水下特種運(yùn)載器水下回收方式*

吳澤偉，吳曉鋒，杜　虎

（海軍陸戰(zhàn)學(xué)院，廣州　510430）

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水下特種運(yùn)載器水下回收方式*

吳澤偉，吳曉鋒，杜虎

（海軍陸戰(zhàn)學(xué)院，廣州510430）

摘要：回收問題是水下特種運(yùn)載器研究的關(guān)鍵問題之一。目前，回收水下特種運(yùn)載器主要通過水面回收和水下回收兩種途徑，針對(duì)水下特種運(yùn)載器水下回收途徑，研究了利用魚雷發(fā)射管回收、導(dǎo)彈發(fā)射管回收、水下馱帶回收、水下專用對(duì)接器回收等幾種水下回收方式的概念、原理和實(shí)現(xiàn)途徑，并對(duì)比分析了上述幾種回收方式各自的優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水下特種運(yùn)載器，水下回收，母艇

0　引言

水下特種運(yùn)載器是一種可由潛艇、水面艦艇、飛機(jī)等多種平臺(tái)攜帶和投放，能夠?qū)⑻胤N作戰(zhàn)隊(duì)員、裝備、任務(wù)載荷由水下輸送到指定任務(wù)地點(diǎn)展開特種作戰(zhàn)行動(dòng)的水下航行裝備，如：蛙人運(yùn)載器、水下無人運(yùn)載器等，可被廣泛應(yīng)用于偵察、突襲、警戒、水下破壞、水下援救、打撈、勘察等諸多任務(wù)［1-3］。水下特種運(yùn)載器完成任務(wù)后，通常需要返回預(yù)定海域并由母艇回收以進(jìn)行能源補(bǔ)充、信息讀取、維護(hù)保養(yǎng)以及重復(fù)使用。因此，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)水下特種運(yùn)載器的回收是水下特種運(yùn)載器的關(guān)鍵技術(shù)之一。

水下特種運(yùn)載器常見的回收方式主要包括水上回收和水下回收兩種方式［4-5］。水上回收是指在運(yùn)載器浮出水面后，由人操縱母艇接近運(yùn)載器，并利用母艇上裝載的吊車等輔助設(shè)備將運(yùn)載器吊回母艇的一種回收方式。水面回收是傳統(tǒng)的水下特種運(yùn)載器回收方式，其缺點(diǎn)較為明顯，例如：需要專門的回收裝置和人員參與，容易受水面風(fēng)浪的影響等，而且整個(gè)回收過程隱蔽性差，影響作戰(zhàn)行動(dòng)效果。水下回收則是近年來受到重點(diǎn)關(guān)注的一種水下特種運(yùn)載器回收方式，主要是指利用水下對(duì)接裝置導(dǎo)入母艇，或者通過控制母艇和運(yùn)載器的協(xié)同運(yùn)動(dòng)直接將運(yùn)載器回收到母艇內(nèi)。與水面回收相比，水下回收能夠克服水面回收方式的上述不利因素，不過由于復(fù)雜的水下環(huán)境以及水下航行器運(yùn)動(dòng)的高度非線性、不確定性等因素，對(duì)回收過程中的運(yùn)動(dòng)控制等技術(shù)都提出了更高的要求。

目前，國內(nèi)外對(duì)水下特種運(yùn)載器的水下回收都展開了研究，并提出了一些可行的回收方式和方法［6 - 9］。以美國為代表的一些主要國家，已經(jīng)研制出了專門的水下特種運(yùn)載器水下回收裝置和設(shè)備，例如，美國在“佛吉尼亞”級(jí)、“俄亥俄”級(jí)核潛艇上專門建造了適用于攜帶、投放和回收水下特種運(yùn)載器的干式甲板遮蔽倉（DDS），并已開始投入到作戰(zhàn)及訓(xùn)練當(dāng)中。本文主要對(duì)當(dāng)前正在研究以及在未來具有應(yīng)用前景的幾種水下特種運(yùn)載器水下回收方式進(jìn)行較為全面的分析。

