多類型艦載武器共架發(fā)射彈位選擇策略

劉方，邱志明，馬溢清，王書滿

（1．海軍工程大學(xué)兵器工程系，湖北武漢430033;2．海軍裝備研究院武器系統(tǒng)所，北京 100161）

1 問題的提出

隨著新的設(shè)計理念和先進技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，多種武器使用同1個發(fā)射裝置即共架發(fā)射將成為艦載武器系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。共架發(fā)射可為艦載武器系統(tǒng)全方位作戰(zhàn)創(chuàng)造更優(yōu)、更安全、多武器通用的發(fā)射平臺，對大幅度提高水面艦艇攻擊、防御和生存等綜合作戰(zhàn)能力起到重要作用。如可根據(jù)每次出航所遂行的不同作戰(zhàn)任務(wù)，靈活地搭配裝載不同數(shù)量的防空、反艦、反潛、對陸攻擊等多種類型的武器，大大提高艦艇的體系攻防能力;同時，由于更加緊湊的結(jié)構(gòu)布局可大幅度地增加裝彈量并提高火力密度;另外，武器均裝備在甲板以下，也提高了艦艇的隱身性。

目前，世界上艦載武器共架發(fā)射主要采取垂直發(fā)射的形式，典型的有美國的MK41、法國的“席爾瓦”垂直發(fā)射系統(tǒng)，尤其是美國正在研制的MK57垂直發(fā)射系統(tǒng)，將能發(fā)射“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈、“標(biāo)準(zhǔn)”區(qū)域防空導(dǎo)彈、“改進型海麻雀”點防空導(dǎo)彈、“阿斯洛克”反潛導(dǎo)彈及“魚叉”反艦導(dǎo)彈等多種武器，從而實現(xiàn)更大程度的通用化。

艦載武器共架發(fā)射一般采取陣列式共架發(fā)射系統(tǒng)，沿艦首尾線對稱布置，可根據(jù)需要及艦艇噸位大小靈活配置多個發(fā)射模塊，每個發(fā)射模塊由8個隔艙組成，可分別裝載8枚不同類型的筒彈。

假設(shè)某共架發(fā)射系統(tǒng)共有m個彈位，搭載防空導(dǎo)彈A、反艦導(dǎo)彈B和反潛導(dǎo)彈C這3種武器，某一時刻3種武器在艦艇上布局如圖1所示。其中已發(fā)射彈位數(shù)m0，對應(yīng)隔艙用黑色實心框表示，防空導(dǎo)彈A的彈位數(shù)mA，反艦導(dǎo)彈B的彈位數(shù)mB，反潛導(dǎo)彈C的彈位數(shù)mC。顯然，m=m0+mA+mB+mC。

圖1 某共架發(fā)射系統(tǒng)彈位布局Fig.1Weapon-location layout of the common-frame launch system

問題是，當(dāng)艦艇面臨空中、水面或水下威脅時，系統(tǒng)應(yīng)該分別選擇A，B，C這3種武器的哪個彈位進行發(fā)射?是采取隨機發(fā)射的策略，即“誰準(zhǔn)備好了誰先發(fā)”還是需要考慮其他因素有更好的彈位選擇策略?多種武器不同布局情況下彈位選擇結(jié)果是一樣嗎?本文在分析影響彈位選擇因素的基礎(chǔ)上，重點研究多種武器任意布局情況下彈位選擇的原則和方法。

2 影響彈位選擇的因素分析

如圖1所示，當(dāng)需要選擇1枚防空導(dǎo)彈A攻擊某空中目標(biāo)時，共有分布在4個發(fā)射模塊中的8個彈位可以選擇。究竟選擇哪個彈位取決于以下3個因素:①是否有利于保證艦艇和武器的安全;②是否有利于保持艦艇平衡;③是否有利于縮短發(fā)射間隔時間，提高發(fā)射速率。下面對共架發(fā)射可能產(chǎn)生的上述問題進行具體分析。

1）易碎蓋碎片對相鄰武器的發(fā)射產(chǎn)生影響

武器發(fā)射時，易碎蓋在燃氣作用下按預(yù)制槽及時破碎，碎片以一定速度向四周散去，對相鄰隔艙的武器發(fā)射有一定影響。

2）燃氣流沖擊對相鄰武器的發(fā)射產(chǎn)生影響

當(dāng)相鄰發(fā)射艙蓋（裝甲蓋）處于打開狀態(tài)，武器發(fā)射時產(chǎn)生的強大燃氣流會沖破相鄰隔艙發(fā)射箱的易碎前蓋，并損毀箱內(nèi)武器，甚至造成危險。

3）振動對相鄰武器的發(fā)射產(chǎn)生影響

當(dāng)相鄰隔艙武器處于發(fā)射準(zhǔn)備階段如慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)時，武器發(fā)射時產(chǎn)生的強烈振動會破壞其對準(zhǔn)過程，導(dǎo)致對準(zhǔn)時間延長。

