潜射巡航导弹同心筒式垂直热发射方案研究

田宇

（海军驻8357所军事代表室，天津 300308）

摘要：对潜射巡航导弹发射方式进行了论述，介绍了同心筒发射装置的关键技术，针对巡航导弹水下热发射和冷发射方式的优缺点进行了比较。

关键词：潜射，导弹，垂直发射

Scheme research of submarine launched cruise missile concentric cylinder type vertical heat emission

Tian Yu

(Military Representatives Office of Navy in Tianjin 8357 Institute，Tianjin 300308，China)

Abstract： In this paper，the submarine-launched cruise missile launching discussed，introduces the concentric canister launcher key technology，according to the cruise missile Underwater Thermal Emission and cold launch the advantages and disadvantages are compared.

Keyword： submarine，missile，vertical launch

引言

潜艇水下发射巡航导弹分为鱼雷管水平发射和发射井垂直发射。鱼雷管水平发射分为有动力运载器发射、无动力运载器发射、导弹直接水中点火航行出水等。水下垂直发射巡航导弹具有发射深度大、攻击隐蔽性好、导弹装载密度大、发射效率高、攻击火力强、全方位发射等突出优势，是当今世界潜射巡航导弹的发展方向。

巡航导弹垂直发射有冷发射和热发射两种方式。冷发射需要采用弹射装置，弹射力形成于发射筒内或特制的筒形装置内，直接或间接传递给导弹后，推动导弹沿着定向器向前运动，完成发射过程。冷发射技术已比较成熟，发射装置可靠性较高。冷发射一般需要有燃气发生器等设备，使发射系统的设计比较复杂，同时弹射力加大了导弹的轴向过载。

潜射巡航导弹采用燃气自排导式同心筒发射方式是一种新的技术，它的特点是导弹的通用性好，在鱼雷管水平发射基本型的基础上不进行硬件设备的重大调整，就能够实现导弹的水下垂直发射，从而最大程度地实现导弹通用化和系列化。这样，同心筒发射技术就成为潜射巡航导弹垂直发射的关键技术问题。

1 同心筒式发射技术的原理

1.1 同心筒的结构

同心筒式发射装置采用双层筒体结构，英国早在八十年代为垂直发射的海狼导弹研制的发射筒就是一种同心筒式发射装置，直到九十年代初美国提出了这个概念。同心筒式发射装置有可能代替现役的Mk41垂直发射系统，其用途更广，可装配各种舰艇，执行反舰、对陆攻击、舰艇防空、反潜和海军水面支援等任务。这种以模块化设计为基础的新型发射装置将比现役的Mk41垂直发射系统具有更强的火力、灵活性和低的制造成本。

同心筒主要由内、外筒体、纵筋、底座、薄膜盖、镁带锁紧机构、插头和电缆、挡流板等组成。四条纵筋呈90°方向均布支撑内外筒，内、外筒之间形成环形燃气流排导空间。如图1和图2所示。

1.2 同心筒的工作原理和工作流程

1.2.1 同心筒的基本工作原理

同心筒水下垂直发射的工作原理大体是：内、外筒间的环行间隙作排泄燃气的管道，助推器产生的燃气通过同心筒挡流板中的孔，由一个半球形的端盖使其折转180度，进入环行间隙。通过改变挡流板上孔口的大小和结构型式，可以实现导弹的推力增值。

1.2.2 同心筒式发射装置的工作流程

发射装置主要由发射井、同心筒、筒盖系统、均压系统、注疏水系统、减震器等部分组成，在潜艇上垂直布置。为实现导弹水下干点火发射的技术状态，发射技术流程大致如下。

（1）进入发射准备流程后，向发射井筒盖与薄膜盖的空间内注水；

（2）水注满后（或注水的同时），向同心筒内充气均压，以实现筒内压力与筒口外深水压力的平衡；

（3）压力平衡后，打开发射井筒盖；

（4）助推器点火，在助推器喷出的燃气流作用下，薄膜盖被冲破，导弹在出筒过程中进入水介质；

（5）发射结束后，关闭发射井筒盖，启动注疏水系统将发射筒内的水排出；

（6）水下发射过程完成。

如取消发射，需先对发射筒内进行排气，降低筒内的压力，达到发射筒内充压前的压力状态，最后通过注疏水系统排出发射井筒盖内的水。

2 同心筒水下发射的优缺点及关键技术问题

2.1 同心筒水下垂直发射的优缺点

采用同心筒水下热发射技术只要将鱼雷管水平发射的巡航导弹简单改动就可以实现，二者的主要区别在于发射方式和发射段，转入巡航飞行状态后是基本相同的。因此，实现水下垂直发射巡航导弹的重点工作是解决好垂直发射带来的特有的技术问题，比如水下垂直发射装置技术、水下垂直发射弹道控制技术、水下垂直发射惯导对准技术等。这样，就能够实现巡航导弹鱼雷管发射、舰载垂直发射和水下垂直发射三型的通用，对于“三化”非常有好处。

采取热发射方式，导弹出管后可以进行自主控制，出管速度不高，发射过程弹体承受的过载和冲击相对较小，弹体不需加强，可以与鱼雷管发射的巡航导弹和舰面垂直发射的巡航导弹通用，弹族技术状态保持一致，有利部队的使用和保障。热发射的导弹在筒内点火，不需要出筒后再次点火，因此不会出现点火失败砸艇问题，发射安全性好。