1　魚雷發(fā)射管回收

主要是指利用潛艇的魚雷發(fā)射管進(jìn)行回收，如俄羅斯的“塞麗娜”-UM型蛙人運(yùn)載器，用電動(dòng)力魚雷改裝而成，可通過潛艇的533 mm魚雷發(fā)射管進(jìn)行布放和回收。

利用魚雷發(fā)射管回收水下特種運(yùn)載器包括單魚雷發(fā)射管回收和雙魚雷發(fā)射管回收兩種類型。

1.1單魚雷發(fā)射管回收

使用單魚雷發(fā)射管回收時(shí)，回收裝置主要包括絞盤、回收浮標(biāo)、套管等。回收浮標(biāo)由可展開的纜繩連接到絞盤上，可在纜繩的牽引下縮入到套管中。套管中設(shè)有專用活動(dòng)門，具有密封性能，可以避免在魚雷發(fā)射管前蓋打開時(shí)進(jìn)水?；顒?dòng)門上裝有液壓機(jī)構(gòu)，用于在管內(nèi)松開或固定運(yùn)載器和回收浮標(biāo)?；厥諘r(shí)，將回收裝置連接到魚雷發(fā)射管的后部，套管通過液壓傳動(dòng)伸到潛艇外部，回收浮標(biāo)從魚雷管發(fā)射，然后利用回收浮標(biāo)自身動(dòng)力調(diào)整運(yùn)動(dòng)使其對(duì)接口與運(yùn)載器對(duì)接，順利對(duì)接后，回收裝置的纜繩開始收縮，將連接在一起的浮標(biāo)和運(yùn)載器拉入套管中，然后套管復(fù)位以完成回收，如圖1所示。

圖1單魚雷發(fā)射管回收原理

1.2雙魚雷發(fā)射管回收

使用雙魚雷發(fā)射管回收時(shí)，回收裝置則由機(jī)械手和對(duì)接設(shè)備組成，其中機(jī)械手放置于一根魚雷管內(nèi)，并具有伸縮功能，對(duì)接設(shè)備則安裝在機(jī)械手操作末端，如圖2所示。在回收作業(yè)時(shí)，運(yùn)載器先航行靠近潛艇，然后機(jī)械手從魚雷管中伸出并展開，通過運(yùn)載器與機(jī)械手的協(xié)同調(diào)整配合，將運(yùn)載器與對(duì)接設(shè)備對(duì)接。然后機(jī)械手調(diào)整角度并收縮，使運(yùn)載器進(jìn)入潛艇另一根魚雷管以完成回收。

圖2雙魚雷管回收原理

1.3魚雷發(fā)射管回收的特點(diǎn)

魚雷發(fā)射管回收水下特種運(yùn)載器的優(yōu)點(diǎn)是利用潛艇現(xiàn)有魚雷發(fā)射管裝置，沒有給潛艇造成艇外突出體，不增加潛艇阻力和改變流體特性，對(duì)潛艇的改動(dòng)較小。但是，受魚雷發(fā)射管尺寸和外形限制，運(yùn)載器不能有突出附體和非魚雷規(guī)則的外形，運(yùn)載器尺寸也不能太大，因此，限制了運(yùn)載器載荷的裝訂并對(duì)其作戰(zhàn)能力產(chǎn)生影響。另外，由于存在和魚雷等武器爭(zhēng)奪艇內(nèi)空間的矛盾，因此，潛艇攜帶水下特種運(yùn)載器的數(shù)量相應(yīng)地也會(huì)受到一定限制。

2　導(dǎo)彈發(fā)射管回收

主要是指利用潛艇的導(dǎo)彈發(fā)射管進(jìn)行回收。例如，美國于2002年開始，將“俄亥俄”級(jí)前4艘彈道導(dǎo)彈核潛艇進(jìn)行改裝。改裝后將可攜帶24個(gè)直徑24 m、長7.32 m的導(dǎo)彈發(fā)射管，導(dǎo)彈發(fā)射管除了可發(fā)射“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈外，還可以布放和回收蛙人運(yùn)載器、水下無人運(yùn)載器以及無人機(jī)等多種平臺(tái)。

