發射裝置是什麼通用化設計

㈠ 艦載導彈的發射方式

垂直發射方式按發射動力分類，可分為自推力發射和外動力彈射兩大類。自推力發射又稱為「熱」發射，是依靠導彈尾部安裝的助推發動機推動導彈發射起飛，其發射裝置的基本功能是將導彈助推器產生的高溫、高速燃氣流通暢地排出艦艇外，並賦予導彈一定的出箱/筒口姿態。外動力彈射又稱為「冷」發射，發射時依靠發射裝置提供的動力（燃氣或壓縮空氣等）將導彈彈射到預定高度，之後彈上主發動機點火為導彈飛行提供動力。美國與西歐國家絕大多數採用「熱」發射方式，蘇聯/俄羅斯則主要採用「冷」發射方式。採用「熱」發射方式時，由於是發射箱內的導彈助推發動機點火推動導彈起飛，因此，需要研製能承受高溫、高壓、高速燃氣流沖擊與燒蝕的燃氣排導系統，這使發射裝置的結構比較復雜。「冷」發射則相反，通常不需要燃氣排導系統，因而發射裝置的設計相對簡單，但發射箱內安裝的彈射裝置使發射箱的結構設計相對復雜。「冷」發射裝置因其結構單元所佔艦上空間和重量要比「熱」發射裝置少得多，維護工作量和難度也較小，因此適合裝備水翼艇和氣墊船。此外，「熱」發射方式的發射箱、排導裝置因反復經受高溫燃氣流的燒蝕，因此使用壽命有限，而「冷」發射方式中彈射器產生的氣體溫度可以控製得較低，因而發射筒的使用壽命較長。怎樣實現垂直發射？模塊結構和貯運發射箱要達到垂直發射的目的，首先要設計輕型導彈貯運發射箱。貯運發射箱不僅是導彈貯存、運輸的保護容器，而且是導彈的發射導軌，還是燃氣排導系統的一部分。其前/後端蓋是保證導彈成功飛離發射箱的兩個重要部件，前蓋採用「穿通蓋」，後蓋一般採用三種開啟方式：採用「吹破蓋」；發射箱底部完全密封；以及機械開啟方式。除了前/後端蓋以外，發射箱內還裝有發射導軌、電氣連接件、發動機點火線路解除保險機構、固彈機構等，以保證導彈成功飛離發射箱。燃氣排導技術如何排放導彈發射時產生的高溫高速燃氣流，以及防止燃氣流對其它隔艙導彈產生影響是發射系統設計中的關鍵問題。燃氣排導系統一般由壓力通風室和垂直排氣道組成。導彈發射時，壓力通風室使燃氣流膨脹減速，然後經垂直排氣道排入大氣中。燃氣排導系統設計時要解決以下關鍵問題。任何一枚點火導彈所產生的燃氣流不能進入其它未點火導彈的隔艙，只能排至艦外安全區。結構設計時盡量降低燃氣流排放過程中的壓力及對未點火導彈貯存環境（溫度、振動等）的影響，以免損壞發射裝置或未點火導彈，燃氣流經過的排導通道的表面必須採用絕熱防燒蝕材料加以防護。可自動啟動冷卻水噴淋系統，向意外點火導彈進行噴水冷卻。火控通道高發射率需要相應數量的火控通道，因為每枚導彈射前要由火控系統輸入目標方位、速度等數據，發射後由火控系統提供修正指令，特別是目前的防空導彈大多是發射後跟蹤型，離不開火控雷達的導引。採用相控陣雷達可以解決多枚導彈的跟蹤、制導問題。美國的AN/SPY-1型相控陣雷達能同時探測、跟蹤上百個目標，它與數部Mk99型X波段照射雷達連用可同時導引十幾枚導彈飛向不同目標。導彈垂直發射的轉彎採用垂直發射方式必須使導彈垂直起飛後能夠迅速轉向目標方向，並盡量減小最小有效射程。所以，垂直發射導彈的最佳轉彎高度是發射平台最高建築物的高度（一般不超過50米）。當導彈到達這個高度時，應能轉向目標飛行。