潛載UUV 裝卸導運適位調整技術研究與應用

李 偉，鄧 鵬，田德海

(1.海軍潛艇學院，山東 青島 266199；2.4808 工廠軍械修理廠，山東 青島 266042)

0 引 言

根據UUV 攜載平臺及固定方式的不同，一般分為管裝（如潛艇發射管放置）、外掛（如背馱）和平置（如艦船甲板放置）等。潛艇管裝UUV 的裝載，按照進艇位置的不同，主要分為升降口裝載和前蓋裝載2 種[1]。升降口裝載較適于UUV 海上補給，前蓋裝載多用于碼頭補給。前蓋裝載UUV 時，與雷彈武器裝載類似，一般在潛艇減阻板前端臨時搭接一個可放置UUV 的平臺設備（稱為舷外或艇外裝載平臺），由碼頭吊車下送的UUV 可置于該平臺托架上，再經過潛艇上層發射管裝入（拉入）艙內[2]。

舷外裝載裝置外形尺寸一般超過2×5 m，重量一般超過2 t，無法隨艇攜帶。一旦因遠?？缬蜃鳂I或母港設施/設備損壞而需要在任務海域附近港口補給UUV 時，一般需要將該艇常用的舷外裝載平臺長途運輸至外地或外域港口。另外，一旦潛艇常用的裝載平臺因長期承重使用而變形甚至損壞，則潛艇就無法順利裝載UUV 出航行動。本文對已有裝載平臺底座和可調承托結構進行了較為全面的分析研究，提出了較為可行的適位調整技術實現方法。

1 現有裝載平臺結構特點分析

通過研究潛艇UUV 舷外裝卸平臺、裝卸方法和關聯設備結構特點，認為由于制造公差、長期承重使用造成的形變等原因，造成潛艇UUV 裝載設備的通用性較差。

圖1 舷外裝載平臺平面結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of the plane structure of the outboard loading platform

舷外裝載平臺屬于復雜機械設備，平面結構示意如圖1 所示。它是在橫梁的梁身上部焊有平臺支架和金屬網格，用來支撐參加裝卸操作的人員。為了將帶有平臺的橫梁安裝在潛艇的前端，在橫梁的后端焊有端塊，端塊可與焊在潛艇裝雷發射管之間的基座進行對接，在橫梁與潛艇首部基座連接好后，在平臺上放置UUV 運送承托（托架），便可實施UUV 導運。

在潛艇建造過程中，前部艇體存在加工和裝配公差，主要包括：焊在發射管之間的基座安裝位置誤差，平臺橫梁的梁身與端塊之間的位置誤差，梁身上部平臺的高度誤差，導運承托的高度誤差。以上公差對于工藝和結構復雜的大型機械裝置是很難完全消除的。

另外，舷外裝載平臺長5 m 多，靠其后部端塊插入潛艇前端的對應孔座內，實現與潛艇的對接和固連定位。在UUV 裝載過程中，需要5～6 個艇員站在舷外裝載平臺上（見圖2）[3]，會產生超過400 kg的壓力（重力），再加上裝載裝置自重，以及大口徑UUV 對平臺的壓力（重心一般在平臺中部），長此以往容易使裝載平臺的前部相對于后部（與潛艇結合部，即潛艇發射管管口位置）產生形變。由于每艘潛艇裝載平臺的承重使用和形變程度不同，有時需要專門調整UUV 與導運承托之間條板的厚度，以便使放在承托上的U U V 與發射管能夠三維對正，從而使UUV 順利導運入管。由于不同潛艇導運承托的條板調整厚度不同，甚至同一導運承托前、后條板厚度也不盡相同，所以潛艇的舷外裝載平臺和導運承托聯調后一般由本艇使用，各艇互換通用較為困難。

圖2 潛艇裝載UUV 時人員已到位的舷外平臺Fig.2 Outboard platform where the submarine is loaded with UUV

2 技術研究與設計

2.1 技術思想與總體設計

經過對潛艇UUV 裝載平臺難以通用的原因分析，依托原有裝載平臺的主體結構（基座），綜合運用機械傳動及導向技術和三維空間定位調整技術[4]，設計具有適位調整功能的組合式、通用化、便攜式的裝卸導運裝置，實現高度可調和橫向可移，適應不同潛艇UUV 裝載時的舷外平臺適配差異性要求，解決原有托架空間位置無法調整而使UUV 導運進管困難的問題。