2.1導(dǎo)彈發(fā)射管回收原理

導(dǎo)彈發(fā)射管回收裝置由液壓裝置、升降桿、對(duì)接裝置以及數(shù)據(jù)通信與控制設(shè)備構(gòu)成，如圖3所示。液壓裝置安裝于回收裝置的底部，升降桿由液壓裝置驅(qū)動(dòng)，升降桿的末端連接對(duì)接裝置。數(shù)據(jù)通信與控制設(shè)備則用于與潛艇通信協(xié)同和對(duì)整個(gè)回收裝置的控制。

圖3導(dǎo)彈發(fā)射管回收原理

回收作業(yè)時(shí)，對(duì)接裝置和升降桿在液壓裝置的驅(qū)動(dòng)作用下伸出導(dǎo)彈發(fā)射管，然后對(duì)接裝置轉(zhuǎn)換位置與升降桿成垂直角度。運(yùn)載器慢慢靠近對(duì)接裝置，回收裝置在控制設(shè)備的控制下，操縱對(duì)接裝置與運(yùn)載器實(shí)現(xiàn)對(duì)接，然后，控制設(shè)備再控制對(duì)接器轉(zhuǎn)換為垂直向下姿態(tài)，由液壓裝置驅(qū)動(dòng)升降桿將對(duì)接裝置和運(yùn)載器一同拉入導(dǎo)彈發(fā)射管以完成回收作業(yè)。在整個(gè)回收過程中，潛艇還可根據(jù)回收裝置通信設(shè)備反饋的信息適當(dāng)調(diào)整航速、姿態(tài)等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以便于更好地配合運(yùn)載器的運(yùn)動(dòng)。

2.2導(dǎo)彈發(fā)射管回收特點(diǎn)

導(dǎo)彈發(fā)射管回收水下特種運(yùn)載器主要特點(diǎn)為：導(dǎo)彈發(fā)射管直徑遠(yuǎn)大于魚雷發(fā)射管直徑，因此，對(duì)運(yùn)載器直徑和形狀的限制相對(duì)減小，并且也可提高水下特種運(yùn)載器的攜帶數(shù)量；同樣地，利用導(dǎo)彈發(fā)射管回收水下特種運(yùn)載器也不會(huì)給潛艇造成突出體，不增加潛艇阻力和改變流體特性。但是，由于導(dǎo)彈發(fā)射管長度有限，因此，運(yùn)載器的長度也相應(yīng)受限。

3　馱帶回收方式

主要是指在潛艇上增設(shè)專門的回收裝置進(jìn)行水下特種運(yùn)載器的回收。按照所增設(shè)的回收裝置的類型可以分為直接背馱回收、回收倉背馱回收、外槽馱帶回收等3種具體方式。

3.1直接背馱方式

是指在潛艇甲板上安裝一塊專門的回收平臺(tái)并直接暴露在海水里，平臺(tái)上裝有連接固定機(jī)構(gòu)?；厥諘r(shí)，運(yùn)載器不斷靠近潛艇，并在潛艇的配合下坐落在回收平臺(tái)上，然后利用連接固定機(jī)構(gòu)將運(yùn)載器固定在平臺(tái)上以實(shí)現(xiàn)回收，如圖4所示。這種回收方式除了要在潛艇上增設(shè)上述回收平臺(tái)外，往往還要求要有電氣和通信等接口，以便于對(duì)運(yùn)載器進(jìn)行充電、維護(hù)以及數(shù)據(jù)處理等操作。

圖4直接背馱回收原理

直接背馱回收具有回收裝置相對(duì)簡單并且對(duì)潛艇外形改變不大、回收過程不需要精確的對(duì)接以及轉(zhuǎn)換等設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)就是回收后運(yùn)載器直接暴露在海水里，對(duì)運(yùn)載器承受海水壓力的要求較高。此外，運(yùn)載器回收后連接固定機(jī)構(gòu)要具有較高的可靠性，保證在潛艇航行過程中運(yùn)載器不會(huì)掉落。3.2回收倉背馱方式