但是，由於導彈垂直發射時傳統的氣動力面難以實現這種控制，因此，一般是採用推力矢量控制系統來提供轉彎所需要的控制力。可供戰術導彈使用的推力矢量控制系統有：單個或多個可偏轉噴管控制系統,尾控制面與可轉噴管相結合的系統，液體噴射系統，電子液壓操縱的燃氣舵系統，燃氣舵與尾控制面相結合的系統等。目前，多數垂直發射的導彈都採用燃氣舵推力矢量控制系統。 燃氣舵通常置於火箭發動機噴管處，它由微處理機、驅動器和電池等部件組成，舵片位於導彈噴流的出口平面。發射前，將射擊諸元和有關參數輸入微機；發射後，微機按預編程序控制舵的轉動，改變燃氣噴流的方向，利用燃氣流在舵面產生的側向力，實現導彈向目標方向的轉彎。「戰斧」導彈採用的就是這種轉彎技術。裝艦形式艦載導彈垂直發射裝置的裝艦位置呈現出分散和多樣化的特點。從最初美國MK41典型的中心主甲板集中安裝形式，發展到艙壁、機庫的側面、艦艇的兩舷外圍、上層建築內以及點狀分散布置等多種安裝形式。美國艦船一般裝備兩個MK41垂直發射裝置，一個布置在主炮與艦橋之間的甲板下，另一個布置在艉部直升機平台之前或之後，發射裝置上端與甲板平齊。不少國家採用這種傳統而典型的裝艦形式。加拿大「哈利法克斯」級護衛艦上輕型「海麻雀」導彈的發射箱豎立在艦舯部兩舷的甲板上。荷蘭「卡雷爾·多爾曼」級護衛艦在直升機庫一側緊貼庫壁安裝了16個輕型「海麻雀」發射單元。英國「海狼」導彈發射裝置採取了布置在機庫兩側和上層建築的方案。蘇聯/俄羅斯的艦船一般將導彈垂直發射裝置安裝在艏部寬闊的主甲板下，如「基洛夫」級核動力導彈巡洋艦，將SS－N－19、SA－N－6、SA－N－9等三型導彈垂直發射裝置全布置在艏部。而「光榮」級巡洋艦將SA－N－6導彈垂直發射裝置布置在艦艉中後部煙囪後面的甲板下，8個圓形發射井沿縱線兩側對稱排列，每個發射井容納8枚導彈。由此可見，一方面，由於一般重型艦載導彈垂直發射裝置裝彈量比較多，要求裝在艦體容積比較大，即船體型線比較豐滿的區域；另一方面，為不使桅桿、天線、上層建築等影響導彈發射，一般其位置在距艦艏或距艦艉1/4船長處射界比較開闊的前甲板或尾甲板下。由於導彈垂直發射裝置的彈庫儲彈量較大，如果安裝在甲板下，則要求甲板開口的尺寸比較大，另一方面，因為導彈長度一般在3～7米，所以開口的深度也比較大。較大的結構尺寸會破壞3～4層甲板，給船體強度帶來較大的影響。如何解決這個問題呢?從國外艦艇的布置來看，有以下幾種方法。如果是發射尺寸不大的近程防禦型導彈，可考慮將垂直發射裝置安裝在甲板以上上層建築的間隙處或上層建築的頂端，這樣既可節省空間，也不會破壞船體結構。對於噸位較小的導彈艇，船舯部空間不夠，可安裝在艇艉。在英國23型護衛艦上，「海狼」導彈發射裝置的上端露在甲板以上，這樣既可以保證載彈量，又可以減少對船體結構的破壞，保證船體強度。美國新研製的MK41單隔艙發射裝置採用MK25發射箱，可裝4枚「改進型海麻雀」導彈。該發射裝置可以安裝在甲板突出部和小型艦艇上，也可在甲板周圍靈活地安裝許多點狀分布的發射裝置，從而為無人機和直升機等裝備讓出充足的甲板空間。據稱，美國正在研製的MK57垂直發射裝置能夠以4隔艙為一組沿艦船兩舷布置。這種配置據說可為艦船提供一個防護殼體，阻止或減少外部爆炸的損壞，改進發射裝置的裝艦靈活性和艦船的生存能力。
