn)研究設(shè)施建設(shè)、專用測(cè)試技術(shù)研究、應(yīng)用技術(shù)研究、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的制定以及重大試驗(yàn)研究項(xiàng)目的實(shí)施［15-16］。

3　國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀以及與國(guó)際先進(jìn)水平的差距分析

我國(guó)艦艇的抗爆抗沖擊能力與國(guó)際先進(jìn)水平有著較大差距，主要表現(xiàn)在艦艇的總體抗爆抗沖擊水平比較低。在抗非接觸爆炸方面，設(shè)備的抗沖擊能力良莠不齊，整體抗爆能力不清，尤其在潛艇方面；在抗空中和水下接觸爆炸方面，開(kāi)展的研究更少，技術(shù)比較落后。

3.1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

我國(guó)艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)研究起步晚、累計(jì)投入少，跟蹤多、創(chuàng)新少，應(yīng)用多、基礎(chǔ)少，計(jì)算多、試驗(yàn)少，導(dǎo)致我國(guó)艦艇抗爆抗沖擊性能與西方軍事強(qiáng)國(guó)相比差距較大。雖然通過(guò)幾十年的追趕，目前我國(guó)艦艇抗爆抗沖擊能力已有一定的提升，但仍處于整體落后的局面。

以水面艦船抗爆性能為例，2007年，對(duì)一艘退役艦進(jìn)行了實(shí)船水下爆炸試驗(yàn)，該艦的抗爆水平具有一定的代表性。試驗(yàn)表明，該艦在龍骨沖擊因子很小時(shí)即出現(xiàn)輕微破壞、管道斷裂漏水、照明燈熄滅；當(dāng)龍骨沖擊因子適當(dāng)加大后，即出現(xiàn)中等程度破壞，自動(dòng)操舵系統(tǒng)和導(dǎo)航電子設(shè)備部分失效，通海閥漏水，配電板漏電起火；當(dāng)龍骨沖擊因子較大時(shí)，出現(xiàn)了較嚴(yán)重的破壞，動(dòng)力設(shè)備的減振元器件大量破壞、通海閥嚴(yán)重破壞、推進(jìn)軸卡死、全艦失電。而美國(guó)和歐洲均要求全艦在龍骨沖擊因子為0.66時(shí)尚能確保執(zhí)行全部作戰(zhàn)任務(wù)。因此，我國(guó)水面艦船抗爆的工程總體水平估計(jì)與美歐上世紀(jì)60年代相當(dāng)，部分單項(xiàng)技術(shù)達(dá)到美歐上世紀(jì)90年代水平。但由于整體上全艦（艇）抗爆的系統(tǒng)性和均衡性較差，不同設(shè)備的抗沖擊能力良莠不齊：新研設(shè)備雖然提高了抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)，選用設(shè)備仍然保持較低的抗沖擊能力，從而導(dǎo)致艦艇整體抗爆性能不高。此外，我國(guó)潛艇從未進(jìn)行過(guò)實(shí)艇水下爆炸試驗(yàn)，整體的抗爆抗沖擊能力更不見(jiàn)底。而美國(guó)潛艇的抗爆要求比水面艦更高，估計(jì)差距更大。

3.2基礎(chǔ)和能力差距

艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)體系應(yīng)當(dāng)包含技術(shù)基礎(chǔ)、應(yīng)用技術(shù)、試驗(yàn)與評(píng)估技術(shù)、工程開(kāi)發(fā)和驗(yàn)收評(píng)估等方面。目前，我國(guó)在艦艇抗爆抗沖擊的基礎(chǔ)研究方面，能全面跟蹤國(guó)際上先進(jìn)的爆轟理論、沖擊波理論、流固耦合理論、材料動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系和結(jié)構(gòu)彈塑性理論的研究進(jìn)展，全面掌握了國(guó)際動(dòng)態(tài)。在跟蹤國(guó)外先進(jìn)理論的基礎(chǔ)上，已經(jīng)具備在基礎(chǔ)理論領(lǐng)域自我創(chuàng)新的能力，目前已發(fā)展了三維水彈性理論、沖擊波在自由面和底部傳播的非線性理論、炸藥能量輸出結(jié)構(gòu)控制理論、聲學(xué)雙重漸近方法、朱—王—唐本構(gòu)關(guān)系等一批具有創(chuàng)新性的理論，與國(guó)外先進(jìn)水平的差距相對(duì)較小。但在理論方法的集成形成商用化計(jì)算軟件方面差距卻非常大，廣泛使用的商用軟件都是國(guó)外的，缺乏自己的基礎(chǔ)計(jì)算平臺(tái)，制約了在計(jì)算方法和技術(shù)上的進(jìn)一步發(fā)展。在艦艇抗爆抗沖擊試驗(yàn)方面，已擁有了一系列的試驗(yàn)研究和考核設(shè)備，如各型沖擊機(jī)、浮動(dòng)沖擊平臺(tái)等，但試驗(yàn)考核能力還不如國(guó)外。我國(guó)艦艇裝艦設(shè)備的試驗(yàn)考核能力只能做到50 t重的設(shè)備，美國(guó)已達(dá)到300 t，并且各家單位的試驗(yàn)考核的沖擊烈度也不一致。另外，雖然設(shè)備的抗沖擊計(jì)算都在開(kāi)展，但計(jì)算結(jié)果的可靠性也不夠，從而極大地制約了我國(guó)艦艇抗爆抗沖擊水平的提升。

