焦安龍，賈 則

(中國(guó)人民解放軍91439部隊(duì), 遼寧 大連 116041)

【裝備理論與裝備技術(shù)】

艙段式潛艇試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)靶建設(shè)方法研究

焦安龍，賈 則

(中國(guó)人民解放軍91439部隊(duì), 遼寧 大連 116041)

檢驗(yàn)新型水中兵器毀傷效果最有效的方法就是在盡可能真實(shí)的海況和戰(zhàn)況下對(duì)靶船進(jìn)行攻擊，從而評(píng)估新型兵器的毀傷能力。在分析國(guó)外潛艇結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上，依據(jù)水中兵器毀傷試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)靶的建設(shè)需求，采用潛艇艙段模型為目標(biāo)靶，設(shè)計(jì)了一種艙段式的潛艇目標(biāo)靶，對(duì)防沉浮架系統(tǒng)和試驗(yàn)輔助設(shè)備進(jìn)行初步研究。采用數(shù)值模擬方法比對(duì)某型潛艇的整船模型和艙段模型遭受水中兵器攻擊時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。比對(duì)結(jié)果在同一數(shù)量級(jí)，且具有一定的相似性，從而驗(yàn)證了所提出的潛艇試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)靶建設(shè)方法的合理性。

水中兵器；潛艇目標(biāo)靶；艙段模型；數(shù)值模擬；毀傷效果

水中兵器的毀傷效果是兵器設(shè)計(jì)部門和使用部門最為關(guān)心的指標(biāo)之一。毀傷效果由兩個(gè)因素決定：戰(zhàn)斗部炸藥當(dāng)量和目標(biāo)艦結(jié)構(gòu)性能。提高毀傷效果可以通過(guò)研制新式高能炸藥或者增加戰(zhàn)斗部裝藥實(shí)現(xiàn)。由于新型的水中兵器多數(shù)毀傷效果具有不確定性，因此，檢驗(yàn)新型兵器毀傷能力最有效的辦法就是在盡可能真實(shí)的海況下和盡可能真實(shí)的戰(zhàn)況下對(duì)靶船進(jìn)行攻擊，從而評(píng)估新型兵器的毀傷能力。另外，魚雷、水雷、深水炸彈等水中兵器遂行戰(zhàn)斗任務(wù)時(shí)，都是在運(yùn)動(dòng)中攻擊水面艦、潛艇等作戰(zhàn)平臺(tái)。這些兵器受自身設(shè)定的功能約束，爆炸位置都是隨機(jī)的，不同的爆炸位置對(duì)艦船的沖擊輸入不同，不同的沖擊輸入對(duì)艦船的毀傷有著明顯差別。因此測(cè)量運(yùn)動(dòng)中的水中兵器爆炸威力及對(duì)目標(biāo)的毀傷能力是定量確定兵器作戰(zhàn)效能和毀傷能力的主要參數(shù)。

同時(shí)，目標(biāo)靶的結(jié)構(gòu)性能對(duì)水中兵器毀傷效果影響較大。同種兵器命中目標(biāo)艦的不同位置或者不同型號(hào)的目標(biāo)艦，其毀傷效果也截然不同[1]。實(shí)際上，新型兵器在生產(chǎn)時(shí)每一枚都會(huì)有一定的差異性，而同種型號(hào)的目標(biāo)艦也略有區(qū)別。因此，設(shè)計(jì)檢驗(yàn)水中兵器毀傷效果的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)靶用于評(píng)估新型水中兵器毀傷能力最直接和最有效[2]。

目前廣泛使用的目標(biāo)靶主要是退役艦船，這種目標(biāo)靶船有兩點(diǎn)不足[3-4]：首先是目標(biāo)特性不好控制，前后兩條靶船的結(jié)構(gòu)特性可能完全不同；第二，退役艦船不能隨用隨有，影響試驗(yàn)進(jìn)程。因此，研制一套潛艇試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)靶，解決兵器定型試驗(yàn)、毀傷效果試驗(yàn)以及部隊(duì)訓(xùn)練、演練無(wú)靶的難題，是當(dāng)務(wù)之急。