艦載導彈發射裝置小型化
20世紀90年代以後裝艦的垂直發射系統，如英國「海狼」、以色列「巴拉克」、北約MK 48型，它們的共同特點都是用於發射輕型點防禦導彈，體積、重量以及配置數量都低於MK 41型系統。例如，MK 48型系統8隔艙總體尺寸為2.46米×1.4米×5.03米，MK41型系統的8隔艙總體尺寸為3.17米×2.08米×7.62米。從其重量上看，MK 41、MK 48、「海狼」、「巴拉克」的8隔艙裝置重量依次為：132905千克，2185千克，1941千克和528千克。可見，小型輕量化成為發射裝置發展特點之一。 最近幾年，國外出現了稱之為單模塊的垂直發射裝置（SCL），例如，法國在研的4單元（Quadrax）的垂直發射裝置和美國在研的MK 25型單模塊發射裝置（QPELS）。前者用於發射「響尾蛇」VT-1防空導彈，據稱若攜載8枚VT-1導彈，體積僅為1.3米×0.9米×2.6米，包括導彈在內總重不超過2000千克，能夠裝於500噸以下的小艇上。後者由MK 41型系統發展而來，它在MK 41型系統中的一個發射單元模塊的基礎上，增加了圓柱型燃氣通道（在MK 41型系統中，每個發射模塊沒有自己獨立的燃氣通道），構成了一個完整獨立的發射單元，其中容納4枚「改進型海麻雀」防空導彈，稱之為MK 25型單模塊發射裝置。據稱，開發MK 25型單模塊發射裝置是美國海軍為改善航母、大甲板兩棲艦艇和其他非「宙斯盾」作戰艦艇自防禦能力而設想的解決方案，但它也適於裝備750噸左右的小型戰艦。據報道，MK 25型系統的第1份出售合同可能不久敲定。據主承包商洛克希德·馬丁公司預測，未來20年內，MK 25型系統的出口量將可能達到50～60套。「冷」「熱」動力發射平分秋色：「冷」和「熱」動力發射是垂直發射系統的2種發射方式，早期系統中，只有俄羅斯的垂直發射系統採用「冷」動力發射方式，其他西方國家海軍均採用「熱」動力發射。 冷發射也稱為外動力發射，它是一種利用導彈以外的動力（燃氣）先把導彈彈射離開發射箱，待導彈離開艦面一定安全高度後，再由導彈發動機在空中點火的發射方式。它的優點是：由於導彈在空中點火，無需通風和特製的增壓室來處理火箭燃氣的排放問題，因而設備簡單，重量輕，體積小，佔用甲板空間小。此外，冷發射的導彈出筒速度較之熱發射時要慢，因而容易實現空中轉彎。由於這些優點，有些專家認為，冷發射方式對近程防空導彈更為有利。但是，由於導彈在空中點火以及沒有燃氣排導系統，一旦導彈意外點火，都可能使艦艇的安全和可靠性產生嚴重影響。對此，俄羅斯採用了系統安裝時有意將垂直發射裝置與甲板垂面傾斜5°角的措施來降低對艦艇的安全性的影響。此外，冷發射導彈的彈射過載非常大，達到幾十個g，對於有些導彈如巡航導彈，這樣大的發射過載是不允許的。「熱」發射也稱為自推力發射，是一種利用導彈固體助推火箭將其從發射裝置中垂直推出的發射方式。熱發射的優點是適合於各種艦艇和各種戰術導彈的發射，缺點是必須有一套處理火箭燃氣的安全設備。熱發射的主要技術難點是燃氣排導系統。目前，排氣通道有獨立式排氣通道和公共排氣通道兩種，前者指的是每枚導彈都有自己單獨的排氣通道，如「海狼」導彈發射裝置；後者指的是2枚或2枚以上導彈共用1個垂直排氣通道，如MK41發射裝置。