3.3經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新的差距

我國(guó)的海軍艦艇沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)大規(guī)模的海戰(zhàn)，爆炸試驗(yàn)也開(kāi)展得不多，因此經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)積累與海軍強(qiáng)國(guó)相比差距很大。國(guó)內(nèi)雖然具備了進(jìn)行理論創(chuàng)新的能力和理論基礎(chǔ)，但是創(chuàng)新的面還比較窄，大多數(shù)的基礎(chǔ)理論還是沿用國(guó)外的理論成果，理論創(chuàng)新的深度和廣度與先進(jìn)國(guó)家相比有較大的差距。

3.4技術(shù)普及和培訓(xùn)差距

我國(guó)艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)體系的基礎(chǔ)比較薄弱，在組織上缺乏責(zé)任人和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)艦艇抗爆抗沖擊工作的長(zhǎng)期性和艱巨性認(rèn)識(shí)不足，科研經(jīng)費(fèi)投入有限，并且由于沒(méi)有共享的信息平臺(tái)，低水平重復(fù)的研究工作也很多，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。另很多從業(yè)人員并未經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，對(duì)艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)的一些基本概念并不清晰，致使有限經(jīng)費(fèi)的使用效率大打折扣。

3.5技術(shù)開(kāi)發(fā)和工程應(yīng)用差距

我國(guó)在新型綠色環(huán)保試驗(yàn)技術(shù)、新船型技術(shù)抗爆問(wèn)題、新型裝備（如各種先進(jìn)推進(jìn)設(shè)備）的抗沖擊問(wèn)題、新型抗爆防護(hù)結(jié)構(gòu)（如箱型梁、雙層船體雙層艙壁）的研究與設(shè)計(jì)、一體化集成上層建筑研究與設(shè)計(jì)及新型抗爆材料的研究等方面，與國(guó)外存在著較大差距。在工程應(yīng)用方面，由于研究成果的有效性沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的試驗(yàn)考核和評(píng)估，很多技術(shù)在產(chǎn)品上得不到應(yīng)用。

4　艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)的結(jié)構(gòu)分析

4.1艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)的構(gòu)成

1）艦艇抗爆抗沖擊總體技術(shù)。

該技術(shù)用于從總體上提出艦艇抗爆抗沖擊要求、指標(biāo)分配方案，為總體設(shè)計(jì)和評(píng)估提供方法、工具和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括艦艇抗爆抗沖擊指標(biāo)論證、分配與評(píng)估技術(shù)、總體布置優(yōu)化和冗余設(shè)計(jì)技術(shù)、損傷管制技術(shù)、抗爆分艙設(shè)計(jì)技術(shù)、其他總體性能的兼容與權(quán)衡設(shè)計(jì)技術(shù)以及新技術(shù)應(yīng)用的費(fèi)效評(píng)估技術(shù)。

2）艦艇爆炸載荷預(yù)報(bào)技術(shù)。

該技術(shù)為艦艇在核/常規(guī)武器水下爆炸和空中爆炸以及常規(guī)武器艙內(nèi)爆炸攻擊下爆炸載荷的確定提供預(yù)報(bào)方法、工具和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括核武器水下/空中爆炸沖擊波預(yù)報(bào)技術(shù)、核武器水下爆炸引起的水波預(yù)報(bào)技術(shù)、常規(guī)武器水下爆炸氣泡載荷預(yù)報(bào)技術(shù)、瞬態(tài)流固耦合分析技術(shù)、沖擊波在結(jié)構(gòu)表面的繞射技術(shù)、沖擊波在實(shí)際海洋環(huán)境下的傳播分析技術(shù)、爆炸載荷試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)等。