采用冷发射方式存在以下不利因素。

（1）对艇的安全性不好，一旦发射失败，目前还没有有效的措施避免砸艇。如果导弹意外点火，发射装置内也无燃气排导装置，危险性大；

（2）采用冷发射水下点火方案，有失败先例，风险较大；

（3）冷发射方式要求导弹出筒速度大，导弹在筒内要承受很大的过载和冲击；

（4）发射时舱内压力高，导弹面临的发射环境更加恶劣；

（5）发射时弹上还要增加尾部保护罩，出管后还要考虑保护罩分离，增大了发射复杂程度。

当然，同心筒水下热发射也存在一定的不足，主要是需要燃气排导空间，导致发射筒尺寸有所增加，另外热发射技术不如冷发射技术成熟。

冷、热发射方式的优缺点比较如表1所以。

2.2 同心筒的关键技术问题

同心筒主要关键技术问题有：

（1）导弹、同心筒、发射井的匹配关系协调；

（2）与弹道导弹发射装置共架发射的结构、电气布置协调问题；

（3）同心筒燃气流排导间隙的确定及导弹推力增值效果分析；

（4）满足均压和燃气流冲破要求的薄膜盖研制；

（5）减震方案和效果分析。

3 目前的研究成果

目前针对热发射技术进行了一系列的研究工作，研究结果表明热发射技术是可行的，并确定了发射筒参数和发射内弹道参数。主要研究成果简单介绍如下。

3.1 发射系统的组成和结构方案

上面已经介绍了发射系统的组成和同心筒的结构方案，发射井系统的结构方案也已经明确，发射井系统由发射井、井盖系统、垂直支撑装置、横向支撑装置、管路、控制检测系统等组成。

3.2 同心筒内外筒间隙的确定

发射筒采用同心筒双筒结构，导弹助推器排出的燃气流通过内外筒之间的间隙进行排导，水下垂直发射过程中流场特性极其复杂，助推器产生的高温高压燃气流将薄膜盖冲破后，水的惯性作用将严重制约燃气流向筒外喷出，进入海水中的燃气流将与水产生剧烈的热交换，高温气体在泡内产生强烈的对流，不断有海水被气化生成气泡，同时大量的气泡在压力的作用下破裂。同时由于燃气受到阻塞，同心筒内压力增加，在导弹后部形成附加推力，在附加推力和导弹助推器推力作用下导弹运动出筒。同心筒内弹道的设计应保证导弹达到一定的出筒速度要求，并且冲击加速度和弹外表面压力在导弹可承受的范围之内。同心筒内外筒间隙的大小对发射内弹道有着显著影响，间隙太大，增推效果不足，出筒速度偏低，间隙太小，增推效果过于明显，筒内压力过大，冲击加速度过大，导弹无法承受，因此需要确定一个合适的间隙大小。为此进行了大量的燃气流场仿真计算，对多种排导间隙情况进行了研究，并确定了合理的内外筒间隙值，使发射压力和冲击加速度不超过限定值。

3.3 冲击特性分析

利用有限元计算软件对同心筒的冲击响应进行仿真计算。首先建立了导弹、同心筒的有限元计算模型，通过施加冲击载荷，对结构进行瞬态响应分析，研究减振器的刚度、阻尼等参数对结构减振效果的影响。同心筒安装在发射井上，冲击载荷通过发射井、减振器传递到同心筒、导弹上。通过计算考核带弹同心筒在增加减振器后的缓冲效果。

冲击载荷属于一个短时脉冲，脉冲的加速度幅值给定为30g，脉冲的作用时间给定为2ms，我们以半个周期的正弦波来模拟脉冲冲击载荷。当潜艇遭受冲击时先有脉冲加速的过程，而后受到水、潜艇结构阻尼等作用而减速直至冲击结束。计算过程中减振器材料弹性模量和结构阻尼系数取了一系列的值，计算得到弹头中心点的加速度响应。通过分析计算得出的结论是：导弹的冲击相应能够降到10g以下。

4 结论

通过同心筒垂直热发射技术的研究，提出了潜艇垂直发射巡航导弹武器系统的方案。采用该种发射方式，可以实现潜艇鱼雷管发射和水下垂直发射导弹的通用化，提高了导弹“三化”水平，研制工作量小，装备部队后保障性好。

通过研究证明同心筒水下热发射技术上是可行的，基本能满足导弹对发射压力、发射冲击、发射过载、出筒速度的要求，同时同心筒尺寸也能够满足潜艇装载要求。这样避开了冷弹射发射方式的大冲击和高膛压问题。

通过研究掌握了导弹水下垂直发射出筒全过程的数值模拟方法与技术。水下垂直发射数值模拟研究方面的突破具有重大的意义，它可以大幅减小缩比试验和全尺寸试验的次数，节省研制经费，缩短试验周期。

参考文献

[1] 张玲翔. 同心筒式发射装置. 飞航导弹，1999年第5期

[2] 倪火才. 发展我国潜载导弹共架发射装置的思考.水面兵器，2001，2

[3] 程栋. 水下共架垂直发射技术研究.水面兵器学术交流会论文集，2004