一種火箭式防空水雷的設(shè)計(jì)

李居偉，韓 強(qiáng)，謝力波，暴洪波

（1. 海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，山東 青島 266041；2. 中國人民解放軍91213部隊(duì)，山東 煙臺(tái) 264003）

0 引言

美軍認(rèn)為直升機(jī)反水雷為水面艦艇反水雷作戰(zhàn)提供了有益的補(bǔ)充，它在水雷雷場(chǎng)作業(yè)時(shí)不僅安全，而且可以快速反應(yīng)、快速部署，且掃雷速度是水面掃雷艦的4倍[1]。近年來，美國海軍提出了水雷戰(zhàn)轉(zhuǎn)型計(jì)劃，旨在彌補(bǔ)其獵掃雷能力短板[2]，其最新型的AN/AES-1機(jī)載激光水雷探測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于“環(huán)太平洋—2018”海上軍事演習(xí)[3]。

水雷戰(zhàn)中，如果在反潛或反艦水雷陣列中混合有部分防空水雷，必定能夠遲滯敵方掃雷行動(dòng)，提高布雷作戰(zhàn)效能。

1 防空水雷作戰(zhàn)目標(biāo)

目前，地空式反直升機(jī)地雷已經(jīng)基本進(jìn)入使用階段[4]，而廣泛使用的水雷則主要用于反艦和反潛。防空用的出水攻擊水雷則基本處于研究階段，并且多考慮采用防空導(dǎo)彈安裝于雷體內(nèi)部，作為水雷有效戰(zhàn)斗彈藥[5]。這種防空水雷成本高、技術(shù)難度大、尚無使用跡象。

本文設(shè)計(jì)了一種火箭式防空水雷，它適用于潛艇、水面艦布雷，經(jīng)適應(yīng)性改裝也可適用于飛機(jī)布雷。火箭式防空水雷的攻擊對(duì)象是進(jìn)行低空飛行的直升機(jī)。例如正在進(jìn)行低空掃雷作業(yè)，或者正在進(jìn)行低空反潛作業(yè)的直升機(jī)；也可以通過預(yù)制破片戰(zhàn)斗部毀傷位于水雷附近的艦船上的艦面人員或設(shè)備。

水雷的主要戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在隱蔽性方面，而防空水雷主動(dòng)攻擊空中目標(biāo)。這看似會(huì)造成雷陣的過早暴露，實(shí)際上只要采用合理的布雷戰(zhàn)術(shù)，主動(dòng)暴露并不意味著真正暴露，更可能給敵方造成更大的疑似雷區(qū)，進(jìn)而降低掃雷效率[6-8]。例如，防空水雷既可以混入普通雷陣間隔布設(shè)，也可以遠(yuǎn)離雷陣單獨(dú)布設(shè)。靈活多樣的戰(zhàn)術(shù)使用方法不僅不會(huì)過早暴露我方意圖，還能進(jìn)一步迷惑敵方，制造更加濃密的戰(zhàn)場(chǎng)迷霧。

2 水雷基本工作過程

2.1 展開工作過程

水雷平時(shí)狀態(tài)如圖1所示。

圖1 未展開雷體基本結(jié)構(gòu)示意圖（殼體解剖）Fig. 1 Internal structure diagram of folded mine

水雷布放入水后，首先將頂部保護(hù)蓋拋離，浮囊充氣，使雷體頭部浮出水面，同時(shí)阻尼盤打開。此時(shí)雷體浮力主要集中在上部，可使雷體主要部分垂直立于水面之下。浮囊充氣完畢，阻尼盤打開后，底蓋脫離雷體，牽引鋼索下沉，直至鋼索拉緊。此時(shí)，雷體在向上的浮力（浮囊和雷體產(chǎn)生）和向下的拉力（底蓋和鋼索產(chǎn)生）共同作用下，以較穩(wěn)定的豎直姿態(tài)漂浮，其頂端的聲音傳感器露出水面，進(jìn)入如圖2所示的待發(fā)狀態(tài)。