3）結(jié)構(gòu)抗爆防護(hù)技術(shù)。

該技術(shù)為艦艇結(jié)構(gòu)的抗爆強(qiáng)化、提高結(jié)構(gòu)抗爆防護(hù)效率提供方法、工具和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括結(jié)構(gòu)爆炸損傷評(píng)估技術(shù)、防護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)型/設(shè)計(jì)與評(píng)估技術(shù)、典型結(jié)構(gòu)爆炸沖擊破壞模式和判據(jù)研究、艙室防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、結(jié)構(gòu)爆炸動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)與測(cè)量技術(shù)等。

4）艦艇設(shè)備和人員抗沖擊技術(shù)。

為強(qiáng)化艦艇設(shè)備（包括管路）的抗沖擊能力，提高對(duì)設(shè)備和人員的沖擊防護(hù)能力提供方法、工具和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備抗沖擊設(shè)計(jì)與評(píng)估技術(shù)、設(shè)備沖擊防護(hù)技術(shù)、設(shè)備沖擊環(huán)境預(yù)報(bào)和控制技術(shù)、人員沖擊損傷模式和判據(jù)、沖擊防護(hù)元器件技術(shù)、設(shè)備沖擊考核試驗(yàn)與測(cè)量技術(shù)等。

4.2技術(shù)的輸入

艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力在于提升艦艇在高水平實(shí)戰(zhàn)對(duì)抗條件下的生命力需求，艦艇新船型、新裝備的產(chǎn)品升級(jí)換代不斷對(duì)艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)提出新的需求；同時(shí)，材料學(xué)、力學(xué)、測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展，以及新材料、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用為本技術(shù)的發(fā)展提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

4.3技術(shù)的輸出

艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)的輸出是建立艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)體系和能力，包括設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)判據(jù)、評(píng)估方法、試驗(yàn)和考核方法、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)；應(yīng)用這些技術(shù)和能力解決實(shí)際工程問(wèn)題，在開(kāi)發(fā)出高抗爆抗沖擊能力的艦艇產(chǎn)品的同時(shí)進(jìn)一步提出提高技術(shù)及裝備水平的基礎(chǔ)問(wèn)題，以滿足不斷增長(zhǎng)的實(shí)戰(zhàn)對(duì)性能的需求。艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)的輸入輸出結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)的輸入輸出結(jié)構(gòu)Fig.9　 The makeup of input and output of naval ships anti-explosion and shock technology

5　瓶頸分析

5.1結(jié)構(gòu)接觸爆炸防護(hù)設(shè)計(jì)與評(píng)估

艦艇無(wú)論是被空中還是水中兵器攻擊下的接觸爆炸損傷，其結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理均十分復(fù)雜，不僅涉及到爆炸的損傷效應(yīng)評(píng)估，還涉及到如何應(yīng)用結(jié)構(gòu)、空間及質(zhì)量等資源，使接觸爆炸產(chǎn)生的破壞效應(yīng)降低到最小。我國(guó)在這方面的技術(shù)非常薄弱，迫切需要發(fā)展艦艇在空中和水下接觸爆炸作用下的防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與評(píng)估技術(shù)。制約結(jié)構(gòu)抗接觸爆炸防護(hù)設(shè)計(jì)與評(píng)估的關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)在：高強(qiáng)載荷測(cè)量技術(shù)、多層次爆炸載荷耗散技術(shù)和多模式結(jié)構(gòu)毀傷分析技術(shù)、結(jié)構(gòu)爆炸損傷判據(jù)等。

5.2結(jié)構(gòu)抗導(dǎo)彈穿透設(shè)計(jì)與評(píng)估

由于艦船水上部分的重量受到嚴(yán)格限制，現(xiàn)代艦船要使用傳統(tǒng)的厚裝甲來(lái)防護(hù)對(duì)艦導(dǎo)彈的穿透在重量上是難以承受的。而大型水面艦船的關(guān)鍵艙室又必須要具備對(duì)導(dǎo)彈的防護(hù)能力，一旦導(dǎo)彈在關(guān)鍵艙室爆炸，后果不堪設(shè)想。因此，必須尋找新的防護(hù)方式，綜合利用結(jié)構(gòu)的不均勻性和空間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)彈穿透的防護(hù)。這項(xiàng)技術(shù)涉及到多種結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論，以及多結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)防護(hù)效果的影響規(guī)律等難題，而國(guó)內(nèi)對(duì)于這項(xiàng)工作的研究還基本空白，是大型艦船重要艙室防護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。

