发射装置是什么通用化设计

㈠ 舰载导弹的发射方式

垂直发射方式按发射动力分类，可分为自推力发射和外动力弹射两大类。自推力发射又称为“热”发射，是依靠导弹尾部安装的助推发动机推动导弹发射起飞，其发射装置的基本功能是将导弹助推器产生的高温、高速燃气流通畅地排出舰艇外，并赋予导弹一定的出箱/筒口姿态。外动力弹射又称为“冷”发射，发射时依靠发射装置提供的动力（燃气或压缩空气等）将导弹弹射到预定高度，之后弹上主发动机点火为导弹飞行提供动力。美国与西欧国家绝大多数采用“热”发射方式，苏联/俄罗斯则主要采用“冷”发射方式。采用“热”发射方式时，由于是发射箱内的导弹助推发动机点火推动导弹起飞，因此，需要研制能承受高温、高压、高速燃气流冲击与烧蚀的燃气排导系统，这使发射装置的结构比较复杂。“冷”发射则相反，通常不需要燃气排导系统，因而发射装置的设计相对简单，但发射箱内安装的弹射装置使发射箱的结构设计相对复杂。“冷”发射装置因其结构单元所占舰上空间和重量要比“热”发射装置少得多，维护工作量和难度也较小，因此适合装备水翼艇和气垫船。此外，“热”发射方式的发射箱、排导装置因反复经受高温燃气流的烧蚀，因此使用寿命有限，而“冷”发射方式中弹射器产生的气体温度可以控制得较低，因而发射筒的使用寿命较长。怎样实现垂直发射？模块结构和贮运发射箱要达到垂直发射的目的，首先要设计轻型导弹贮运发射箱。贮运发射箱不仅是导弹贮存、运输的保护容器，而且是导弹的发射导轨，还是燃气排导系统的一部分。其前/后端盖是保证导弹成功飞离发射箱的两个重要部件，前盖采用“穿通盖”，后盖一般采用三种开启方式：采用“吹破盖”；发射箱底部完全密封；以及机械开启方式。除了前/后端盖以外，发射箱内还装有发射导轨、电气连接件、发动机点火线路解除保险机构、固弹机构等，以保证导弹成功飞离发射箱。燃气排导技术如何排放导弹发射时产生的高温高速燃气流，以及防止燃气流对其它隔舱导弹产生影响是发射系统设计中的关键问题。燃气排导系统一般由压力通风室和垂直排气道组成。导弹发射时，压力通风室使燃气流膨胀减速，然后经垂直排气道排入大气中。燃气排导系统设计时要解决以下关键问题。任何一枚点火导弹所产生的燃气流不能进入其它未点火导弹的隔舱，只能排至舰外安全区。结构设计时尽量降低燃气流排放过程中的压力及对未点火导弹贮存环境（温度、振动等）的影响，以免损坏发射装置或未点火导弹，燃气流经过的排导通道的表面必须采用绝热防烧蚀材料加以防护。可自动启动冷却水喷淋系统，向意外点火导弹进行喷水冷却。火控通道高发射率需要相应数量的火控通道，因为每枚导弹射前要由火控系统输入目标方位、速度等数据，发射后由火控系统提供修正指令，特别是目前的防空导弹大多是发射后跟踪型，离不开火控雷达的导引。采用相控阵雷达可以解决多枚导弹的跟踪、制导问题。美国的AN/SPY-1型相控阵雷达能同时探测、跟踪上百个目标，它与数部Mk99型X波段照射雷达连用可同时导引十几枚导弹飞向不同目标。导弹垂直发射的转弯采用垂直发射方式必须使导弹垂直起飞后能够迅速转向目标方向，并尽量减小最小有效射程。所以，垂直发射导弹的最佳转弯高度是发射平台最高建筑物的高度（一般不超过50米）。当导弹到达这个高度时，应能转向目标飞行。但是，由于导弹垂直发射时传统的气动力面难以实现这种控制，因此，一般是采用推力矢量控制系统来提供转弯所需要的控制力。可供战术导弹使用的推力矢量控制系统有：单个或多个可偏转喷管控制系统,尾控制面与可转喷管相结合的系统，液体喷射系统，电子液压操纵的燃气舵系统，燃气舵与尾控制面相结合的系统等。目前，多数垂直发射的导弹都采用燃气舵推力矢量控制系统。 燃气舵通常置于火箭发动机喷管处，它由微处理机、驱动器和电池等部件组成，舵片位于导弹喷流的出口平面。发射前，将射击诸元和有关参数输入微机；发射后，微机按预编程序控制舵的转动，改变燃气喷流的方向，利用燃气流在舵面产生的侧向力，实现导弹向目标方向的转弯。“战斧”导弹采用的就是这种转弯技术。装舰形式舰载导弹垂直发射装置的装舰位置呈现出分散和多样化的特点。从最初美国MK41典型的中心主甲板集中安装形式，发展到舱壁、机库的侧面、舰艇的两舷外围、上层建筑内以及点状分散布置等多种安装形式。美国舰船一般装备两个MK41垂直发射装置，一个布置在主炮与舰桥之间的甲板下，另一个布置在艉部直升机平台之前或之后，发射装置上端与甲板平齐。