1 目標(biāo)靶建設(shè)方法分析

目標(biāo)靶分為兩類：水面艦艇目標(biāo)靶和潛艇目標(biāo)靶[5]。有3種建設(shè)方案可供選擇：① 退役艦艇的實(shí)際靶船；② 典型艦艇艙段模型；③ 整艦縮比模型，優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比[6]如表1所示。

在退役艦艇無(wú)法保障的情況下，目標(biāo)靶可根據(jù)試驗(yàn)規(guī)模及兵器裝藥當(dāng)量大小選擇典型艙段模型或整船縮比模型[7]。典型艙段模型可依據(jù)國(guó)外現(xiàn)役水面艦船目標(biāo)特性設(shè)計(jì)，整船縮比模型同樣可依據(jù)國(guó)外現(xiàn)役艦船目標(biāo)特性建設(shè)。

2 潛艇艙段模型目標(biāo)靶分析

本研究以“支持者”級(jí)攻擊常規(guī)潛艇為目標(biāo)靶設(shè)計(jì)原型，如圖1所示，設(shè)計(jì)和制造該艇的某艙段為水下靶船?！爸С终摺奔?jí)攻擊常規(guī)潛艇充分吸取了核潛艇研制的成功經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)，是一艘高性能遠(yuǎn)洋作戰(zhàn)潛艇。該型首艇于1983年11月在巴羅廠動(dòng)工，1986年12月下水，并于1990年6月完工。后續(xù)3艘隱匿號(hào)、烏蘇拉號(hào)及麒麟號(hào)則由位于伯肯赫德的卡梅爾賴德造船廠承造，最后一艘在1993年服役。它既能在大陸架和淺海區(qū)活動(dòng)，亦能到北大西洋作戰(zhàn)，作戰(zhàn)區(qū)域可從熱帶海區(qū)到北極海區(qū)。同時(shí)能攜帶多種武器，既能執(zhí)行反潛任務(wù)，又能進(jìn)行反艦作戰(zhàn)?！爸С终摺奔?jí)潛艇的主尺度為：艇長(zhǎng)70.3 m，型寬7.6 m，吃水5.5 m，潛航狀態(tài)下排水量2 455 t，最大航速20 kn。

表1 目標(biāo)靶建設(shè)方案對(duì)比

圖1 “支持者”級(jí)潛艇

1∶1艙段模型采用“支持者”級(jí)潛艇中段的一個(gè)艙室結(jié)構(gòu),如圖2和圖3所示，選取與原船大體相同的尺寸、板厚和結(jié)構(gòu)形式，保持與目標(biāo)船相同的結(jié)構(gòu)形式和力學(xué)性質(zhì)。

圖2 艙段示意圖

3 目標(biāo)靶的防沉浮架系統(tǒng)和試驗(yàn)輔助設(shè)備初步研究

防沉浮架系統(tǒng)是一個(gè)長(zhǎng)方形的艙室浮體結(jié)構(gòu)，由多個(gè)水密艙室、兩個(gè)艙室閘門、固定柱、拖帶柱，測(cè)量設(shè)備布放室等組成。外面多加了8根鋼索，用來(lái)起吊潛艇艙段模型，如圖4所示。

圖3 潛艇艙段模型三視圖

圖4 目標(biāo)靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

試驗(yàn)輔助設(shè)備根據(jù)試驗(yàn)需求，包括聲納靶、魚雷引導(dǎo)靶、毀傷測(cè)量系統(tǒng)，目標(biāo)定位系統(tǒng)及數(shù)值模擬計(jì)算系統(tǒng)等。根據(jù)水中兵器導(dǎo)引要求，選擇聲靶。測(cè)量系統(tǒng)選用相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)，完成對(duì)潛艇艙段目標(biāo)的水下沖擊波、射流速度和沖擊響應(yīng)的測(cè)量。

4 潛艇試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)靶建設(shè)方法的數(shù)值模擬試驗(yàn)驗(yàn)證

由于無(wú)法獲取“支持者”級(jí)潛艇的詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙及結(jié)構(gòu)資料，數(shù)值模擬驗(yàn)證模型采用與此類潛艇具有可比性且已先期開(kāi)展過(guò)全船抗沖擊數(shù)值模擬研究的國(guó)產(chǎn)某型潛艇[8]，具有代表性和可驗(yàn)證性。通過(guò)1:1艙段模型數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證是否能表征整船實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。數(shù)值模擬試驗(yàn)工況選取為爆源(400 kg TNT當(dāng)量深水炸彈)距潛艇底部中心垂直距離40 m，潛深為30 m。