5.3軸系抗沖擊設(shè)計(jì)與評(píng)估

軸系是艦艇動(dòng)力系統(tǒng)的重要組成部分，軸系的沖擊安全性直接關(guān)系到艦艇動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性和安全性，是艦艇生命力的重要組成部分。國(guó)內(nèi)在一系列實(shí)船水下爆炸試驗(yàn)中，多次出現(xiàn)爆炸距離較遠(yuǎn)、大部分設(shè)備工作正常，而推進(jìn)軸系卡死的現(xiàn)象，使艦艇無(wú)法機(jī)動(dòng)，導(dǎo)致艦艇基本喪失戰(zhàn)斗力。由于軸系難以實(shí)現(xiàn)沖擊載荷的隔離和防護(hù)，成為艦艇抗爆安全性的薄弱環(huán)節(jié)，必須引起足夠的重視而予以提高。軸系抗沖擊問(wèn)題極其復(fù)雜，涉及到多點(diǎn)沖擊輸入環(huán)境、滑動(dòng)軸承沖擊特性、軸系—軸承—支撐結(jié)構(gòu)彈塑性耦合響應(yīng)、沖擊破壞判據(jù)、軸系—軸承座—艙壁—設(shè)備基座之間的強(qiáng)度和剛度匹配性設(shè)計(jì)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，國(guó)內(nèi)在軸系的抗沖擊設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和裝艦前的試驗(yàn)考核等方面還缺乏有效的手段，導(dǎo)致軸系抗沖擊技術(shù)水平不高。

5.4結(jié)構(gòu)抗艙內(nèi)爆炸設(shè)計(jì)與評(píng)估

導(dǎo)彈穿透舷側(cè)外板后在艦艇艙內(nèi)爆炸，會(huì)產(chǎn)生沖擊波、破片和準(zhǔn)靜態(tài)壓力等多種載荷，造成艦艇的大面積嚴(yán)重破壞，是艦艇艙室結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。但目前對(duì)于這方面的研究很少，尤其是對(duì)于艙內(nèi)爆炸載荷以及艙室結(jié)構(gòu)的破壞模式、抗爆結(jié)構(gòu)強(qiáng)化等方面的研究還鮮有高水平、可靠的創(chuàng)新性成果可供應(yīng)用，嚴(yán)重影響艦艇抗艙內(nèi)爆炸水平的提高。

5.5重大設(shè)備抗爆抗沖擊設(shè)計(jì)與評(píng)估

艦艇上的重大設(shè)備一般是與動(dòng)力和武器相關(guān)的大型設(shè)備，如核動(dòng)力裝置、燃?xì)廨啓C(jī)、導(dǎo)彈發(fā)射裝置、艦炮和大型雷達(dá)等，這些設(shè)備均是體現(xiàn)艦艇生命力和戰(zhàn)斗力的核心設(shè)備，一旦失效就會(huì)產(chǎn)生極大的影響。而這些設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及在爆炸沖擊條件下的損傷機(jī)理均十分復(fù)雜，在缺乏可靠的整機(jī)試驗(yàn)考核和實(shí)船試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，完成可靠的抗爆抗沖擊性能設(shè)計(jì)和評(píng)估非常困難，需要通過(guò)深入地研究沖擊載荷在安裝基礎(chǔ)、機(jī)腳、零部件之間的傳遞特性，形成經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證的零部件沖擊載荷和沖擊響應(yīng)計(jì)算方法，結(jié)合關(guān)鍵零部件的沖擊試驗(yàn)，在缺乏整機(jī)試驗(yàn)條件時(shí)，形成重型設(shè)備抗沖擊設(shè)計(jì)與評(píng)估方法。

5.6人員沖擊損傷閾值和防護(hù)