不少国家采用这种传统而典型的装舰形式。加拿大“哈利法克斯”级护卫舰上轻型“海麻雀”导弹的发射箱竖立在舰舯部两舷的甲板上。荷兰“卡雷尔·多尔曼”级护卫舰在直升机库一侧紧贴库壁安装了16个轻型“海麻雀”发射单元。英国“海狼”导弹发射装置采取了布置在机库两侧和上层建筑的方案。苏联/俄罗斯的舰船一般将导弹垂直发射装置安装在艏部宽阔的主甲板下，如“基洛夫”级核动力导弹巡洋舰，将SS－N－19、SA－N－6、SA－N－9等三型导弹垂直发射装置全布置在艏部。而“光荣”级巡洋舰将SA－N－6导弹垂直发射装置布置在舰艉中后部烟囱后面的甲板下，8个圆形发射井沿纵线两侧对称排列，每个发射井容纳8枚导弹。由此可见，一方面，由于一般重型舰载导弹垂直发射装置装弹量比较多，要求装在舰体容积比较大，即船体型线比较丰满的区域；另一方面，为不使桅杆、天线、上层建筑等影响导弹发射，一般其位置在距舰艏或距舰艉1/4船长处射界比较开阔的前甲板或尾甲板下。由于导弹垂直发射装置的弹库储弹量较大，如果安装在甲板下，则要求甲板开口的尺寸比较大，另一方面，因为导弹长度一般在3～7米，所以开口的深度也比较大。较大的结构尺寸会破坏3～4层甲板，给船体强度带来较大的影响。如何解决这个问题呢?从国外舰艇的布置来看，有以下几种方法。如果是发射尺寸不大的近程防御型导弹，可考虑将垂直发射装置安装在甲板以上上层建筑的间隙处或上层建筑的顶端，这样既可节省空间，也不会破坏船体结构。对于吨位较小的导弹艇，船舯部空间不够，可安装在艇艉。在英国23型护卫舰上，“海狼”导弹发射装置的上端露在甲板以上，这样既可以保证载弹量，又可以减少对船体结构的破坏，保证船体强度。美国新研制的MK41单隔舱发射装置采用MK25发射箱，可装4枚“改进型海麻雀”导弹。该发射装置可以安装在甲板突出部和小型舰艇上，也可在甲板周围灵活地安装许多点状分布的发射装置，从而为无人机和直升机等装备让出充足的甲板空间。据称，美国正在研制的MK57垂直发射装置能够以4隔舱为一组沿舰船两舷布置。这种配置据说可为舰船提供一个防护壳体，阻止或减少外部爆炸的损坏，改进发射装置的装舰灵活性和舰船的生存能力。
舰载导弹发射装置小型化
20世纪90年代以后装舰的垂直发射系统，如英国“海狼”、以色列“巴拉克”、北约MK 48型，它们的共同特点都是用于发射轻型点防御导弹，体积、重量以及配置数量都低于MK 41型系统。例如，MK 48型系统8隔舱总体尺寸为2.46米×1.4米×5.03米，MK41型系统的8隔舱总体尺寸为3.17米×2.08米×7.62米。从其重量上看，MK 41、MK 48、“海狼”、“巴拉克”的8隔舱装置重量依次为：132905千克，2185千克，1941千克和528千克。可见，小型轻量化成为发射装置发展特点之一。 最近几年，国外出现了称之为单模块的垂直发射装置（SCL），例如，法国在研的4单元（Quadrax）的垂直发射装置和美国在研的MK 25型单模块发射装置（QPELS）。前者用于发射“响尾蛇”VT-1防空导弹，据称若携载8枚VT-1导弹，体积仅为1.3米×0.9米×2.6米，包括导弹在内总重不超过2000千克，能够装于500吨以下的小艇上。后者由MK 41型系统发展而来，它在MK 41型系统中的一个发射单元模块的基础上，增加了圆柱型燃气通道（在MK 41型系统中，每个发射模块没有自己独立的燃气通道），构成了一个完整独立的发射单元，其中容纳4枚“改进型海麻雀”防空导弹，称之为MK 25型单模块发射装置。据称，开发MK 25型单模块发射装置是美国海军为改善航母、大甲板两栖舰艇和其他非“宙斯盾”作战舰艇自防御能力而设想的解决方案，但它也适于装备750吨左右的小型战舰。据报道，MK 25型系统的第1份出售合同可能不久敲定。据主承包商洛克希德·马丁公司预测，未来20年内，MK 25型系统的出口量将可能达到50～60套。“冷”“热”动力发射平分秋色：“冷”和“热”动力发射是垂直发射系统的2种发射方式，早期系统中，只有俄罗斯的垂直发射系统采用“冷”动力发射方式，其他西方国家海军均采用“热”动力发射。 冷发射也称为外动力发射，它是一种利用导弹以外的动力（燃气）先把导弹弹射离开发射箱，待导弹离开舰面一定安全高度后，再由导弹发动机在空中点火的发射方式。