导弹发射装置单筒方案探讨

张晓东，陈军峰

（1．海军装备部，北京100841;2．中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南郑州 450015）

1 导弹发射装置传统结构简介

导弹发射装置的传统结构为双筒结构，即主要由内筒、外筒及相应的筒间密封装置组成。外筒上、下部与耐压壳体焊接，内筒为悬挂式或悬浮式结构，内、外筒间以允许有一定位移量并具有密封功能的密封环连接。

以悬挂式结构为例，该种结构发射装置有以下特点:

1）悬挂式内筒为“柔性体”，筒间减震垫与减震适配器组成两级水平减震系统，以满足冲击振动负荷对导弹的作用。

2）由于内筒已具有水气密作用，布置在筒间的电气设备，对水密性能不需要做过多考虑。

3）若内筒意外进水（或发射工质气体），外筒还具有第二道屏障作用（筒间密封环以下部分除外，因该部分只有外筒），从而在一定程度上增大了弹舱内部的安全性。

2 单筒方案的提出及特点

2.1 必要性分析

双筒结构存在如下问题:

1）结构复杂。开孔多，而且很多是双重开孔，特别是需要对弹操作的开孔，在外筒上也要留出相应开孔，如检查孔、空调孔等;串联接口多，敷设在内筒外壁上的橡胶软管和电缆，除一端需要和内筒的连接保持密封外，另一端还要保持和外筒的密封连接，因而增加了系统的串联接口，不仅增加了结构的复杂性，降低了操作的可达性，也增加了安装和操作难度，降低了系统的可靠性。

2）质量、体积大。作为发射装置的主体，发射筒双筒结构大大增加了装置的体积和整体外形尺寸，并增加了外筒的孔盖及众多管路、电缆的穿壁结构，这些因素加在一起使发射装置总体质量大大增加。

3）空间利用率低。由于采用双筒结构，内、外筒之间除需要布置若干筒间减震垫以满足水平减震要求外，还需要布置空调管、注水管等多条管路及电缆，故双筒间距不能太小（至少需要容装软管、电缆，安装筒间密封环），从而造成内、外筒内径差较大，因而横向空间利用率较低。

4）筒间管路和电缆总装可达性差，安装难度大，维修困难。按照导弹的要求，在内筒内部需要保持适当的温、湿度，空调管路需要较大通径以满足气体对管路的流量要求，而其安装则受到筒间距离的严格限制，因而总装难度大大增加。若筒间软管或某些电缆意外损坏，维修性极差或不可维修，即便采用特殊方法进行维修，维修后的性能也难以达到设计指标，不能完全满足使用要求。

5）全筒（主要指内筒）气密检查直观性差。在做全筒气密检查时（指关闭筒盖，封闭内筒壁上所有开孔或通道，对发射工质气体作用的内筒及筒间密封环以下的外筒内部充气检查），除外筒底段外，只能通过压力变化判断发射筒是否漏气，这就造成即使某些开孔密封面出现漏气现象，由于外筒的存在不能直接观察漏气点可能导致误判误查，从而在一定程度上影响了检查的直观性和判断的准确性。

6）造价及全寿命周期费用昂贵。发射筒的主体材料是以昂贵的专用高强度钢组成，由于采用双筒结构，材料用量相对较大，且结构复杂，维修困难，制造、维修费用增加，因而不仅造成全套导弹发射装置造价高昂，也使系统的全寿命周期费用相应增加。

2.2 可行性探讨

由以上论述可以看出，双筒结构的发射装置的确存在着一些不足，根据以上分析，提出了如下2种单筒方案:

1）悬挂式单筒方案

舱内保留外筒底段的单筒结构，舷外部分为悬挂式双筒结构，如图1所示。

图1 导弹发射装置单筒方案1Fig．1Single launcher tube program of missile launching system（one）

考虑到舱内支承环以上外筒部分不受发射压力和极限潜深下的海水压力作用，舱内外筒底段（指筒间减震垫以下部分）为单筒结构，舱外部分为悬挂式双筒结构，内筒悬挂基体—舱外部分的“外筒”或称“杯形管节”作为潜艇导弹舱的承力构件。内筒采用法兰结构悬挂在外筒筒口，水平减震系统采用减震适配器与筒间减震垫组成的两级水平减震方案，取消舱内筒间减震垫以上的外筒筒体，只保留舱外及筒间减震垫以下部分，原筒间密封环及减震垫位置不变，内筒外壁上敷设的降噪保温垫不变，筒盖及筒口水密装置与发射筒接口不变。

该种方案有如下几个主要特点:

①结构大大简化，系统可靠性增加，操作方便。取消舱内筒间减震垫以上的外筒后，该部分外筒上的某些结构复杂的开孔随之取消，而空调管、注水管等管路及电缆在去掉与外筒连接的穿壁结构后，连接形式也将得到简化和改善。