人員是艦艇執(zhí)行任務(wù)的主體和靈魂，人員損傷預(yù)報(bào)和防護(hù)方法對(duì)于保持艦艇戰(zhàn)斗力至關(guān)重要。我國(guó)在人員沖擊防護(hù)研究方面雖然積累了不少經(jīng)驗(yàn)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但不完整、不全面，如國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)《水面艦艇沖擊對(duì)站姿人體作用安全限值》也局限于垂向沖擊情況，沒(méi)有坐姿和臥姿的數(shù)據(jù)。在沖擊損傷機(jī)理和閾值方面，對(duì)顱腦、脊柱、胸腹、神經(jīng)、內(nèi)臟器官和各類關(guān)節(jié)損傷的研究均未達(dá)到實(shí)用化的程度，導(dǎo)致我國(guó)艦員在實(shí)際戰(zhàn)斗條件下的損傷閾值不清，引起艦員在沖擊損傷后的戰(zhàn)斗力的評(píng)估缺乏可靠的依據(jù)。另外，在三維復(fù)合沖擊載荷作用下，人體的耐受性、在由爆炸引起的強(qiáng)聲波和次聲波作用下的耐受性方面的研究需要深入。

5.7艦艇結(jié)構(gòu)在爆炸作用下的沖擊響應(yīng)特征

艦載設(shè)備的沖擊環(huán)境是抗沖擊設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和評(píng)估的載荷輸入，是進(jìn)行全艦抗爆抗沖擊性能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而艦艇結(jié)構(gòu)在爆炸作用下的響應(yīng)特征以及與設(shè)備的相互作用特性是決定裝艦設(shè)備沖擊環(huán)境的基礎(chǔ)。我國(guó)艦艇設(shè)備抗沖擊設(shè)計(jì)和考核的沖擊環(huán)境數(shù)據(jù)主要來(lái)自于國(guó)外的資料。由于沒(méi)有完全掌握艦艇在水下爆炸、空中爆炸和艙內(nèi)爆炸條件下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)及其傳遞時(shí)域和頻域特征，不了解艦艇設(shè)備的重量、頻率和阻尼對(duì)船體結(jié)構(gòu)的反作用量化規(guī)律，導(dǎo)致既對(duì)國(guó)外的數(shù)據(jù)和計(jì)算方法存在諸多疑問(wèn)，又無(wú)法自己建立起科學(xué)依據(jù)充分、整體協(xié)調(diào)一致、符合我國(guó)國(guó)情的艦艇設(shè)備抗沖擊設(shè)計(jì)和考核的沖擊環(huán)境要求，嚴(yán)重制約了我國(guó)艦艇設(shè)備抗沖擊能力的根本提高。

5.8艦面系統(tǒng)抗沖擊設(shè)計(jì)與評(píng)估

艦面電子信息系統(tǒng)是艦艇的“眼睛”，暴露在外部，加上其功能的特殊性，在作戰(zhàn)時(shí)扮演著極其重要的角色，因此戰(zhàn)時(shí)也必將成為對(duì)方攻擊的首選目標(biāo)，一旦失效，將嚴(yán)重影響戰(zhàn)斗力。艦艇的艦面電子系統(tǒng)由雷達(dá)、天線等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)均力求質(zhì)輕而強(qiáng)度高，大多柔度較大，極易與艦艇結(jié)構(gòu)的低階模態(tài)耦合而造成損傷。它們不但會(huì)受到安裝基礎(chǔ)的沖擊載荷，還會(huì)受到空中爆炸沖擊波和飛片載荷，破壞機(jī)理復(fù)雜。但我國(guó)在艦面系統(tǒng)防護(hù)方面所開(kāi)展的工作甚少，對(duì)其在戰(zhàn)時(shí)的敵方攻擊損傷模式、損傷規(guī)律均不清楚，損傷評(píng)估方法也未建立起來(lái)，可能會(huì)嚴(yán)重影響其戰(zhàn)時(shí)功能的發(fā)揮，需要加大研究力度。

5.9潛艇實(shí)艇抗沖擊試驗(yàn)技術(shù)

潛艇抗爆抗沖擊水平的提升必須依靠潛艇實(shí)船沖擊試驗(yàn)，不實(shí)施實(shí)艇水下爆炸試驗(yàn)，潛艇的生命力難以有實(shí)質(zhì)性的提高。和水面艦船爆炸試驗(yàn)相比，潛艇水下爆炸試驗(yàn)的難度要大很多，在潛艇抗沖擊能力評(píng)估、有波浪和海流條件下實(shí)施潛艇的水下可靠定位、藥包可靠定位、試驗(yàn)后可靠回收、意外情況處理等方面均需要有力的技術(shù)支撐，而我國(guó)在這方面既沒(méi)有基礎(chǔ)，又沒(méi)有開(kāi)展實(shí)質(zhì)性的深入研究，致使我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)不具備技術(shù)能力實(shí)施潛艇的水下爆炸試驗(yàn)，嚴(yán)重制約我國(guó)潛艇抗爆技術(shù)水平的提高。

