焦安龍，宋敬利

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魚雷動態(tài)打靶測量關(guān)鍵技術(shù)研究

焦安龍，宋敬利

（91439部隊，遼寧大連 116041）

魚雷動態(tài)打靶試驗是檢驗魚雷武器毀傷能力的最直接、最有效的方法，魚雷動態(tài)打靶試驗中由于魚雷爆炸對靶船產(chǎn)生的劇烈沖擊會造成靶船的嚴(yán)重毀傷甚至沉沒，因此魚雷動態(tài)打靶試驗中對靶船的沖擊測量需要考慮測量設(shè)備沖擊防護、遠程控制、數(shù)據(jù)的可靠回收等諸多技術(shù)問題，通過對魚雷動態(tài)打靶試驗測量工作所面臨的技術(shù)問題的難點分析，給出了相應(yīng)的解決方法，可以作為魚雷動態(tài)打靶試驗測量工作實施的參考。

魚雷 動態(tài)打靶 測量

0 引言

測量魚雷動態(tài)爆炸對艦船的毀傷程度，對于定量評估水中兵器的毀傷效能至關(guān)重要。以美國為首的西方國家十分重視水中兵器在水中爆炸后的毀傷機理、測試、評估和艦船的抗爆抗沖擊研究。美國一直堅持首制艦進行實船水中爆炸驗收試驗。美國海軍抗沖擊規(guī)范MIL-S-901D規(guī)定，凡小于181噸的艦載設(shè)備必須經(jīng)過水中爆炸抗沖擊考核試驗，大于181噸設(shè)備必須經(jīng)過沖擊計算考核[1]。

魚雷對艦艇的毀傷屬于接觸或近場爆炸毀傷，我國關(guān)于魚雷對水面艦艇的毀傷機理已經(jīng)開展過充分的理論研究[2]，以前由于受到測量手段的限制在魚雷實航打靶試驗中都沒有對爆炸毀傷效應(yīng)進行定量測量分析，一般只是宏觀看一下爆炸毀傷效果，對魚雷爆炸毀傷的定量測量目前都是通過陸上試驗進行，但由于空氣中爆炸與水中爆炸有著本質(zhì)的差別，陸爆方法不能對魚雷爆炸毀傷效能指標(biāo)作出科學(xué)判斷[3,4]。要想在接近實戰(zhàn)條件下檢驗魚雷攻擊目標(biāo)艦時的毀傷效應(yīng)必須通過動態(tài)打靶方式，并且要對靶船的結(jié)構(gòu)強度、沖擊響應(yīng)等參數(shù)進行測量。通過對魚雷攻擊水面艦艇的毀傷效應(yīng)測量關(guān)鍵技術(shù)研究和魚雷動態(tài)打靶測量工作的難點問題分析，給出測量設(shè)備在劇烈沖擊作用下的防護方法、測量設(shè)備的遠程控制方法，數(shù)據(jù)的可靠回收方法以及動態(tài)炸點位置測量的傳感器優(yōu)化布設(shè)及炸點位置的解算方法等，可以作為魚雷動態(tài)打靶測量工作的實施的參考。

1魚雷動態(tài)打靶測量工作的難點分析

魚雷動態(tài)打靶試驗中魚雷處于航行狀態(tài)，且魚雷攻擊艦船的位置不確定，因此對艦船的毀傷效應(yīng)存在很多不確定因素，這給測量工作帶來了諸多困難。首先要考慮測量設(shè)備的安全問題，必須找到一個相對安全的位置安裝測量設(shè)備，同時需要對測量設(shè)備采取必要的緩沖措施，確保設(shè)備在劇烈的沖擊作用下能夠可靠工作并有效進行數(shù)據(jù)采集。動態(tài)打靶試驗很有可能造成靶船沉沒，因此必須在靶船沉沒之前將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄出來，動態(tài)打靶試驗的危險性極大，在被試靶船附近不可能有其它艦船停留，因此需要遠距離對靶船狀態(tài)進行監(jiān)測，并將靶船的狀態(tài)實時傳送到控制端，當(dāng)控制端檢測到靶船即將沉沒時能夠?qū)崿F(xiàn)測量設(shè)備與靶船的分離，確保測量設(shè)備安全回收。為了準(zhǔn)確分析測量數(shù)據(jù)還需要知道爆炸瞬間魚雷相對靶船的位置，因此必須采取合適的定位測量手段和解算方法對魚雷進行精確定位。