4）初始飛行彈道交叉對艦艇和武器的安全產(chǎn)生影響

多種武器發(fā)射時，初始飛行彈道可能存在交叉。主要原因一是當(dāng)彈位距離間隔較近的2種武器處于垂直上升段時，由于擾動、誤差等干擾因素導(dǎo)致2種武器發(fā)生碰撞;二是由于目標(biāo)所在方位不同，導(dǎo)致多種武器進行程序轉(zhuǎn)彎時飛行彈道發(fā)生交叉，如艦首隔艙發(fā)射導(dǎo)彈攻擊艦尾方向目標(biāo)，同時艦尾隔艙發(fā)射導(dǎo)彈攻擊艦首方向目標(biāo)，從而威脅艦艇和武器的安全。

5）武器發(fā)射對艦艇左右兩舷的配重平衡產(chǎn)生影響

共架發(fā)射系統(tǒng)可根據(jù)需要及艦艇噸位大小靈活配置多個發(fā)射模塊和彈位，如美國“提康德羅加”級巡洋艦共裝有122個彈位，且沿艦首尾線對稱布置，可使艦艇左右兩舷初始配重基本平衡。武器發(fā)射后由于左右舷發(fā)射武器的類型、數(shù)量的不同會打破兩舷平衡，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致艦艇平衡受到影響。

6）發(fā)射間隔時間對艦艇安全和發(fā)射速率產(chǎn)生影響

發(fā)射間隔時間與艦艇安全密切相關(guān)。試想，如果發(fā)射間隔時間足夠長，前后發(fā)射的武器在空中不可能產(chǎn)生碰撞、干擾、彈道交叉等情況，則艦艇安全能得到保證。然而，發(fā)射間隔時間越長固然對保證艦艇安全是有利的，但是在多目標(biāo)來襲的密集作戰(zhàn)條件下，不能快速打擊所有來襲目標(biāo)會使艦艇長時間地處于一定的威脅等級，艦艇作戰(zhàn)火力通道被長時間占用，共架發(fā)射具有的高發(fā)射率的優(yōu)勢得不到充分發(fā)揮。因此，在密集作戰(zhàn)條件下，彈位選擇要在保證艦艇安全的同時，盡量縮短發(fā)射間隔時間，提高發(fā)射速率。一般情況下，選擇不同發(fā)射模塊的武器比選擇同一發(fā)射模塊的武器，其最短發(fā)射間隔時間要小。

3 彈位選擇的原則與方法

綜合分析上述影響因素，得到彈位選擇的一般原則如下:

1）要盡量避免選擇相鄰彈位的武器同時發(fā)射，以免受到易碎蓋碎片、燃氣流沖擊、振動對武器發(fā)射的不良影響。

2）要盡量選擇距離間隔較遠的彈位，以免由于擾動、誤差等干擾因素導(dǎo)致兩武器在空中發(fā)生碰撞。

3）要盡量在艦首尾線左右兩邊的模塊交替選彈，以保持艦艇左右兩舷的配重基本平衡;對于有前、后彈庫布局的共架發(fā)射系統(tǒng)，要盡量在前、后彈庫交替選彈，既可保持艦艇前后彈庫的配重平衡，又可減少相繼發(fā)射武器之間產(chǎn)生碰撞、干擾的影響，縮小發(fā)射間隔時間。

4）要盡量避免選擇同一發(fā)射模塊的彈位，以免增加武器發(fā)射之間產(chǎn)生碰撞、干擾的影響，且發(fā)射間隔時間較長。

5）為了使所有類型武器在不同模塊選彈更具有持續(xù)性，即“有彈可選”，可在該型彈剩余數(shù)量最多的模塊中選彈。

依據(jù)彈位選擇的一般原則，總結(jié)出在任意布局下共架發(fā)射系統(tǒng)彈位選擇的方法步驟如下:

第1步:判斷當(dāng)前是否有某隔艙正在進行發(fā)射活動，如果沒有任何隔艙被選中進行發(fā)射活動，則所有隔艙均為“優(yōu)先級”隔艙，武器控制臺可從任意隔艙隨機選彈。

第2步:如果有某隔艙正在進行發(fā)射，則其所在模塊為“次優(yōu)先級”模塊，所在隔艙的相鄰隔艙為“次優(yōu)先級”隔艙，武器控制臺不宜在“次優(yōu)先級”位置選彈，如圖2所示。

圖2 “次優(yōu)先級”位置示意圖Fig.2The hypo-PRI position

第3步:判斷是否為前后彈庫布局，如果是雙彈庫，則前后彈庫交替選彈。

第4步:如果僅1個彈庫，那么，如當(dāng)前“次優(yōu)先級”模塊在左舷則右舷模塊可選，如當(dāng)前“次優(yōu)先級”模塊在右舷則左舷模塊可選。

