一種新型潛用魚雷管模塊化發射裝置及貯運系統

鐘宏偉，韓 雪，周 輝，陳 芳

(中國船舶重工集團公司第七○五研究所，云南 昆明 650118)

0 引言

二戰后，潛艇的水下作戰模式越來越多樣化，比如:曾以“獨狼行動”重創水面艦艇的“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絡武器系統。受新技術發展的影響，潛艇的作戰任務也發生了重大變化，已從一種簡單的水下小型快艇 (最初原型艇是德國造的XXI型)發展成一種威震四海的水下作戰平臺。隨著各種聲吶系統的不斷發展使得潛艇的深海作戰變得簡易可行，這當然也對潛艇的武器裝備——尤其是潛用武器的魚雷管發射裝置產生了重要影響，也提出了更新、更高的要求。早期的魚雷管發射裝置一般都是在給定的潛望深度利用壓縮空氣來發射魚雷，而今在研的各類新一代發射系統利用新技術可在幾百米潛深進行發射，且配備在潛艇耐壓殼內的武器貯運系統可以自動、靈活地對各型魚雷、導彈、水雷、UUV、蛙人運載器、IDAS集成發射箱 (筒)及專用設施進行貯存、轉運及裝載［1］。

當前，基于魚雷管的潛用武器發射裝置具有很多先進性，除能發射魚雷外，還能發射多種導彈及水雷。各國研發出的多型正發射系統已逐漸列裝到現役潛艇中，在研的新一代發射裝置所開展的各種發射系統工程設計則朝著操作更簡單、靈活和快速的方向發展。而今的武器貯運系統為更能滿足現役潛艇在多樣化軍事斗爭中各種武器和有效載荷不同需求也進行了相應的改進設計。

1 魚雷管模塊化發射裝置發展概述

無論是核動力潛艇還是常規潛艇，如何對潛艇內空間有效使用始終是首先要考慮的問題。未來潛艇在朝著更加小型化和無人化的方向發展，為使潛艇能夠根據任務選擇所需的戰術武器，空間設計更是一個非常重要的問題。一種新辦法就是集成一個方便靈活的武器發射艙 (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題，這是未來魚雷管發射裝置的一種發展趨勢。為滿足此要求，歐美各國都在進行這方面的設計研究，而一種模塊化多用途裝載發射箱(筒)新概念裝置正是符合這樣的設計概念，它是德國HDW公司為下一代潛艇研發的魚雷管武器發射裝置提出的。

由于受到戰后政策限制，德國潛艇的排水量都較小 (小于420 t)，因此在潛艇設計上追求的是一種緊湊結構的思想，而作為艇上的魚雷管發射裝置設計也須按此要求，并成為其重要的工程化目標。德國憑借其自航管魚雷發射裝置方面的研發優勢，所建造的小型潛艇能夠裝備8具全尺寸大小的標準魚雷管發射裝置。因此德國在潛艇的小型化方面是世界上做得最好的國家之一。這種新型發射裝置的最大優點在于可根據現役或未來潛艇的不同外形來設計所需的魚雷發射管裝置，它是以集成的方式，布置在各級別潛艇艇首，用不同發射系統組成的魚雷發射管裝置來發射不同種類的各型武器;同時與之配套的還在魚雷發射管裝置后部安裝有一套武器貯運系統，該系統將按需求自動地對艇上武器進行裝卸及儲存。

1)用于209型潛艇的壓縮空氣魚雷管氣動彈射系統。裝有8具自航式魚雷管發射裝置，用專用設備還可發射導彈并布放水雷 (出口到南非的209型潛艇已裝備此裝置)。

2)用于212A型潛艇的液壓機械發射系統及沖壓式發射系統。裝有6具液壓平衡式魚雷發射管，帶有1套發射魚雷用低噪聲特性液壓發射系統，可用于發射各型導彈和水雷、魚雷 (出口到以色列的潛艇已裝備此裝置)。

3)用于214型潛艇的自航式發射系統。裝有8具自航式魚雷發射管裝置，其專用設備可發射導彈及布放水雷。

4)用于未來216型潛艇的多種方式發射系統。根據任務需求定制相應系統，可發射各種武器、水下運載器、特種作戰模塊等［2］。

這里要說明的是:以上所有發射系統都適用于集成組合式的潛射交互式攻防系統 (IDAS)，這就是說無論什么水下常規武器只要采用該集成組合發射筒方式皆可在水下進行發射。

2 潛艇魚雷管發射裝置主要系統

2.1 氣動彈射系統

借助于壓縮空氣，并在武器氣動彈射指揮單元(裝置)的控制及監控下，武器氣動彈射系統(WES)可用來發射各型導彈及魚雷。該系統主要部件包括高壓氣瓶、氣體發射閥、氣密環及武器氣動彈射指揮裝置等［3］(見圖1)。