2測量設(shè)備的安裝布置及遠程控制方法

測量設(shè)備要布置在相對安全的地方，因此需要對魚雷動態(tài)打靶時靶船的沖擊響應(yīng)進行事先評估，首先要對魚雷和被試艦分別進行建模，并針對魚雷在典型部位的接觸和近場爆炸開展仿真計算，通過仿真計算得出不同工況下船體結(jié)構(gòu)和重要艦載設(shè)備及武器裝備的沖擊響應(yīng)情況和應(yīng)力在結(jié)構(gòu)中的傳播規(guī)律。

由于魚雷動態(tài)攻擊靶船屬于近場或接觸爆炸，會使目標(biāo)艦產(chǎn)生大的變形或破口，有限元方法不再適用，采用光滑粒子流體動力學(xué)方法可以很好地解決近場和接觸爆炸毀傷的沖擊波載荷問題。氣泡脈動載荷采用邊界元法進行求解，氣泡射流載荷采用簡化計算方法，將射流簡化為高速運動流體，通過非線性雙漸進法計算氣泡射流載荷對船體的毀傷作用。結(jié)果對被試艦的建模采用全船建模方式，對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的艦載設(shè)備及重要武器裝備采用等效質(zhì)量方法進行建模。對魚雷爆炸載荷作用下被試艦沖擊響應(yīng)進行仿真計算得出全船沖擊響應(yīng)及重要裝備的沖擊輸入輸出參數(shù)，考慮到魚雷動態(tài)打靶炸點的隨機性，仿真計算應(yīng)考慮魚雷在不同攻擊位置（船艏、船舯、船艉）、不同攻擊角度（船底、舷側(cè)）爆炸進行。通過仿真計算找出被試艦沖擊相對較小的位置對測量設(shè)備進行安裝布置。

采用無線數(shù)傳電臺，在測量船和靶船之間通過自動尋址方式進行無線組網(wǎng)，由測量船上的控制端通過特定的指令對采集設(shè)備進行采集控制，在測量船上通過無線網(wǎng)絡(luò)對靶船上的采集設(shè)備進行測量參數(shù)設(shè)置、采集設(shè)置及觸發(fā)設(shè)置，測量設(shè)備的觸發(fā)采用傳感器信號觸發(fā)和遠程手動觸發(fā)雙備份的方式以確保測量設(shè)備可靠觸發(fā)采集[5]。對于魚雷實航爆炸威力測量試驗中，考慮到魚雷炸點的不確定性，自由場壓力傳感器信號強弱差別較大，如果預(yù)先指定某一通道為觸發(fā)通道，會給系統(tǒng)帶來很大的不確定性，因此需要對各個測量通道采取并聯(lián)的方法，當(dāng)任意一個通道達到觸發(fā)閾值時即可觸發(fā)測量設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集。

3測量設(shè)備的防護方法

魚雷爆炸時，強大的沖擊波會引起靶船的劇烈振動，為了確保靶船上各測試儀器的正常工作，必須將測試儀器安放在緩沖平臺上。緩沖平臺可以采取空氣彈簧緩沖器，也可以采取氣液緩沖器，但是在使用前需要對緩沖器的緩沖效果進行沖擊測試，合理調(diào)整空氣彈簧內(nèi)的氣壓以達到最佳緩沖效果，對于氣液緩沖器需要合理調(diào)整氣液比例，根據(jù)承載設(shè)備的重量進行充放氣操作。

測量設(shè)備屬于電子設(shè)備，不能接觸海水，當(dāng)靶船沉沒時必須保證測量設(shè)備的可靠回收，因此必須將測量設(shè)備安裝在具有防水功能的密封艙內(nèi)，密封艙內(nèi)要設(shè)置測量設(shè)備的供電電源，測量設(shè)備與傳感器相連的電纜要通過水密件穿過密封艙體。密封艙通過爆炸螺栓固定在緩沖平臺上，當(dāng)靶船即將沉沒時，可通過遠程控制指令迅速切斷密封艙與外部相聯(lián)的電纜以及密封裝置與緩沖平臺之間的連接，使密封艙浮于海面上，便于事后打撈，把試驗損失降低到最小限度。

4靶船狀態(tài)的監(jiān)測方法

為了準(zhǔn)確判定是否需要對密封裝置進行解脫，需要檢測底部船艙是否進水及進水深度，判斷是否具有沉船的可能，并進一步?jīng)Q定是否發(fā)出解脫指令。根據(jù)海水電導(dǎo)率較高，具有一定導(dǎo)流能力這一事實設(shè)計海水接觸傳感器，多只傳感器置于靶船不同位置，遠程控制端通過采集傳感器的導(dǎo)通狀態(tài)來判斷靶船的傾覆狀態(tài)。將多個液位開關(guān)出來的開關(guān)量信號分別通過光電隔離，進入單片機，經(jīng)過單片機的處理后，由RS232收發(fā)器轉(zhuǎn)化為RS232信號通過電纜與PC機通信，并由局域網(wǎng)發(fā)送至主控計算機。電路示意如圖1所示。