數(shù)值模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D5～圖7所示，圖5為艙段內(nèi)部結(jié)構(gòu)有限元模型，圖6為艙段加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖7為水域有限元模型，圖8為艙段數(shù)值模擬計(jì)算的整體有限元模型。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果如圖9～圖11所示，圖9為數(shù)值模擬計(jì)算的水域壓力云圖，圖10為數(shù)值模擬計(jì)算的結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖，圖11為船底中部正下方測(cè)點(diǎn)加速度和速度對(duì)比曲線圖。

圖5 艙段外板有限元模型

圖6 艙段加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖7 水域有限元模型

圖8 艙段數(shù)值模擬計(jì)算整體有限元模型

船底中部正下方測(cè)點(diǎn)的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，雖然在結(jié)構(gòu)形式上存在一定的差異，但該艙段模型和整船模型水平方向的加速度、垂直方向的加速度和速度值在同一數(shù)量級(jí)上，具有相似性；但水平方向的速度曲線產(chǎn)生了較大差異，這是由于艙段模型僅有單層耐壓殼且板厚較厚(40 mm)，而該型潛艇模型最外層為非耐壓殼且板厚較薄(10 mm)所造成的振蕩響應(yīng)差異。數(shù)值模擬試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，該潛艇艙段模型總體符合設(shè)計(jì)要求，可用于模擬實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。

圖9 數(shù)值模擬計(jì)算的水域壓力云圖

圖10 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

圖11 船底中部正下方測(cè)點(diǎn)加速度和速度對(duì)比曲線

5 結(jié)論

本研究在分析國(guó)外潛艇結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上，依據(jù)水中兵器毀傷試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)靶的建設(shè)需求，選取“支持者”級(jí)潛艇為目標(biāo)靶設(shè)計(jì)原型，設(shè)計(jì)了一種艙段式的潛艇目標(biāo)靶，并對(duì)防沉浮架系統(tǒng)和試驗(yàn)輔助設(shè)備進(jìn)行初步研究，最后采用數(shù)值模擬方法比對(duì)了同等級(jí)別的某型潛艇的整船模型和艙段模型在遭受水中兵器攻擊下的試驗(yàn)結(jié)果。比對(duì)結(jié)果在同一數(shù)量級(jí)具有一定的相似性，驗(yàn)證了該潛艇目標(biāo)靶建設(shè)方法的合理性，為之后系列目標(biāo)靶的建設(shè)思路提供參考。

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[3] 王迎春,王潔,杜安利，等.動(dòng)能桿侵徹目標(biāo)靶毀傷效果研究[J].高壓物理學(xué)報(bào),2014,28(2):197-201.

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StudyontheConstructionofSubmarineCabinTestTarget

JIAO Anlong, JIA Ze

(The No. 91439thTroop of PLA, Dalian 116041, China)

The most effective way to test the damage ability of new underwater weapons is to attack on the target ship as true as possible in the sea and fighting, so as to evaluate the damage ability of new weapons. On the basis of the analysis of the structure characteristics of foreign submarine and the construction demand of underwater weapon damage tests target, in this paper, using the submarine cabin model for target, we designed a cabin type submarine target, which is a preliminary study of the anti ups and downs frame system and auxiliary test equipment. Through numerical simulation, we compared the test results of the whole ship model and cabin model of certain submarine while subjected to underwater weapon attack. The comparison results are in the same order of magnitude and have certain similarity, which verifies the rationality of the design method of submarine test target in this paper.

underwater weapon; submarine target; cabin model; numerical simulation; damage effect

2017-05-14；

2017-06-15

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61172109)

焦安龍(1974—)，男，工程師，主要從事水下裝備試驗(yàn)總體技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)研究。

10.11809/scbgxb2017.10.004

本文引用格式：焦安龍，賈則.艙段式潛艇試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)靶建設(shè)方法研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(10):15-20.

formatJIAO Anlong, JIA Ze.Study on the Construction of Submarine Cabin Test Target[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(10):15-20.

TJ410

A

2096-2304(2017)10-0015-06

(責(zé)任編輯周江川)