6　全面提高艦艇抗爆抗沖擊能力的技術(shù)途徑建議

6.1摸清家底，補(bǔ)齊“短板”

我國(guó)艦艇抗爆抗沖擊性能提高最緊迫的問(wèn)題不是技術(shù)落后，而是家底不清，不清楚主戰(zhàn)及輔助艦艇的整體以及各系統(tǒng)和設(shè)備的抗爆抗沖擊能力，給部隊(duì)的備戰(zhàn)和損傷管制以及功能恢復(fù)造成了很大的不確定度和困難。近年來(lái)的幾次實(shí)船水下非接觸爆炸試驗(yàn)表明，我國(guó)裝艦設(shè)備的抗沖擊能力良莠不齊，一些對(duì)執(zhí)行使命任務(wù)非常關(guān)鍵的抗沖擊A類設(shè)備的抗沖擊能力也非常差，會(huì)導(dǎo)致艦艇過(guò)早喪失機(jī)動(dòng)能力和戰(zhàn)斗能力。究其原因，是在我國(guó)艦艇發(fā)展的過(guò)程中，早期主要以解決產(chǎn)品的有無(wú)為目標(biāo)，對(duì)抗沖擊性能重視不夠。因此，目前艦艇上的很多設(shè)備既沒(méi)有經(jīng)過(guò)沖擊試驗(yàn)考核，也沒(méi)有通過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算考核。因此建議：

1）梳理出裝艦（艇）設(shè)備中尚未按標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)考核過(guò)的抗沖擊A類和B類設(shè)備清單，在相關(guān)的型號(hào)研制中安排專項(xiàng)補(bǔ)充試驗(yàn)，掌握實(shí)際情況，摸清設(shè)備，尤其是減振元器件、浮筏系統(tǒng)、雷達(dá)天線和超過(guò)一定重量的重型設(shè)備等的抗沖擊能力。對(duì)不滿足抗沖擊要求的設(shè)備，安排抗沖擊強(qiáng)化和改進(jìn)抗沖擊防護(hù)的工作，盡快滿足抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)齊設(shè)備抗沖擊“短板”。

2）由于我國(guó)潛艇尚未開(kāi)展過(guò)實(shí)艇水下爆炸試驗(yàn)，整艇的抗爆能力完全不清，而抗沖擊薄弱環(huán)節(jié)對(duì)潛艇的戰(zhàn)斗力具有重大影響。因此，需利用退役潛艇開(kāi)展?jié)撏卤ㄔ囼?yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析和評(píng)估，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)；通過(guò)與現(xiàn)役潛艇技術(shù)狀態(tài)的比對(duì)，摸清現(xiàn)役潛艇系統(tǒng)級(jí)的抗沖擊能力，提出改進(jìn)措施，實(shí)施現(xiàn)役潛艇抗沖擊改進(jìn)計(jì)劃，全面提升潛艇抗爆抗沖擊能力，同時(shí)帶動(dòng)潛艇實(shí)艇抗沖擊試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。

3）由于我國(guó)水面艦船抵抗對(duì)艦導(dǎo)彈攻擊的能力基本不清楚，迫切需要利用退役水面艦船開(kāi)展對(duì)艦導(dǎo)彈攻擊損傷的科學(xué)研究試驗(yàn)，以及由攻擊引起的火災(zāi)控制和損傷修復(fù)試驗(yàn)，其性質(zhì)類似于美國(guó)的“美國(guó)”號(hào)航母的爆炸試驗(yàn)，以評(píng)估水面艦船在對(duì)艦導(dǎo)彈攻擊下的損傷模式和損傷程度，發(fā)現(xiàn)艦艇的抗穿甲、抗艙內(nèi)爆炸薄弱環(huán)節(jié)，驗(yàn)證計(jì)算模型，提出改進(jìn)措施和新型抗爆結(jié)構(gòu)，以應(yīng)用于新研艦艇。

6.2搭建平臺(tái)、夯實(shí)基礎(chǔ)

艦艇抗爆抗沖擊是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，涉及面廣、理論深、技術(shù)含量高，需要高水平的基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和工程開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的協(xié)同努力、共同促進(jìn)、共同提高，需要一個(gè)集技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)交流和培訓(xùn)、數(shù)據(jù)收集和共享、技術(shù)驗(yàn)證和評(píng)定于一身的公共平臺(tái)。建立服務(wù)于全行業(yè)的艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)中心，具體功能包括：