它的优点是：由于导弹在空中点火，无需通风和特制的增压室来处理火箭燃气的排放问题，因而设备简单，重量轻，体积小，占用甲板空间小。此外，冷发射的导弹出筒速度较之热发射时要慢，因而容易实现空中转弯。由于这些优点，有些专家认为，冷发射方式对近程防空导弹更为有利。但是，由于导弹在空中点火以及没有燃气排导系统，一旦导弹意外点火，都可能使舰艇的安全和可靠性产生严重影响。对此，俄罗斯采用了系统安装时有意将垂直发射装置与甲板垂面倾斜5°角的措施来降低对舰艇的安全性的影响。此外，冷发射导弹的弹射过载非常大，达到几十个g，对于有些导弹如巡航导弹，这样大的发射过载是不允许的。“热”发射也称为自推力发射，是一种利用导弹固体助推火箭将其从发射装置中垂直推出的发射方式。热发射的优点是适合于各种舰艇和各种战术导弹的发射，缺点是必须有一套处理火箭燃气的安全设备。热发射的主要技术难点是燃气排导系统。目前，排气通道有独立式排气通道和公共排气通道两种，前者指的是每枚导弹都有自己单独的排气通道，如“海狼”导弹发射装置；后者指的是2枚或2枚以上导弹共用1个垂直排气通道，如MK41发射装置。目前正在研制的同心筒发射装置（CCL）也采用了独立式排气通道方式。此外，热发射更容易实现共架发射，主要原因第一是导弹承受过载的能力要求相对较低，第二是有一套燃气排导系统，这对舰艇的安全性有一定的保证。一体化设计是实现共架发射的技术途径：就舰载导弹垂直共架发射而言，如前所述，在要求发射装置的几何尺寸、电气接口以及发射电路具有很强的通用性的同时，还特别要求贮运发射箱具有很强的相对独立性，以适应贮运发射其功能和使命全然不同的各类导弹。因此，贮运发射箱作为其中的关键装备必须采用一体化设计。目前，美国海军研究署（ONR）正在研制的同心筒发射装置就采用了一体化设计，它的每个发射单元将贮运、发射、废气排导、控制等功能综合在了一起，成为一个完全独立的系统。 该同心筒发射装置在结构设计、控制电路设计、制造方法、材料应用等方面采用了完全不同于传统的发展思路。例如，发射装置在结构上采用了由2个不同口径的同心圆筒组成的结构，内筒起固定导弹和引导导弹出筒的作用；内、外筒之间构成一个环状空间，用于废气排导。再如，控制系统采用开放式设计，根据发射的武器类型，在相应的武器控制系统（WCS）与发射筒之间建立数据传输通道，实现“即插即用”。 据分析评估，同心筒发射装置在寿期费用、人员数量、运行维护、结构尺寸和重量等性能都有不同程度的改善，例如，它的生产成本可降低50%，人力需求降低66%，维护成本降低50%，集成成本降低80%。同时提高了适装性、可靠性和实用性，除适装在各种水面舰艇和潜艇上，还能拓展到其他平台。
舰载导弹专用与通用发射装置
发射装置通用化的好处是在一艘舰船上不用为发射反舰、反潜、防空等多种武器而安装多种发射装置，从而能够大大提高武器系统的快速反应能力，节省大量的研制费用并缩短研制周期。通用化可以更容易获取零件和服务，以及简化操作手培训并降低生产成本，因此，越来越多的国家都在扩大其垂直发射装置通用化的潜力。但迄今为止，除了MK41以外，多数国家的垂直发射系统只停留在海军的应用领域，主要用于区域和点防御防空，只能对抗反舰导弹和飞机等空中目标。多数国家的舰载垂直发射系统只能发射单一作战用途的导弹，如俄罗斯的SA-N-6、英国的“海狼”、以色列的“巴拉克”-1垂直发射装置。俄罗斯已经装备了不同类型多种型号的垂直发射装置，但发射的导弹单一，甚至一种导弹有两种发射装置，反映出在发射装置通用化设计方面着力不够。但俄罗斯新研制的水面舰模块式发射装置既可发射远程对陆攻击导弹，也能发射反舰导弹，通用性有所提高。就通用性而言，美国的MK41可以说是“一枝独秀”。该发射装置不仅可以发射多型“标准”导弹、“海麻雀”导弹、“阿斯洛克”反潜导弹、“战斧”导弹，而且还将进一步扩展通用能力。据洛马公司称，MK41还将兼容“紫菀”导弹、“巴拉克”导弹、“爱国者”导弹、“飞鱼”导弹和电子干扰弹等。法国目前也正在研究用“紫菀”导弹采用的“席尔瓦”垂直发射装置发射现有的其它导弹和未来研制的导弹，如“标准”导弹、“阿斯洛克”反潜导弹、“战斧”导弹和“改进型海麻雀”（ESSM）导弹。发射装置通用化是舰载垂直发射装置最重要的发展方向之一。