②质量大幅度减轻。据粗略估算，每套发射装置质量可以减轻约30%，由于发射装置数量多，全艇减小的质量总数就很可观，这对提高潜艇的整体性能将十分有利。

③空间利用率提高。随着舱内减震垫以上外筒的取消，一方面，该部分孔盖开盖所用空间将全部省出，另一方面，原需穿过外筒的转接结构将变得简单，尺寸也将相应减小，发射筒的外部实际占用空间减小，因此发射装置空间利用率将得到相应提高。

④操作可达性好，安装、维修方便。以空调管路的安装为例，当采用双筒结构时，由于通径大，外筒壁上开孔又小，出外筒接头无法拉出筒外，安装时需要在狭小的内、外筒间内使内、外联接法兰对准，对本来有一定柔性的空调软管的长度公差要求极为苛刻，而且安装时不能目视而只能凭感觉，操作不便，安装难度极大。使用中如果发现软管本体或与内筒连接处漏气，则除了拔出内筒外，极难维修。若去掉外筒，上述装配时出现的情形将会完全避免或可得到很大改善，在局部结构经过简单调整后，管路的维修将不再需要拔出内筒就可以实施，因而系统的维修性将会得到质的改善。同时，该方案也有利于导弹测控电缆的安装和维修。

⑤全筒气密检查直观。在做全筒气密检查时，除通过压力表读数变化判断是否漏气外，还可以通过视觉、听觉和触觉器官直接观察，因而判断迅速、准确、直观。

⑥造价降低。每套发射装置质量减轻30%左右，可节约大量材料费用。另外，部分外筒取消后，筒上结构得到简化或改善，如筒间软管的长度公差要求可以放宽，成品报废率将大大减小，加工制造费用也将大幅度降低。这些措施实施后，全部发射装置节约的成本总和将十分可观。

该方案保留了内筒的悬挂方案，保留了“柔性”内筒，水平减震系统由减震适配器与筒间减震垫两级组成，在极限潜深下发射装置受艇体变形影响小。当潜艇处于极限潜深时耐压壳体受压，使发射筒产生弹性变形，由于内筒实际上是悬挂在舱外外筒上的“柔性体”，该变形不会传递给导弹。此时其外壁一般不再适合作为与艇体相对固定设备的基座，当必须作为基座时，该设备需要以柔性形式与艇体连接。

2）固定式单筒方案

舱内、外全部为单筒结构，如图2所示。

图2 导弹发射装置单筒方案2Fig．2Single launcher tube program of missile launching system（two）

该方案为完全取消外筒，只保留内筒作为惟一发射筒。由于减震适配器本身已能完成水平减震要求，实际上不需要采用悬挂方案的两级水平减震系统，因此，不保留“柔性”内筒及减震垫的减震功能，而只采用减震适配器一级水平减震系统方案是完全可行的。该方案总体特点是发射筒筒底及上部与潜艇的耐压壳体焊接，在发射筒外壁上全部敷设保温降噪层，保留筒盖围栏与发射筒的法兰联接形式，联接面以下的发射筒不分段，发射装置的其余部分基本不变。该方案利用单一的发射筒既能承受发射压力和极限潜深下的海水压力作用，又能作为潜艇弹舱的承力构件。

该方案主要特点如下:

①结构得到彻底简化，系统可靠性增加，操作更加方便。与双筒方案相比，外筒取消后，外筒壁上的所有开孔将随之全部取消，而空调管、注水管等管路及电缆去掉与外筒连接的穿壁结构后，结构也会得到简化或改善。

②质量得到最大限度减轻。据粗略估算，每套发射装置质量可以减少约50%，由于发射装置数量多，因而全艇减小的总质量将非常可观，这对提高潜艇的整体性能将更为有利。

③空间利用率进一步提高。随着外筒的取消，外筒及其上孔盖开盖所用空间将全部省出，发射筒的外部实际占用空间更为减小，发射装置空间利用率将得到进一步提高。当发射筒首、尾向间距不变时，弹舱总长亦可相应减小，弹舱空间利用率也将随之得到提高。

④可达性更好，安装、维修更加方便。此特点同方案1基本相同，而范围更加扩大，包括了发射筒舱内、外所有部分。

⑤全筒气密检查更加直观。在做全筒气密检查时，除通过压力表读数变化判断是否漏气外，所有接口均可以通过眼、耳、手等器官直接观察，因而判断迅速、准确，更加直观。

⑥造价更低。每套发射装置质量减轻约40%，可节约的材料费用更多，外筒取消后，筒上结构得到彻底简化或改善，加工制造费用也将降至最低。由此带来发射装置的总体造价将大幅度降低。

固定式单筒方案只采用减震适配器一级水平减震系统方案，与双筒方案相比变化较大。结构上的主要变化是在发射筒的外壁上全部敷设保温降噪层，保留筒盖围栏与发射筒的法兰联接形式，联接面以下的发射筒不分段，内壁需要机加工，发射装置结构上可以实现。由于单筒与耐压壳体焊接为一体，当潜艇处于极限潜深时耐压壳体受压，使发射筒产生一定的弹性变形，该变形可能会传递到导弹上并造成危害，为了消除这种危害，需要调整适配器的适配量以满足发射筒最大变形时的适配要求，根据计算结果，必要时可采取适当措施提高发射筒的刚度。