第5步:比較可選模塊中該型彈剩余數(shù)量，選擇剩余數(shù)量最多的模塊。

第6步:在所選模塊中，進一步選擇與當(dāng)前發(fā)射隔艙距離最遠的隔艙，即為推薦的選擇彈位。

隔艙距離的計算可采用的方法如圖3所示，在艦艇甲板面上建立以彈庫中心為原點的直角坐標(biāo)系XOY，其中OX為艦首尾線，以艦首方向為正，OY垂直于艦首尾線，以左舷方向為正。由于共架發(fā)射系統(tǒng)一般以緊湊型陣列布局，各發(fā)射模塊之間的間隔很小可忽略不計。設(shè)發(fā)射隔艙的中心距離為單位距離1，則任一隔艙中心點的坐標(biāo)（x，y）如圖3所示。

第7步:一旦當(dāng)前發(fā)射隔艙中武器彈動后，則“次優(yōu)先級”模塊和相鄰的“次優(yōu)先級”隔艙恢復(fù)為“優(yōu)先級”位置;且一旦新的彈位被選擇，其所在模塊和相鄰隔艙變?yōu)椤按蝺?yōu)先級”位置。

彈位選擇流程圖如圖4所示。

4 算例驗證

現(xiàn)在回到本文第1節(jié)提出的問題。假設(shè)防空導(dǎo)彈A、反艦導(dǎo)彈B、反潛導(dǎo)彈C在艦艇上布局如圖1所示。如果當(dāng)前所有隔艙都沒有進行發(fā)射，當(dāng)需要打擊空中、水面或水下目標(biāo)時，武器控制臺可分別從武器A，B或C中隨機選擇任意彈位。

如果某隔艙正在進行發(fā)射，如圖5所示的某隔艙內(nèi)武器C，則當(dāng)再需要發(fā)射武器A，B或C時，根據(jù)彈位選擇的一般原則和方法步驟，可得到建議選擇的A，B或C的彈位隔艙和建議不選擇的“次優(yōu)先級”隔艙。

圖5 某共架發(fā)射系統(tǒng)彈位選擇示意圖Fig.5Weapon selection of the common-frame launch system

5 結(jié)語

多類型艦載武器共架發(fā)射要真正做到安全、實用、高效，就必須解決多武器之間的發(fā)射協(xié)調(diào)問題。彈位選擇是協(xié)調(diào)各武器控制臺選擇武器安全空域的重要環(huán)節(jié)，直接影響到武器－目標(biāo)分配、發(fā)射時域的控制。彈位選擇的過程和建議結(jié)果是由共架發(fā)射系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理模塊完成的，它將此結(jié)果發(fā)送給各武器控制臺，各武器控制臺可以接受或拒絕建議，并向協(xié)調(diào)管理模塊發(fā)出發(fā)射點火請求。共架發(fā)射系統(tǒng)接到點火請求后，協(xié)調(diào)各武器的發(fā)射點火時刻并向各武器控制臺回告“發(fā)射允許”或“發(fā)射等待”指令。如武器控制臺拒絕建議，選擇處于“次優(yōu)先級”位置的相鄰隔艙發(fā)射，則協(xié)調(diào)管理模塊將延長其發(fā)射點火時刻，以確保多武器發(fā)射的安全。

［1］李敬堂．艦載導(dǎo)彈發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)與設(shè)計［M］．哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社，2006．

LI Jing-tang．Structure and design of shipborne missile launching equipment［M］．Harbin:Harbin Engineering University Press，2006．

［2］姚昌人，張波．火箭導(dǎo)彈發(fā)射裝置設(shè)計［M］．北京:北京理工大學(xué)出版社，1998．

YAOChang-ren，ZHANGBo．Designoflaunching equipment of rocket and missile［M］．Beijing:Beijing Institute of Technology Press，1998．

［3］王悅，王昌金，彭智．基于排隊論的共架發(fā)射系統(tǒng)模型［J］．計算機與數(shù)字工程，2010，38（3）:64－66．

WANG Yue，WANG Chang-jin，PENG Zhi．A model of common-frame launch system based on queueing theory［J］．Computer and Digital Engineering，2010，38（3）:64－66．

［4］王曉銘，臧曉惠．基于共架發(fā)射的通用化發(fā)控系統(tǒng)的集成設(shè)計［J］．海軍航空工程學(xué)院學(xué)報，2008，23（4）:391－394．

WANG Xiao-ming，ZANG Xiao-hui．The integrated design of general-purpose launch control system based on commonframe launch［J］．Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University，2008，23（4）:391－394．

［5］鄭宏建，谷榮亮，李守仁，譚定忠．艦載導(dǎo)彈共架發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用分析［J］．導(dǎo)彈與航天運載技術(shù)，2005，（4）:57－62．

ZHENG Hong-jian，GU Rong-liang，LI Shou-ren，et al．Study on common-frame lanuch technique for carrier-based missile［J］．Missile and Space Vehicles，2005，（4）:57－62．

［6］孫煥明，劉雪濤，趙惠平．艦載導(dǎo)彈共架發(fā)射裝置通用標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)［J］．艦船科學(xué)技術(shù)，2003，25（2）:27－30．

SUN Huan-ming，LIUXue-tao，ZHAOHui-ping．The standard and common control system for shipborne missile common frame of launching equipments［J］．Ship Science and Technology，2003，25（2）:27－30．