具有適位調整功能的便攜式UUV 裝卸導運裝置，主要包括本體裝置、橫移定位組件和輔助導運托架3 部分，如圖3 所示。導運裝置本體重量不超過50 kg（不含輔助導運托架等），承重不小于2 t；升降高度不小于8 cm，橫向位移不小于6 cm；2 名艇員可以攜帶上艇，用繩索沿升降口吊入潛艇一艙。

圖3 裝卸導運裝置樣機實物（三組件）Fig.3 Prototype of loading and unloading guide device(three components)

2.2 裝置本體便攜式設計

導運裝置本體設計中，在滿足裝卸UUV 要求的前提下，盡量減小體積重量，將原來5 m 多的長導運架，分體為導運裝置本體與輔助導運托架兩部分（兩者間距約3 m，保證支撐UUV 的穩定性）。導運裝置本體縮短為長約1.7 m，體積約為長導運架的15%，輔助導運托架體積更小，可以分別用繩索從潛艇升降口吊下，由潛艇攜帶出航，到達其他港口后需要裝載UUV 時吊出使用。

導運裝置本體后端（圖3 右端）設計有錐形定位插頭，并在插頭的錐形部分加工一個徑向通孔，孔徑約10 mm。這樣，當錐形定位插頭插入潛艇發射管前端專門設置的定位導管（圖4 箭頭向左指向位置）內[5]，梯形肩部抵在定位導管端面上，使錐形定位插頭以及整個導運裝置不能向前；同時，當插頭的前錐形頭穿過定位管并伸出后，將定位銷插入徑向通孔內，使錐形頭連同插頭和導運裝置不能向后，這樣，可以將導運裝置前后定位，避免在UUV 運行時導運裝置受到摩擦而前后隨動。

2.3 升降機構設計

便攜式擴力型升降裝置常見的如千斤頂，從原理上分為液壓式和機械式兩類[6]。機械千斤頂中又包括螺旋式和剪式等細類。便攜導運裝置研制中先后采用了3 種千斤頂升降結構，岸港試用比較后，從便于操作考慮，最后定型時采用螺旋升降結構。

圖4 導運裝置本體及與潛艇發射管對接定位關系Fig.4 Guiding device body and docking positioning relationship with submarine launch tube

由于舷外裝載平臺上的雷架升降轉臂施力空間有限，在轉動扳手（臂桿）升降托架時，有些轉動路徑可能被平臺原有的安全圍欄阻擋，若轉動手柄固定在轉盤上，可能使轉動操作遇到死角。因此，采用可從轉盤兩側插拔操作的鉤型扳手，從而不受操作空間的限制。為此，專門設計了邊緣帶一圈通孔的齒輪盤，如圖5 所示。將齒輪盤的邊緣缺口寬度調整為1.5 cm，同時，在每一個邊緣缺口的向心方向約1.5 c m處，加工直徑1.2 cm 的通孔，便于上述鉤型扳手的鉤頭插入，作為轉動齒輪盤的一個施力點（圓盤一周共有24 個）；鉤型扳手的凸塊可以卡入齒輪盤的邊緣缺口，從而將鉤型扳手可靠固定在齒輪盤上，保證足夠的力矩。這樣，轉動扳手時帶動齒輪盤轉動（見圖5，圖中扳手已經插到齒輪盤上，處于操作狀態），通過中心螺紋沿螺桿上下移動，從而帶動上部的托架上下移動，實現托架縱向移位。

2.4 橫移定位組件設計

圖5 升降轉動機構結構圖及實物Fig.5 The structure and physical object of lifting and rotating mechanism

橫移定位組件（見圖6）用于導運裝置的橫移和橫向定位?，F有裝載平臺的邊緣固定一耳環，與平臺底部的橫梁焊接固定為一體，可以直接利用，作為橫移定位組件的固力支撐點；定位螺桿的另一個支撐點是卡槽，位于便攜導運裝置本體側部，需要專門加工和與導運裝置本體焊接固定。橫移定位組件原理樣機包括12 個零部件，組裝較為麻煩，特別是凸耳卡塊組件操作時需要將3 個螺栓、3 個螺桿、左擋板、右擋板和調整螺帽逐一組裝，艇員試用后反映部件太多，希望簡化結構或組合設計。因此，在橫移定位組件改進設計中，將凸耳卡塊組件組合成一體，操作時直接由上而下卡在裝載平臺的凸耳上，大大簡化了操作。