1）擁有較為齊全的水下爆炸、空中爆炸、艙內(nèi)爆炸和海上爆炸試驗(yàn)設(shè)施及開(kāi)放式的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重點(diǎn)開(kāi)展前瞻性、基礎(chǔ)性研究和重大技術(shù)的研究，關(guān)注近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)、塞拉力學(xué)等前沿結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力學(xué)的研究進(jìn)展，建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、由大型數(shù)據(jù)庫(kù)支撐的綜合性艦艇抗爆抗沖擊計(jì)算、分析和評(píng)估軟件系統(tǒng)，夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)，推動(dòng)技術(shù)發(fā)展。

2）承擔(dān)培訓(xùn)責(zé)任，每年面向行業(yè)定期培訓(xùn)艦艇抗爆抗沖擊的基礎(chǔ)理論、應(yīng)用技術(shù)并介紹最新進(jìn)展和技術(shù)動(dòng)態(tài)，提升業(yè)內(nèi)人員的技術(shù)水平。

3）負(fù)責(zé)艦艇抗爆抗沖擊信息的收集、分析和共享，建立服務(wù)于全行業(yè)的艦艇抗爆抗沖擊數(shù)據(jù)庫(kù)，包括試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、試?yàn)數(shù)據(jù)、理論模型和計(jì)算方法等。

4）具備新技術(shù)、新產(chǎn)品進(jìn)行客觀公正的評(píng)估/評(píng)定的試驗(yàn)測(cè)試能力和理論分析能力。

6.3重點(diǎn)突破、全面推廣

經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)具備了一定的艦艇結(jié)構(gòu)和設(shè)備的抗爆抗沖擊設(shè)計(jì)、計(jì)算和試驗(yàn)?zāi)芰?，能夠在重點(diǎn)型號(hào)產(chǎn)品的研制中實(shí)現(xiàn)抗爆抗沖擊性能的跨越式提升。擬在水面艦船和潛艇中各選擇一型重點(diǎn)型號(hào)，將其抗爆抗沖擊指標(biāo)作為重要的硬指標(biāo)考核，從方案設(shè)計(jì)階段就把提升其抗爆抗沖擊能力作為重點(diǎn)目標(biāo)之一。通過(guò)頂層設(shè)計(jì)、平衡迭代、綜合評(píng)估，不斷應(yīng)用新思路和新技術(shù)，不斷消除短板，尤其是核動(dòng)力系統(tǒng)、主推進(jìn)系統(tǒng)、操船系統(tǒng)和艦面系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)抗爆抗沖擊能力的跨越式提升。同時(shí)積累應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，完善應(yīng)用技術(shù)，向其他型號(hào)推廣，全面提升裝備的抗爆抗沖擊水平。

6.4成果共享、保護(hù)創(chuàng)新

艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)的進(jìn)步，需要源源不斷的創(chuàng)新性成果。創(chuàng)新性研究成果的取得均花費(fèi)了巨大的人力和物力，來(lái)之不易，應(yīng)該盡快以標(biāo)準(zhǔn)的方式推廣應(yīng)用，通過(guò)全行業(yè)共享來(lái)發(fā)揮最大的軍事效益。從另一個(gè)方面看，創(chuàng)新成果只有得到保護(hù)，才是尊重創(chuàng)新性勞動(dòng)，才會(huì)有更多的人投入到創(chuàng)新性工作中，才會(huì)有更多的創(chuàng)新型成果出現(xiàn)。應(yīng)杜絕抄襲和剽竊，拒絕對(duì)科研成果的強(qiáng)搶豪奪。建議建立嚴(yán)格的全行業(yè)艦艇抗爆抗沖擊成果檢測(cè)鑒定制度和登記制度，所有研究成果需先經(jīng)過(guò)檢測(cè)和評(píng)估，得到客觀的性能指標(biāo)認(rèn)定后再進(jìn)行登記，將成果所使用的原理、方法和效果均登錄在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，供業(yè)內(nèi)相關(guān)人員查閱和參考，推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。