圖2 展開后雷體基本結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Basic structure of unfloded mine

2.2 攻擊工作過程

水雷進(jìn)入待發(fā)狀態(tài)后，雷體頂端安裝的聲音傳感器陣列，在內(nèi)部電源和信號(hào)處理電路的驅(qū)動(dòng)下，不斷探測(cè)直升機(jī)噪聲。當(dāng)噪聲達(dá)到一定程度，內(nèi)部電路同時(shí)觸發(fā)雷體內(nèi)安裝的多枚火箭彈點(diǎn)火發(fā)射。點(diǎn)火后，火箭彈向上沖破發(fā)射管上端的易碎堵蓋飛出發(fā)射管，同時(shí)火藥氣體向下沖破發(fā)射管下端的易碎堵蓋，經(jīng)過氣體下泄通道排出?；鸺龔棽捎枚〞r(shí)引信和預(yù)制破片戰(zhàn)斗部，上升到一定高度時(shí)爆炸，高速拋撒破片，對(duì)一定范圍內(nèi)的直升機(jī)起到殺傷作用?；鸺龔棻ǜ叨瓤筛鶕?jù)反潛直升機(jī)、掃雷直升機(jī)的一般工作高度進(jìn)行設(shè)定。戰(zhàn)斗部對(duì)于直升機(jī)類目標(biāo)有一定硬殺傷效果，但更多的體現(xiàn)為對(duì)目標(biāo)的威懾作用，從而改變目前航空反潛戰(zhàn)、直升機(jī)掃雷戰(zhàn)呈現(xiàn)出的完全非對(duì)稱的局面。

由于火箭彈發(fā)射時(shí)火藥氣體向下噴射，降低了雷體后坐力；加之雷體外部的阻尼盤和浮囊的阻尼作用，使雷體能在發(fā)射中保持一定的穩(wěn)定性。

3 水雷主要功能設(shè)計(jì)

水雷主要技術(shù)特征是雷體內(nèi)安裝多管火箭彈發(fā)射裝置，可同時(shí)發(fā)射多枚帶有預(yù)制破片戰(zhàn)斗部和定時(shí)引信的火箭彈，形成一個(gè)較大范圍的殺傷區(qū)域，對(duì)此范圍內(nèi)的直升機(jī)造成殺傷；頂端安裝聲音傳感器，用于探測(cè)海洋背景噪聲下直升機(jī)旋翼工作中的特殊噪音[9]；內(nèi)部安裝電源和電路系統(tǒng)，用于處理噪音信號(hào)和控制火箭彈的點(diǎn)火等；雷體安裝有穩(wěn)定裝置，主要是側(cè)面安裝的浮囊和阻尼盤，以及雷體底部安裝的鋼索及鋼索下端的重物。其中的阻尼盤類似于聲吶浮標(biāo)展開后的穩(wěn)定阻尼器[10]，起到保證雷體在水中的漂浮和穩(wěn)定作用。

3.1 水雷未展開時(shí)的基本結(jié)構(gòu)組成

如圖1所示，雷體外部主要部件是鋼質(zhì)圓筒形殼體，主要功能部件均安裝在殼體內(nèi)部。殼體頂端安裝有頂部保護(hù)罩（水雷布放后拋掉）；雷體底端安裝底蓋（展開后底蓋作為雷體下墜重物）；殼體外表面自上而下分別設(shè)有浮囊安裝部位和2個(gè)阻尼盤安裝部位。浮囊和阻尼盤的安裝要滿足2個(gè)條件：1）安裝后該部位的外徑不超過殼體外徑；2）各部件安裝要保證殼體有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。殼體內(nèi)部頂端是聲音傳感器陣列及其安裝座，火箭發(fā)射管的頂端也露出安裝座，以便于火箭彈點(diǎn)火后飛出。多個(gè)火箭發(fā)射管呈圓周排列安裝，均與雷體軸線成一定角度。在各發(fā)射管之間，上到安裝座下到下發(fā)射管固定盤的空間較大，且嚴(yán)格密封，用于安裝電源、電路系統(tǒng)和電纜等電器部件。下發(fā)射管固定盤之下安裝有完全密封的中空筒體，中空筒體外側(cè)纏繞鋼索，下端安裝底蓋。

