艙段式潛艇試驗目標靶建設方法研究

焦安龍，賈 則

(中國人民解放軍91439部隊, 遼寧 大連 116041)

【裝備理論與裝備技術】

艙段式潛艇試驗目標靶建設方法研究

焦安龍，賈 則

(中國人民解放軍91439部隊, 遼寧 大連 116041)

檢驗新型水中兵器毀傷效果最有效的方法就是在盡可能真實的海況和戰況下對靶船進行攻擊，從而評估新型兵器的毀傷能力。在分析國外潛艇結構特性的基礎上，依據水中兵器毀傷試驗目標靶的建設需求，采用潛艇艙段模型為目標靶，設計了一種艙段式的潛艇目標靶，對防沉浮架系統和試驗輔助設備進行初步研究。采用數值模擬方法比對某型潛艇的整船模型和艙段模型遭受水中兵器攻擊時的試驗結果。比對結果在同一數量級，且具有一定的相似性，從而驗證了所提出的潛艇試驗目標靶建設方法的合理性。

水中兵器；潛艇目標靶；艙段模型；數值模擬；毀傷效果

水中兵器的毀傷效果是兵器設計部門和使用部門最為關心的指標之一。毀傷效果由兩個因素決定：戰斗部炸藥當量和目標艦結構性能。提高毀傷效果可以通過研制新式高能炸藥或者增加戰斗部裝藥實現。由于新型的水中兵器多數毀傷效果具有不確定性，因此，檢驗新型兵器毀傷能力最有效的辦法就是在盡可能真實的海況下和盡可能真實的戰況下對靶船進行攻擊，從而評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斗任務時，都是在運動中攻擊水面艦、潛艇等作戰平臺。這些兵器受自身設定的功能約束，爆炸位置都是隨機的，不同的爆炸位置對艦船的沖擊輸入不同，不同的沖擊輸入對艦船的毀傷有著明顯差別。因此測量運動中的水中兵器爆炸威力及對目標的毀傷能力是定量確定兵器作戰效能和毀傷能力的主要參數。

同時，目標靶的結構性能對水中兵器毀傷效果影響較大。同種兵器命中目標艦的不同位置或者不同型號的目標艦，其毀傷效果也截然不同[1]。實際上，新型兵器在生產時每一枚都會有一定的差異性，而同種型號的目標艦也略有區別。因此，設計檢驗水中兵器毀傷效果的標準目標靶用于評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靶主要是退役艦船，這種目標靶船有兩點不足[3-4]：首先是目標特性不好控制，前后兩條靶船的結構特性可能完全不同；第二，退役艦船不能隨用隨有，影響試驗進程。因此，研制一套潛艇試驗目標靶，解決兵器定型試驗、毀傷效果試驗以及部隊訓練、演練無靶的難題，是當務之急。

1 目標靶建設方法分析

目標靶分為兩類：水面艦艇目標靶和潛艇目標靶[5]。有3種建設方案可供選擇：① 退役艦艇的實際靶船；② 典型艦艇艙段模型；③ 整艦縮比模型，優缺點對比[6]如表1所示。

在退役艦艇無法保障的情況下，目標靶可根據試驗規模及兵器裝藥當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國外現役水面艦船目標特性設計，整船縮比模型同樣可依據國外現役艦船目標特性建設。

2 潛艇艙段模型目標靶分析

本研究以“支持者”級攻擊常規潛艇為目標靶設計原型，如圖1所示，設計和制造該艇的某艙段為水下靶船。“支持者”級攻擊常規潛艇充分吸取了核潛艇研制的成功經驗和先進技術，是一艘高性能遠洋作戰潛艇。該型首艇于1983年11月在巴羅廠動工，1986年12月下水，并于1990年6月完工。后續3艘隱匿號、烏蘇拉號及麒麟號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活動，亦能到北大西洋作戰，作戰區域可從熱帶海區到北極海區。同時能攜帶多種武器，既能執行反潛任務，又能進行反艦作戰。“支持者”級潛艇的主尺度為：艇長70.3 m，型寬7.6 m，吃水5.5 m，潛航狀態下排水量2 455 t，最大航速20 kn。