目前正在研製的同心筒發射裝置（CCL）也採用了獨立式排氣通道方式。此外，熱發射更容易實現共架發射，主要原因第一是導彈承受過載的能力要求相對較低，第二是有一套燃氣排導系統，這對艦艇的安全性有一定的保證。一體化設計是實現共架發射的技術途徑：就艦載導彈垂直共架發射而言，如前所述，在要求發射裝置的幾何尺寸、電氣介面以及發射電路具有很強的通用性的同時，還特別要求貯運發射箱具有很強的相對獨立性，以適應貯運發射其功能和使命全然不同的各類導彈。因此，貯運發射箱作為其中的關鍵裝備必須採用一體化設計。目前，美國海軍研究署（ONR）正在研製的同心筒發射裝置就採用了一體化設計，它的每個發射單元將貯運、發射、廢氣排導、控制等功能綜合在了一起，成為一個完全獨立的系統。 該同心筒發射裝置在結構設計、控制電路設計、製造方法、材料應用等方面採用了完全不同於傳統的發展思路。例如，發射裝置在結構上採用了由2個不同口徑的同心圓筒組成的結構，內筒起固定導彈和引導導彈出筒的作用；內、外筒之間構成一個環狀空間，用於廢氣排導。再如，控制系統採用開放式設計，根據發射的武器類型，在相應的武器控制系統（WCS）與發射筒之間建立數據傳輸通道，實現「即插即用」。 據分析評估，同心筒發射裝置在壽期費用、人員數量、運行維護、結構尺寸和重量等性能都有不同程度的改善，例如，它的生產成本可降低50%，人力需求降低66%，維護成本降低50%，集成成本降低80%。同時提高了適裝性、可靠性和實用性，除適裝在各種水面艦艇和潛艇上，還能拓展到其他平台。
艦載導彈專用與通用發射裝置
發射裝置通用化的好處是在一艘艦船上不用為發射反艦、反潛、防空等多種武器而安裝多種發射裝置，從而能夠大大提高武器系統的快速反應能力，節省大量的研製費用並縮短研製周期。通用化可以更容易獲取零件和服務，以及簡化操作手培訓並降低生產成本，因此，越來越多的國家都在擴大其垂直發射裝置通用化的潛力。但迄今為止，除了MK41以外，多數國家的垂直發射系統只停留在海軍的應用領域，主要用於區域和點防禦防空，只能對抗反艦導彈和飛機等空中目標。多數國家的艦載垂直發射系統只能發射單一作戰用途的導彈，如俄羅斯的SA-N-6、英國的「海狼」、以色列的「巴拉克」-1垂直發射裝置。俄羅斯已經裝備了不同類型多種型號的垂直發射裝置，但發射的導彈單一，甚至一種導彈有兩種發射裝置，反映出在發射裝置通用化設計方面著力不夠。但俄羅斯新研製的水面艦模塊式發射裝置既可發射遠程對陸攻擊導彈，也能發射反艦導彈，通用性有所提高。就通用性而言，美國的MK41可以說是「一枝獨秀」。該發射裝置不僅可以發射多型「標准」導彈、「海麻雀」導彈、「阿斯洛克」反潛導彈、「戰斧」導彈，而且還將進一步擴展通用能力。據洛馬公司稱，MK41還將兼容「紫菀」導彈、「巴拉克」導彈、「愛國者」導彈、「飛魚」導彈和電子干擾彈等。法國目前也正在研究用「紫菀」導彈採用的「席爾瓦」垂直發射裝置發射現有的其它導彈和未來研製的導彈，如「標准」導彈、「阿斯洛克」反潛導彈、「戰斧」導彈和「改進型海麻雀」（ESSM）導彈。發射裝置通用化是艦載垂直發射裝置最重要的發展方向之一。