3.2 水雷展開的動(dòng)作步驟及展開后的基本結(jié)構(gòu)

如圖2所示，水雷布放入水后，電源開始供電，首先將頂部保護(hù)罩（見圖1）拋離，浮囊充氣，使雷體頭部浮出水面，同時(shí)阻尼盤張開。此時(shí)，雷體浮力主要集中在上部，可使雷體垂直于水面豎立。然后，底蓋脫離雷體下沉，并牽引鋼索。當(dāng)?shù)咨w下沉至海底后，將鋼索拉緊，雷體在浮力和重物（底蓋）的拉力共同作用下，進(jìn)入錨定的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)開始工作。此時(shí)，雷體上半部分（安裝火箭發(fā)射裝置部分）全部和下半部分的中空筒體內(nèi)完全密封，中空筒體與殼體之間的氣體下泄通道內(nèi)仍可密封部分空氣（但底部通向海水），水雷整體有較大正浮力。

水雷入水展開的動(dòng)作流程如圖3所示。

3.3 火箭彈的安裝

如圖4所示，火箭彈安裝在發(fā)射管內(nèi)，多個(gè)發(fā)射管與雷體形成一定的扭轉(zhuǎn)安裝關(guān)系，即發(fā)射管軸線與雷體軸線、雷體橫截面（即發(fā)射管固定盤的安裝平面）均夠成一定角度。發(fā)射管上下均由易碎密封堵蓋封堵，既能夠確保發(fā)射管內(nèi)部的密封性，又能夠確保發(fā)射時(shí)火箭運(yùn)行通道和氣體排泄通道的暢通。

圖4 火箭彈發(fā)射管安裝示意圖Fig. 4 Installation diagram of rocket launchers

3.4 聲音傳感器陣列的安裝

如圖5所示，聲音陣列位于雷體頂端，由多個(gè)聲音傳感器組成，工作時(shí)露出水面，能夠辨別直升機(jī)噪音的基本方位和強(qiáng)度。這些傳感器按照一定陣型安裝在傳感器安裝座上。

圖5 聲音傳感器陣列安裝示意圖Fig. 5 Installation diagram of acoustic sensors array

3.5 火箭彈發(fā)射控制流程

火箭彈的發(fā)射控制由電路系統(tǒng)負(fù)責(zé)。電路系統(tǒng)主要包括聲音傳感器陣列、聲音信號(hào)處理系統(tǒng)和火箭發(fā)射控制系統(tǒng)3個(gè)部分?；鸺龔棸l(fā)射控制基本流程如圖6所示。

聲音傳感器陣列安裝于雷體頂端，在內(nèi)部電源和信號(hào)處理電路的驅(qū)動(dòng)下，不斷探測(cè)直升機(jī)噪聲，形成電信號(hào)傳遞給聲音信號(hào)處理系統(tǒng)；聲音信號(hào)處理系統(tǒng)經(jīng)過信號(hào)處理，判斷目標(biāo)直升機(jī)噪聲的基本方位和強(qiáng)度，進(jìn)而判斷目標(biāo)直升機(jī)是否在攻擊范圍內(nèi)；當(dāng)判定可以攻擊時(shí)，向火箭發(fā)射控制系統(tǒng)發(fā)出火箭彈點(diǎn)火指令；火箭發(fā)射控制系統(tǒng)則向各火箭彈發(fā)出點(diǎn)火脈沖信號(hào)，同時(shí)觸發(fā)雷體內(nèi)安裝的多枚火箭彈點(diǎn)火發(fā)射。

圖6 火箭彈發(fā)射控制流程示意圖Fig. 6 Flow chart of rocket launching control

4 水雷設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要點(diǎn)