是指在潛艇甲板上增加專門用于回收水下特種運(yùn)載器的回收倉進(jìn)行回收。回收倉可以是封閉的，也可以是半封閉的。根據(jù)甲板的寬度和回收倉的尺寸，可以靈活確定回收倉的數(shù)量?；厥兆鳂I(yè)時(shí)，先打開回收倉的艙門（由蛙人操作或潛艇控制自動(dòng)打開），然后運(yùn)載器在人員操縱下或自主地駛?cè)牖厥諅}內(nèi)，并坐落在停放位置上以實(shí)現(xiàn)回收。例如，前面提到的美國在“俄亥俄”級(jí)以及“佛吉尼亞”級(jí)核潛艇甲板上增加DDS回收MK8-Mod1型蛙人運(yùn)載器就是屬于回收倉背馱回收的方式，如圖5所示。

圖5潛艇利用DDS回收蛙人運(yùn)載器

回收倉背馱回收的優(yōu)點(diǎn)是：回收倉的尺寸較導(dǎo)彈發(fā)射管、魚雷管要大得多，對(duì)運(yùn)載器的外形和尺寸限制較??；回收后運(yùn)載器停留在艙內(nèi)，減小海水壓力的影響（針對(duì)封閉式回收倉），也不會(huì)在潛艇航行過程中掉落。缺點(diǎn)則是：運(yùn)載器直接駛?cè)牖厥諅}內(nèi)，對(duì)運(yùn)載器和潛艇之間的運(yùn)動(dòng)協(xié)同配合要求較高，回收倉造成潛艇體外突出，一定程度上增加了潛艇的阻力，改變潛艇的流體特性。

3.3外槽馱帶回收

是指在潛艇圍殼上面沿潛艇環(huán)向設(shè)置若干個(gè)外部存儲(chǔ)槽，在槽內(nèi)安裝連接和固定機(jī)構(gòu)回收水下特種運(yùn)載器。為了便于對(duì)運(yùn)載器進(jìn)行充電、維護(hù)等操作，回收槽內(nèi)也應(yīng)當(dāng)設(shè)置電氣和通信接口?；厥諘r(shí)，運(yùn)載器根據(jù)回收槽形狀調(diào)整自身姿態(tài)，不斷靠近潛艇，并最終坐落在槽內(nèi)由連接固定機(jī)構(gòu)固定。

例如：美海軍近年來重點(diǎn)研究和發(fā)展一種叫作“曼塔”（Manta）的水下無人運(yùn)載器，并為其提出了核潛艇外槽馱帶回收的概念，如下頁圖6所示。“曼塔”水下無人運(yùn)載器扁平的外形改變了傳統(tǒng)水下航行器的設(shè)計(jì)，可以在其上面靈活裝置各種任務(wù)載荷，以執(zhí)行情報(bào)監(jiān)視偵察、反潛、反水雷以及承擔(dān)水下網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等任務(wù)，代表了未來水下特種運(yùn)載器的一種主要的發(fā)展方向，因此，利用潛艇外槽馱帶回收這類運(yùn)載器也將是一種重要的回收方式。

圖6潛艇外槽馱帶回收示意圖

外槽馱帶回收的優(yōu)點(diǎn)是不需要運(yùn)載器具備嚴(yán)格規(guī)則的外形，外槽位置較為靈活，可攜帶和回收較多數(shù)量的運(yùn)載器。缺點(diǎn)則是：運(yùn)載器暴露在海水里，要有承受海水壓力的能力；運(yùn)載器的外形要與潛艇外槽形狀相一致；回收時(shí)對(duì)潛艇和運(yùn)載器的協(xié)同配合要求較高。

4　專用對(duì)接器回收

主要是指潛艇等運(yùn)載器的母艇投放專門的對(duì)接器，然后由運(yùn)載器自主地或半引導(dǎo)地接近對(duì)接器，并與對(duì)接器進(jìn)行對(duì)接。完成對(duì)接后，運(yùn)載器和對(duì)接器一同由潛艇等母艇拖帶航行，通常不進(jìn)入艇內(nèi)或固定在艇上。

專用對(duì)接器回收水下特種運(yùn)載器通常要經(jīng)歷匯合、對(duì)接、捕獲3個(gè)階段。

匯合階段：運(yùn)載器完成任務(wù)后，確定母艇的大概位置，然后調(diào)整航行路線駛向母艇，最終進(jìn)入選定的回收區(qū)域。

對(duì)接階段：運(yùn)載器進(jìn)入回收區(qū)域后，運(yùn)載器通過探測(cè)設(shè)備探測(cè)到對(duì)接器，或母艇直接通過水聲通信方式將對(duì)接器的狀態(tài)信息傳送給對(duì)方。根據(jù)信息，運(yùn)載器調(diào)整深度、航向、航速、姿態(tài)等要素，不斷靠近母艇機(jī)動(dòng)，最終使其接觸并對(duì)上對(duì)接器。