当内筒内径尺寸不变时，垂直减震装置支承基座还需要进一步小型化设计，发射装置的初始容积将会有所减小，据估算，这种改变不会影响发射动力系统的性能。此时，发射筒上、下部分别与耐压壳体焊接固定，其外壁仍然适合作为筒上设备的基座。

3 主要研究内容

与双筒结构相比，单筒方案需要共同研究的内容如下:

1）发射筒上个别设备的局部加强问题。随着外筒的局部（方案1）或全部取消（方案2），发射筒的薄弱结构需要加强，可以有效弥补单筒结构的不足。

2）筒上设备开放式连接结构研究。主要是研究如何简化或改善筒上设备与艇上设备的连接方法和形式。

3）发射装置可靠性、维修性、安全性设计研究。主要研究通过综合考虑，解决在各部分结构简化、有利于操作和维修的同时不降低整体性能，尤其是发射装置的可靠性和安全性。

4）发射装置与艇上设备的匹配性研究。主要研究随着结构的变化带来某些接口尺寸或位置的变化。

此外，对于方案1，还需要进行筒上设备安装基体研究。对于方案2，还需要开展以下研究:

1）极限潜深下潜艇耐压壳体变形对发射筒及导弹的影响关系;

2）舱外发射筒的降噪保温技术;

3）垂直减震装置小型化;

4）发射装置的初始容积减小后满足发射内弹道要求;

5）舱外的管路、电缆等设备的穿舱技术。

4 关键技术及其解决方案

方案2还需要解决以下关键技术:

1）极限潜深下潜艇耐压壳体变形对发射筒及导弹的影响关系研究。潜艇在极限潜深状态时耐压壳体受压，使发射筒产生弹性变形，通过计算机建立仿真力学模型，可以准确计算出最大变形量，并与适配器的压缩适配量综合考虑，必要时可采取适当的措施提高发射筒的刚度以控制该变形量，以消除极限潜深下潜艇耐压壳体变形对发射筒及导弹的影响。

2）舱外发射筒的降噪保温技术研究。由于发射筒在舱外长期浸泡于海水中，因此，直接采用普通的粘弹性降噪保温垫是不可行的，因为该垫有吸水作用，吸水后不易起到保温作用。因此可以考虑在发射筒外壁先粘贴一层隔热性能良好的复合材料（如玻璃钢），外面再粘贴一层艇体外消音瓦的方案，以分别满足隔热和降噪要求。

3）垂直减震装置小型化研究。发射筒全部采用单筒后，筒底部安装空间将相对减小，支承环和减震器要小型化，减震器和归零压机只能非对称布置，减震性能和归零性能也需要进一步研究。

4）发射装置的初始容积减小后对发射内弹道的影响研究。单筒方案将带来筒底部初始容积的相对减小，对动力系统内弹道将产生一定的影响，对此需要进行分析计算并采取有效措施，以满足导弹的内弹道参数要求。

5 单筒方案应用前景展望

通过以上分析可以得出结论，在设计中采用单筒方案将进一步优化发射装置的整体结构，提高其总体性能。值得注意的是，本文所述2种方案在实际工程研制的应用上也要根据具体情况有所侧重。

当用于改装在造产品或研制其改进型产品时，推荐采用第1种方案。该方案可以在弹、筒接口基本不变，艇、筒接口不做大的调整的前提下，大幅度减轻发射装置的总质量，并且基本不需要新技术。在根据使用工况对个别环节局部加强后，该方案不会降低整个系统的可靠性和安全性，却能在总装时的可达性、使用中的维修性等方面得到很大改善，从而有效降低发射装置的全寿命周期费用。

当用于新产品的设计时，建议采用第2种方案。该方案可以使发射装置结构得到彻底简化，系统可靠性进一步增加，操作更加方便，质量得到最大限度的减轻，空间利用率大大提高，可达性更好，安装、维修更加方便。利用该方案可使导弹潜艇在耐压壳体直径不变的前提下，弹舱的发射装置也能容装直径更大的导弹，因此具有广阔的应用前景和深远的战略意义。

［1］倪火才．潜地弹道导弹发射装置构造［M］．哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，1998.

［2］赵世平．潜地弹道导弹的发射筒空间利用率研究［J］．水面兵器，1999:27－30．

［3］倪火才，等．潜地弹道导弹水下发射系统的发展［J］．舰载武器，1996，（4）:1－10．

［4］海军装备论证研究中心．美国海军武器装备手册［M］．北京:解放军出版社，2000．

［5］海军装备论证研究中心．俄罗斯海军武器装备手册［M］．北京:解放军出版社，2000．