傳感器將觸水信號轉(zhuǎn)換為電信號，0為默認值，1為浸入海水導(dǎo)通狀態(tài)，按默認編號次序?qū)⒍鄠鞲衅鞯膶?dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為多位編碼。該數(shù)據(jù)字在總線控制器查詢后反饋，經(jīng)測控局域網(wǎng)發(fā)送至遙控端解碼顯示，由人工判斷傾覆狀態(tài)。

5測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄方法

要將測量數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)錄出來需要采用傳輸速率較高的傳輸設(shè)備，可以考慮采用光纖或無線方式進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄，但無線傳輸方式由于易受到周圍電磁環(huán)境干擾，且傳輸速率與距離有很大關(guān)系，而沖擊測量由于采樣率較高，采集的數(shù)據(jù)量較大，很難在短時間內(nèi)將數(shù)據(jù)安全轉(zhuǎn)錄出來，而光纖傳輸技術(shù)傳輸速率高，數(shù)據(jù)傳輸更加安全可靠，因此考慮采用光纖進行數(shù)據(jù)傳輸。由于實航打靶試驗時控制船離靶船較遠，若在控制船和靶船之間拉一條光纜海上實施難度較大，因此考慮在靶船附近布設(shè)一個用于承載轉(zhuǎn)錄裝置的浮體，將光纖從靶船拉至浮體上。

位于靶船上的數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過交換機融合在一起傳輸給光端機，然后通過光纖傳輸?shù)綌?shù)據(jù)轉(zhuǎn)存浮體上的光端機，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存浮體上的光端機接收數(shù)據(jù)并傳送給千兆交換機，最后千兆交換器將數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存計算機。由于數(shù)據(jù)采集設(shè)備可能有多個，因此需要對每個采集設(shè)備分配一個IP地址，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存與控制系統(tǒng)配置一個IP地址，雙方進行通信時通過IP地址就可以區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的信源和信宿，解決數(shù)據(jù)沖突的問題。

6炸點定位測量的測點優(yōu)化布置及解算方法

在魚雷實航打靶試驗中，無法采用GPS和水聲定位方法對動態(tài)炸點進行定位。因此考慮采用對壓力測量數(shù)據(jù)進行解算獲得爆源相對靶船位置的方法[6,7]。由于魚雷實航攻擊目標(biāo)艦的炸點隨機，傳感器布設(shè)位置的選擇很難，在目標(biāo)艦上布設(shè)壓力傳感器時應(yīng)盡量增加布設(shè)數(shù)量以獲取更準(zhǔn)確的爆源位置，但是受測量規(guī)模限制傳感器不宜布設(shè)太多，在測點數(shù)量有限的情況下需要對傳感器的安裝部位進行優(yōu)化設(shè)計，以確保動態(tài)炸點的定位精度，優(yōu)化設(shè)計要充分考慮動態(tài)炸點位置的隨機性，針對目標(biāo)艦的結(jié)構(gòu)特點，采用自由場壓力和船體壁壓兩種參數(shù)作為爆源定位的原始依據(jù)，首先確定在目標(biāo)艦上建立三維坐標(biāo)系，然后給定一個爆源的大概初始相對于靶船坐標(biāo)系的坐標(biāo)，以此坐標(biāo)為中心在三維空間進行網(wǎng)格劃分，計算各分割區(qū)域到達各測點位置的時間差并跟爆炸沖擊波信號達到各測點的實際時間差做比較，找出均方差最小的區(qū)域并繼續(xù)對該區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，繼續(xù)采用上述方法進行解算，直到均方差值小于事先設(shè)定的閾值計算結(jié)束。通過計算最終得到的網(wǎng)格坐標(biāo)即為爆源位置坐標(biāo)。

7結(jié)束語

魚雷動態(tài)打靶試驗的開展面臨諸多技術(shù)難題，通過對魚雷動態(tài)打靶試驗的難點問題進行分析，嘗試給出相應(yīng)的解決辦法，但在具體操作時還需要考慮很多細節(jié)問題，文章在這方面進行了初步探索，在具體實施時還需根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施。

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Research on Key Techniques of Dynamic Measurement for Torpedo Shooting

Jiao Anlong , Song Jingli

(Unit 91439 of PLA, DaLian 116041, Liaoning, China)

TJ630

A

1003-4862（2016）09-0028-03

2016-04-15

焦安龍（1974-），男，工程師。研究方向：魚雷技術(shù)。