捕獲階段：運(yùn)載器對(duì)上對(duì)接器后，為了完成準(zhǔn)確對(duì)接回收，對(duì)接器內(nèi)設(shè)置高精度引導(dǎo)裝置進(jìn)行精確的引導(dǎo)，使運(yùn)載器最終與預(yù)定位置重合，并由固定機(jī)構(gòu)鎖定在對(duì)接器內(nèi)。

根據(jù)對(duì)接器的外形，對(duì)接器回收包括導(dǎo)向式對(duì)接器回收、坐落式對(duì)接器回收兩類。導(dǎo)向式對(duì)接回收的對(duì)接器一般由圓錐罩和對(duì)接管組成，其中圓錐罩用于搜索和引導(dǎo)運(yùn)載器，對(duì)接管則用于裝載和固定運(yùn)載器，具有代表性的如美國的“Remus”水下無人運(yùn)載器回收對(duì)接器，如圖7所示。坐落式對(duì)接器回收則有點(diǎn)類似于“飛機(jī)著落”的原理，回收器通常為一適當(dāng)大小的平臺(tái)，平臺(tái)上設(shè)有捕捉和鎖定機(jī)構(gòu)。

圖7導(dǎo)向式對(duì)接回收示意圖

專用對(duì)接器回收的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)接器投放在母艇外，對(duì)其形狀和尺寸，以及相應(yīng)的運(yùn)載器形狀和尺寸沒有特定限制；不用對(duì)潛艇等母艇進(jìn)行專門的改造。其缺點(diǎn)則是：運(yùn)載器回收后需要母艇馱帶航行，安全系數(shù)較低，且馱帶航行也增加了母艇航行阻力；運(yùn)載器回收后同樣暴露在海水里，需要承受海水壓力。

5　結(jié)論

水下特種運(yùn)載器是實(shí)施和保障水下特種作戰(zhàn)行動(dòng)的主戰(zhàn)裝備之一，隨著水下特種作戰(zhàn)研究的不斷深入，關(guān)于水下特種運(yùn)載器回收等技術(shù)的研究和發(fā)展也越來越重要。本文從水下特種作戰(zhàn)需求出發(fā)，針對(duì)水下回收運(yùn)載器這一更具有價(jià)值的回收方式，較為全面地分析了當(dāng)前國內(nèi)外研究以及在未來具有應(yīng)用前景的幾類水下特種運(yùn)載器水下回收方式，包括：魚雷發(fā)射管回收、導(dǎo)彈發(fā)射管回收、馱帶回收、專用對(duì)接器回收等。本文通過對(duì)水下特種運(yùn)載器水下回收方式的梳理，為我國水下蛙人運(yùn)載器和無人運(yùn)載器的研究和發(fā)展提供一定的思路。

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Research on the Underwater Recovery Manner for Underwater Special Vehicles

WU Ze-wei，WU Xiao-feng，DU Hu
（Navy Marine Academy，Guangzhou 510430，China）

Abstract：The problem of recovery plays a key role in the research of underwater special vehicle. There are two main approaches when recovering underwater special vehicle currently，including surface recovery and underwater recovery. Focusing on underwater recovery for underwater special vehicle，this paper investigates several prospective recovery manners such as recovering via torpedo launching tube，recovering via missile launching tube，underwater back-carrying recovery，and recovering via special underwater joint unit. Both of the superiority and shortcoming of each recovery manner are further studied，finally.

Key words：underwater special vehicle，underwater recovery，host-vehicle

作者簡介：吳澤偉（1982-），男，安徽黃山人，博士。研究方向：水下航行器控制及軍事應(yīng)用、復(fù)雜系統(tǒng)建模與同步。

*基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61074012，11202239）

收稿日期：2015-01-05

文章編號(hào)：1002-0640（2016）02-0028-04

中圖分類號(hào)：TP24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

修回日期：2015-02-17