表1 目標靶建設方案對比

圖1 “支持者”級潛艇

1∶1艙段模型采用“支持者”級潛艇中段的一個艙室結構,如圖2和圖3所示，選取與原船大體相同的尺寸、板厚和結構形式，保持與目標船相同的結構形式和力學性質。

圖2 艙段示意圖

3 目標靶的防沉浮架系統和試驗輔助設備初步研究

防沉浮架系統是一個長方形的艙室浮體結構，由多個水密艙室、兩個艙室閘門、固定柱、拖帶柱，測量設備布放室等組成。外面多加了8根鋼索，用來起吊潛艇艙段模型，如圖4所示。

圖3 潛艇艙段模型三視圖

圖4 目標靶系統結構示意圖

試驗輔助設備根據試驗需求，包括聲納靶、魚雷引導靶、毀傷測量系統，目標定位系統及數值模擬計算系統等。根據水中兵器導引要求，選擇聲靶。測量系統選用相應的測試系統，完成對潛艇艙段目標的水下沖擊波、射流速度和沖擊響應的測量。

4 潛艇試驗目標靶建設方法的數值模擬試驗驗證

由于無法獲取“支持者”級潛艇的詳細設計圖紙及結構資料，數值模擬驗證模型采用與此類潛艇具有可比性且已先期開展過全船抗沖擊數值模擬研究的國產某型潛艇[8]，具有代表性和可驗證性。通過1:1艙段模型數值模擬計算結果對比驗證是否能表征整船實際戰場環境。數值模擬試驗工況選取為爆源(400 kg TNT當量深水炸彈)距潛艇底部中心垂直距離40 m，潛深為30 m。

數值模擬試驗模型如圖5～圖7所示，圖5為艙段內部結構有限元模型，圖6為艙段加強結構與內部結構，圖7為水域有限元模型，圖8為艙段數值模擬計算的整體有限元模型。數值模擬計算結果如圖9～圖11所示，圖9為數值模擬計算的水域壓力云圖，圖10為數值模擬計算的結構應力云圖，圖11為船底中部正下方測點加速度和速度對比曲線圖。

圖5 艙段外板有限元模型

圖6 艙段加強結構與內部結構

圖7 水域有限元模型

圖8 艙段數值模擬計算整體有限元模型

船底中部正下方測點的數值模擬計算結果表明，雖然在結構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量級上，具有相似性；但水平方向的速度曲線產生了較大差異，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)所造成的振蕩響應差異。數值模擬試驗驗證結果表明，該潛艇艙段模型總體符合設計要求，可用于模擬實際戰場環境。

圖9 數值模擬計算的水域壓力云圖

圖10 數值模擬計算結構應力云圖

圖11 船底中部正下方測點加速度和速度對比曲線

5 結論

本研究在分析國外潛艇結構特性的基礎上，依據水中兵器毀傷試驗目標靶的建設需求，選取“支持者”級潛艇為目標靶設計原型，設計了一種艙段式的潛艇目標靶，并對防沉浮架系統和試驗輔助設備進行初步研究，最后采用數值模擬方法比對了同等級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結果。比對結果在同一數量級具有一定的相似性，驗證了該潛艇目標靶建設方法的合理性，為之后系列目標靶的建設思路提供參考。

[1] 劉練.德海軍研制的潛艇模擬靶標[J].現代艦船，1994,32(10):22-24.

[2] 曹兵.EFP戰斗部水下作用特性研究[J].火工品，2007,29(3):1-5.

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

[4] 陳朗,龍新平.含鋁炸藥爆轟[M].北京:國防工業出版社,2004.

[5] 饒國寧,陳網樺,胡毅亭,等.不同炸藥的爆炸載荷對目標靶板作用的數值模擬[J].火炸藥學報，2007,30(4):9-12.

[6] 陳魯英,王曉峰.海軍水中兵器戰斗部裝藥特點及發展[J].火炸藥學報,1995,18(1):24-30.

[7] 汪民樂,高曉光.基于GA的戰術導彈對疏散型集群目標靶場效能優化[J].宇航學報,2002,23(2):73-76.

[8] 徐定海,王善,楊世全.板殼結構接觸爆炸數值仿真分析[J].哈爾濱工程大學學報,2006,27(1):53-56.

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

國家自然科學基金資助項目(61172109)

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

10.11809/scbgxb2017.10.004

本文引用格式：焦安龍，賈則.艙段式潛艇試驗目標靶建設方法研究[J].兵器裝備工程學報，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

(責任編輯周江川)