水雷要達(dá)成上文所述的各項(xiàng)功能，必須實(shí)現(xiàn)如下3個(gè)方面的技術(shù)要點(diǎn)，而這些功能均可由現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

1）實(shí)現(xiàn)火箭彈的安裝和發(fā)射控制。

多枚火箭彈集束安裝在雷體內(nèi)部，發(fā)射管上下均有易碎堵蓋密封，發(fā)射管軸線與雷體軸線成一定夾角，使多枚火箭彈的發(fā)射方向不同，從而保證火箭彈在空中有一定的散布范圍?；鸺龔楛c(diǎn)火指令由“聲音信號(hào)處理系統(tǒng)”發(fā)出，“聲音信號(hào)處理系統(tǒng)”不斷搜集處理聲音傳感器陣列給出的信號(hào)，從而判定噪聲源是否是直升機(jī)，并判斷直升機(jī)是否在攻擊范圍內(nèi)；一旦確定，便向“火箭發(fā)射控制系統(tǒng)”發(fā)出火箭彈點(diǎn)火信號(hào)；“火箭發(fā)射控制系統(tǒng)”產(chǎn)生多枚火箭彈的點(diǎn)火脈沖，火箭彈同時(shí)點(diǎn)火攻擊目標(biāo)。

2）實(shí)現(xiàn)水雷展開后的雷體穩(wěn)定。

雷體分為上下2個(gè)部分，上部雷體嚴(yán)格密封，主要用于安裝火箭發(fā)射裝置、電源和控制電路等；下部雷體中間是一個(gè)密封的中空筒體。未展開時(shí)，中空筒體和水雷殼體之間安裝鋼索，中空筒體底部（亦即雷體底部）安裝錨。展開后，雷體上端的浮囊充氣提供浮力，雷體外部阻尼盤張開，錨脫離雷體牽引鋼索下沉，直至鋼索拉直。鋼索被拉出后，下部雷體的中空筒體與殼體之間形成一個(gè)環(huán)形夾層，該夾層頂部密封，由發(fā)射管的下固定盤和密封的火箭發(fā)射管下端構(gòu)成，底部通向海水。該夾層是火箭發(fā)射時(shí)的氣體下泄通道。

3）實(shí)現(xiàn)火箭彈發(fā)射時(shí)的雷體穩(wěn)定。

主要通過減小和抵消后坐力，保持火箭彈發(fā)射時(shí)的雷體穩(wěn)定?；鸺龔楛c(diǎn)火后，上下易碎堵蓋破裂，火箭彈沿發(fā)射管向上飛出的同時(shí)，其噴射的火藥氣體則通過氣體下泄通道由雷底部排出，保證了火箭發(fā)射時(shí)的后坐力大部分不直接作用在雷體上，從而實(shí)現(xiàn)減小后坐力的效果。同時(shí)，由于浮囊和阻尼盤在垂直方向上的抵消作用，進(jìn)一步降低雷體縱向位移幅度，從而保持雷體穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

直升機(jī)掃雷是一種高效的反水雷戰(zhàn)術(shù)，而反潛直升機(jī)則更是大型水面艦艇編隊(duì)必不可少的航空反潛作戰(zhàn)力量，可以說直升機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代海上作戰(zhàn)不可或缺的作戰(zhàn)平臺(tái)[11]。本文針對(duì)布雷作戰(zhàn)中的反直升機(jī)作戰(zhàn)需求，設(shè)計(jì)了一種火箭式防空水雷，能夠攻擊和威懾正在進(jìn)行低空掃雷或反潛作業(yè)的直升機(jī)，從而達(dá)到干擾遲滯其作戰(zhàn)行動(dòng)的目的。論文描述了反直升機(jī)水雷的作戰(zhàn)需求，給出了基本的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，總結(jié)了技術(shù)要點(diǎn)，為裝備論證研發(fā)提供了一種有效的設(shè)計(jì)思路。