圖6 橫移定位組件結構原理圖Fig.6 Schematic diagram of traversing positioning component structure

2.5 輔助導運托架設計

輔助導運托架（前托架）也具有升降功能，技術上參照本體裝置上的同類機構。裝卸UUV 操作時輔助導運托架處于裝載平臺的前端位置，托架固定時周圍可以依靠的支撐點幾乎沒有，因此其設計難點是與裝載平臺的可靠固連定位。針對裝載平臺底部支撐網的結構和材質的不同，專門設計了2 種輔助導運托架。一種托架適用于裝載平臺的鐵質底座，導運托架底板四周加裝4 個可以調整吸力的磁鐵裝置，平時旋轉調節開關將磁鐵置于非磁狀態，操作時將磁鐵置于磁吸狀態，靠強力磁鐵將托架可靠吸附在平臺底座上；另一種托架適用于裝載平臺的不銹鋼網狀底座，托架底板四周設計4 個全向可調的倒鉤抓網組件，使用時將該組件的鉤型器向下插入平臺的不銹鋼網中，然后旋轉位于網上的收緊螺母[7]，通過互成90°的4 個鉤型器的同時反拉，將輔助導運托架固緊在平臺底網上。

3 技術特點分析

1）提高了潛艇UUV 裝卸設備的通用性，滿足了UUV 跨洋跨區作業的需要。

本文針對管裝UUV 裝載平臺因長期承重變形、制造及適配公差等原因而通用性較差的瓶頸，綜合運用機械傳動及導向技術、三維空間定位調整技術和人機工程學思想，提出基于已有平臺底座的移動托架承重導運技術，解決了雷架位置無法調整的難題。全裝置采用功能模塊組合以及非承重大面積縷空、冗余去除等減重縮容設計，實現了UUV 裝卸設備的小型化和便攜式。

考慮到裝卸UUV 時的承重，對通用導運裝置的機械強度和雷架長度有必然的要求，而隨艇載運和不超過2 人抬運的要求又必須嚴格限制裝置的體積重量，如何兼顧保證強度和減重縮容的對立要求，實現難度很大。通過對相關部件的漸進式減重設計以及減重后對承重強度的反復試驗驗證，最終找到可行方案。

2）在充分研究潛艇前端及裝載平臺的結構特點和操作限制基礎上，實現導運裝置的最優設計。

采用齒輪—牙盤—加長桿組合擴力設計、垂移穩定結構[8]，以及扣鎖定位、導槽卡位和差桿旋轉換向伸縮設計，解決了裝載平臺上操作部位空間狹小和定位支撐困難的問題；采用前托架四角全向可調抓網結構，潛艇前端對接錐管漸緊適配及橫向插鎖防滑脫設計以及前后雙托架組合支撐，保證了導運裝置與潛艇、裝載平臺三者間的可靠固定和UUV 裝卸時的平穩導運。

由于便攜式導運裝置需要在不改變已有舷外裝載平臺結構的條件下，適應潛艇裝卸UUV 的要求。原有裝載平臺基體的結構和操作環境對導運裝置的設計造成了諸多限制，通過對不同潛艇裝載平臺承重結構尺寸差異性的反復測量和比對，最終確認能夠滿足UUV 裝卸要求的雷架垂向移動最小調整量。

4 結 語

本文在研究潛艇管裝UUV 裝載平臺的結構原理、操作方法和制造公差等基礎上，進行升降、橫移、定位和減重等功能設計和技術創新，實現基于已有平臺底座與加裝適位調整托架相結合的UUV 導運進艇。

通過試驗驗證，本文闡述的UUV 導運適位調整技術，提高了潛艇舷外裝載平臺的通用性。該裝置充分依托潛艇裝卸UUV 的已有流程和方法，突出便攜式設計，結構合理，定位可靠，導運平穩，拆裝及調整簡單，為今后各型潛載UUV 的海上作業提供了較為有效的裝卸技術保障。