圖1 武器氣動彈射系統Fig.1 Weapon expulsion system

2.2 液壓平衡發射系統

液壓平衡發射系統 (WDS，見圖2)布置在潛艇兩側左右舷，其工作原理是通過受壓的海水流進裝有武器的發射管后部，由液壓驅動水缸活塞從而使3具發射管發射武器 (一次發射1枚，通過打開相應密封閥來選擇用哪一發射管發射武器)，該發射系統可在潛艇的整個潛深范圍內進行武器發射，可發射各型魚雷及導彈。

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圖2 液壓平衡發射系統Fig.2 Water discharge system

2.3 沖壓活塞系統

新型的氣動沖壓式發射裝置是把魚雷發射管的下部支撐導軌用帶有滑槽的發射箱代替，這種滑槽發射箱通過推桿活塞后的密封墊來密封，該活塞的一端與沖壓推桿相連接，而另一端則接到要推動的武器上。沖壓活塞系統 (TPS)所需推力全部通過壓縮空氣瓶提供，并通過作用到這個氣/水發射缸上的壓力帶動活塞做功 (見圖3)，推動需發射的魚雷及導彈出管。

圖3 沖壓活塞式發射系統Fig.3 Trust piston system

2.4 液壓機械系統

這種液壓機械系統 (TCS，見圖4)是專門用來發射導彈及水雷的裝置，其工作原理是通過1根鋼繩的一端來拉動輸送滑板，而鋼繩另一端借助1個差動液壓缸來拉動，且滑板臂與武器連接在一起。所需壓力來自1臺活塞式液壓儲能器，并通過液壓泵將該壓力傳遞到輸送板上。對導彈的發射速度或是布放水雷的方式則通過發射管控制系統來實施控制和監控。

3 魚雷管模塊發射裝置構成

3.1 采用模塊化系統集成

未來能滿足特種作戰要求的小型潛艇將會采用模塊化系統集成的方式來構建潛艇，相關的模塊化發射裝置配有適于各類武器的發射管，安裝在潛艇的耐壓殼外，根據需求選擇相應發射管來發射各型魚雷、水雷、無人潛航器 (UUV)、魚雷對抗措施(TCM)，(含軟硬殺傷及誘餌)以及潛射交互系統(IDAS反艦/空魚雷或導彈)［4］。這些系統已集成模塊艙，潛艇無需進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域)，該系統的下部還裝有1套集成的多功能模塊艙室，該艙室的一端直接連通進潛艇前端耐壓殼內艙壁 (見圖5)以方便特種作戰武裝蛙人和有效載荷在潛艇內的直接進出。

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

3.2 采用靈活多變的甲板 (或艙室)式模塊集成解決方案

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射提供了更大的發展空間。這種甲板 (或艙室)式模塊可以承受武器裝載時的沖擊載荷 (因裝有減振裝置)，安裝在艇首部，與潛艇外殼形成一個整體，為艇體集成的一結構部分，按照這樣的設計理念，該發射裝置啟用時不會受到潛艇作戰深度變化的限制。

該裝置使得無論在干式或濕式耐壓環境下裝載武器成為可能。當海水注入有良好氣密性的發射裝置內，取得壓力平衡后，可同時打開魚雷發射管的前后管兩端蓋，這樣海水能更加通暢地流進管內，采用這種方式將會極大地改善自航式魚雷 (或導彈)的發射功效 (主要指在聲學和武器發射速度方面)。

1)采用甲板式模塊集成的發射裝置。它使得潛艇可靈活根據作戰任務選擇所需戰術武器成為可能。為方便安裝，該裝置設計在潛艇吃水線上方，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到潛艇殼體間的密封箱體內，這樣系統就做好了承接下一作戰任務的準備。

2)采用艙室式模塊集成的發射裝置。如圖5所示的多功能艙室模塊集成方案可以看作是一個帶出入閘門的縱向柱體 (可變徑)艙，這是一個外徑尺寸較大的一個艙室。它的出現為潛艇作戰擴展了更多的功能，潛艇可以根據需求來準備所列任務的功能模塊。從表1可看出，這些任務模塊使得潛艇更方便地成為某種多功能及用途的作戰平臺。

表1 魚雷管發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

這里要說明的是:這種C-型可坐沉式武器模塊指的是從潛艇上發射出去后，它可坐沉到海底長期伺服，并獨立執行任務。當任務完成后，該武器模塊可回收進發射艇，或是用打撈艇對模塊進行回收。

3.3 模塊化發射裝置的主要特點

采用這種靈活方便的模塊化設計方案制造的發射系統主要有以下特點:① 潛艇執行任務更加靈活，可在任意海區進行發射或布放武器;②武器裝載更方便，可在碼頭對艇裝載各種功能模塊;③武器互換更為簡便，潛艇即便在海上也可方便互換各種武器模塊;④艇內無需再加儲運系統，武器模塊集成本身已經成為一種儲運系統;⑤艇上無需裝彈沉箱，各型武器已裝載在作戰或發射系統模塊內;⑥艇耐壓殼上無焊接工作，發射系統與艇體已集成為一體;⑦艇上無需武器配重鐵塊，所裝載的武器和有效載荷已成為艇上的配重塊;⑧現役武器皆可整裝集成 (各型魚雷、“戰斧”導彈、IDAS及各型水雷);⑨組合式配重鐵塊有望推行，便于對發射的武器進行配重;⑩ 使武器與反魚雷對抗措施(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可同時打開發射管的前后管蓋，注水更加暢通和快捷。