6.5統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)格考核

我國(guó)的艦艇抗爆抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期以來(lái)比較混亂，艦艇本身沒(méi)有嚴(yán)格的抗爆抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致艦艇上安裝的設(shè)備系統(tǒng)執(zhí)行的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)五花八門(mén)：有艦艇設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，有電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，有航空的標(biāo)準(zhǔn)，有航天的標(biāo)準(zhǔn)，也有核動(dòng)力的標(biāo)準(zhǔn)等。這些標(biāo)準(zhǔn)都有抗沖擊指標(biāo)，但指標(biāo)的嚴(yán)酷度差別甚大，極易產(chǎn)生“短板”效應(yīng)。同時(shí)，我國(guó)艦艇設(shè)備的抗沖擊要求也存在很大的漏洞，抗沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)只有沖擊試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法，沒(méi)有對(duì)沖擊機(jī)所模擬的環(huán)境條件提要求的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致沖擊機(jī)的環(huán)境差異較大，即使設(shè)備通過(guò)了沖擊試驗(yàn)，其抗沖擊性能差異也很大。近年來(lái)，業(yè)內(nèi)有參考BV043標(biāo)準(zhǔn)，提出了不同于GJB150的試驗(yàn)方法，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間在制定標(biāo)準(zhǔn)的思路、計(jì)算方法、沖擊環(huán)境施加位置和沖擊合格性判據(jù)等方面的差異性尚沒(méi)有經(jīng)過(guò)評(píng)定，但已經(jīng)在型號(hào)產(chǎn)品中應(yīng)用，給型號(hào)產(chǎn)品的抗沖擊評(píng)定的尺度造成了不利影響。由此反映出抗爆抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的混亂情況。因此，需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)有：

1）艦艇抗爆抗沖擊要求；

2）艦艇設(shè)備抗沖擊試驗(yàn)考核方法；

3）艦艇設(shè)備抗沖擊設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；

4）艦艇設(shè)備沖擊考核試驗(yàn)裝置要求和檢測(cè)方法；

5）艦艇設(shè)備抗沖擊性能計(jì)算評(píng)定方法等。

同時(shí)，艦艇抗爆抗沖擊的標(biāo)準(zhǔn)從產(chǎn)品的行政線和技術(shù)線都要制定嚴(yán)格的制度以保證其實(shí)施。

7　結(jié)　語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)、外艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)發(fā)展和工程能力的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)的分析，對(duì)比了我國(guó)艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)和裝備與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，從該技術(shù)的結(jié)構(gòu)體系上分析了我國(guó)的主要瓶頸技術(shù)，從而提出了全面提高艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)水平的6點(diǎn)建議，可以作為推動(dòng)艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和決策的參考。

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The state analysis and technical development routes for the anti-explosion and shock technology of naval ships

LIU Jianhu1，ZHOU Xintao2，PAN Jianqiang1，WANG Haikun1

1 China Ship Scientific Research Center, Wuxi 214082, China
2 China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China

Abstract：The Anti-Explosion and Shock Capability (AESC) of naval ships or submarines is a primary in?dex that influences the comprehensive marine performance and is an important prerequisite of the surviv?ability, which can directly affect the performance of combat effectiveness. The AESC of naval ships or sub?marines of our country is poorer than that of the developed countries and needs immediate and overall en?hancement. The task involves resource assignment, technological development, and management measure?ment, where the technology is the key, and the technical routine is of vital significance. In this paper, some viewpoints are proposed on the technical routine of enhancing the AESC of naval ships or submarines. First, the status and the tendency of the AESC of inner and abroad naval ships and submarines are re?viewed from the aspect of technology. Next, the key problems hindering the AESC enhancement are ana?lyzed. Finally, certain proposals are presented for the technical routine of enhancing the AESC according to the works with different importance and emergency. In brief, the proposals serve as good references for the research, design, and assessment of enhancing the AESC of naval ships and submarines.

Key words：naval ship；Anti-Explosion and Shock Capability（AESC）；vulnerability；recoverability；survivability

作者簡(jiǎn)介：劉建湖（通信作者），男，1963年生，博士，研究員。研究方向：艦船抗爆抗沖擊。E-mail：liujh@cssrc.com.cn周心桃，女，1969年生，碩士，高級(jí)工程師。研究方向：艦船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。E-mail：pzxt@2911.net

基金項(xiàng)目：國(guó)家部委基金資助項(xiàng)目

收稿日期：2015 - 06 - 13網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-1-19 14:55

中圖分類號(hào)：U674.7+0

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1673-3185.2016.01.007

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20160119.1455.018.html期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

引用格式：劉建湖，周心桃，潘建強(qiáng)，等.艦艇抗爆抗沖擊技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展途徑［J］.中國(guó)艦船研究，2016，11（1）：46-56，71. LIU Jianhu，ZHOU Xintao，PAN Jianqiang，et al. The state analysis and technical development routes for the anti-ex?plosion and shock technology of naval ships［J］. Chinese Journal of Ship Research，2016，11（1）：46-56，71.