4 潛艇武器貯運系統的發展

4.1 現役武器貯運系統

一般來講，潛艇在其耐壓殼內需有1套武器貯運系統與魚雷管發射裝置相配，它可用來對各型魚雷、導彈、水雷、IDAS集成發射箱 (筒)及專用設施進行貯存、轉運及裝載。

這套武器貯運系統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裝置所構成。組成整套系統的兩大功能部件對武器進行裝載的工作原理是:由具有垂直及水平轉送功能的各種裝置組成的武器裝運入口單元組件系統負責將要發射的武器轉運至魚雷發射管端蓋處，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將位于魚雷發射管前端的武器入口單元組件托架上的武器逐級移送進魚雷發射管內。所集成的水平縱向傳送單元組件上的每個托架皆可完成魚雷管的武器裝載過程，并借助跑兔裝置 (見圖6)將武器沿縱向移動到托架的尾端，由于魚雷發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聯接了1段推桿。

圖6 跑兔式托盤Fig.6 Pallet with rabbit

要把武器從潛艇外裝載進艇通常有2種不同的辦法，一是對要裝載的武器從艇首通過魚雷管直接裝載進魚雷的貯運系統 (見圖7);二是通過以一定傾角伸出到上層甲板外的武器托架對要裝載的武器承接下來裝進魚雷發射管 (見圖8)。

圖7 艇首裝載Fig.7 Bow embarkation

圖8 上層甲板裝載Fig.8 Uppor deck embarkation

4.2 新型武器貯運系統

本文討論的新型武器貯運系統主要是基于德國214級艇提出的“武器傳送系統研究與發展”研發項目來論證，其研究目的是要研發一種新型甲板式托架的武器貯運系統 (見圖9)，該托架傳送單元組件要具有全自動的水平縱向與垂直傳送功能，系統可以配備各型常規艇。

圖9 新一代魚雷貯運系統裝載過程Fig.9 Loading process of the new qeneration torpedo transport and stowage system

這種新型武器貯運系統與現役武器貯運系統相比，僅從設計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;裝載時間最優化;人機改良工程化;各型武器使用通用化。

通過采取下列方案，獲得滿足上述要求的一些求解:創建一種無需人工操作的自動裝載系統;貯運系統總重約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。

采用該系統實現武器的自動裝載過程 (或稱武器縱向傳送過程)主要有2個步驟:①使多級套筒推桿氣缸移動到位;②使推桿傳動系統移動伸展。

具體工作原理是:首先將多級套筒氣缸移動到要推動武器的位置，接下來將推桿傳動系統打開并啟動推桿機構。該推桿傳動系統除要把武器沿發射管方向前行推動外，還要能自動解脫與多級套筒氣缸的液壓連接。在確保推桿沒有油壓損失后，推桿傳動系統才開始所謂的第2步武器傳送移動，通過將多級套筒推桿的逐級不間斷伸展將武器推送進發射管內。這個工作原理很像1根可伸縮的連桿天線，以這樣的方法即可獲得自動化程度更高的1套武器貯運系統。

5 結語

通過以上的討論及研究，新型魚雷管模塊式發射裝置不但要滿足常規武器發射，還要滿足特種作戰需求，這是發射裝置的一個總體發展趨勢。未來無論是攻擊型核潛艇、常規潛艇或是執行特種作戰任務的微型潛艇 (袖珍艇，大排量無人潛航器)將會采用模塊化組合方式集成構建水下系統作戰平臺，安裝在潛艇耐壓殼外并形成模塊化武器發射系統的魚雷發射裝置將會滿足不同種類武器的發射需求，是一種重要的武備系統，其發射的武器包括:水雷、UUV、TCM或IDAS等［5］。將發射裝置集成安裝在潛艇首部，并與潛艇外殼形成一個整體，成為艇體結構的一部分，這是發射裝置設計理念的一個創新。為節約裝彈時間，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發射裝置內，以降低對武器的沖擊。新型武器貯運系統是一種發展模式，實現多類武器共架、共庫、共發射是雷/彈發射裝置一種發展趨勢;為節約潛艇水下發射裝置的占用空間、改裝費用及提高發射利用率，美、德等國大力發展的模塊式、一體式發射裝置將是未來發射系統的基本方向，未來潛用魚雷管發射裝置除能發射魚雷、導彈、水雷外，還用來釋放各型UUV、特種作戰蛙人輸送艇、誘餌、移動水聽基陣等［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.