海军战术导弹垂直发射技术

海军战术导弹垂直发射技术

技术类别：舰船技术;


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[定义]
　 顾名思义，垂直发射就是按垂直于载体平台的方向将投射物向上发射。按发射动力的不同，目前有两种发射方式：靠自推力发射的称为热发射，西方国家大多采用此种方式；靠外动力发射的称为冷发射，目前只有俄罗斯采用此种方式。因为垂直发射与传统的发射方式有着本质的不同，随之带来了许多不可比拟的优点：
　 ①、可全方位发射且发射率高，可有效对付大规模连续饱和攻击
　 发射时，载体无需作机动，发射装置不必瞄准，因而对射程内的任何目标可作出快速反应；每一个贮运/发射箱构成一个独立的发射实体，一但安装好，随载体一起参战时，它将始终处于待发状态。
　 ②、弹库容量大
　 垂直发射系统是将发射、贮运、弹库集成为一体的，节省了占用空间。在相同体积下，可大大增加载弹量。
　 ③、结构简单、故障率低
　 垂直发射系统不需传动系统和回旋系统，活动部件少，因而降低了故障率。
　 ④、成本低、全寿期费用少
　 由于实现了标准化，生产批量大，又可多次使用，且弹库内没有大型精密传动机械，降低了备件需求和维修要求，使采购费和全寿期使用费用大大减少。
　 ⑤、模块化、通用化、配置灵活
　 由于实现了模块化设计，发射模块的安装位置及数量可根据需要而定，其灵活性大大提高。
　
　

[相关技术]材料；计算机；自动控制炮弹；内弹道；燃烧控制
　
　

[技术难点]
　 垂直发射系统的技术难点将涉及有，贮运/发射箱结构设计、导弹推力矢量控制、火控通道等环节。
　 ①、贮运/发射箱
　 首先要求它必须能承受发射时的高温、高压燃气流；发射时，箱内必需的导轨、电气连接件、保险解脱、约束机构等装置都应工作可靠；箱内应配置喷淋注水系统，它与舰上的冲水支管相接，在导弹意外点火或箱内温度过高时，它对导弹战斗部和发动机自动进行喷水冷却。
　 ②、燃气排导系统
　 导弹发射产生的高温高速燃气如何排放，是导弹发射系统设计中的关键问题，燃气排导系统就是完成此任务的一种必不可少的装置。它通常由压力通风室和垂直排气道组成。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。在整个排气道的内表面衬有抗烧蚀材料。排气道的配置有不同的方式，美国Mk41系统，每个模块只有1套排导系统，8个导弹贮运发射箱共用；英国"海狼"系统，每个贮运发射箱配置1套
　 ③、火控通道设计
　 高发射率需要一定量的火控通道，以便在每枚导弹发射前能够快速装定必要的目标方位、速度等参数，并提供必要的修正指令。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，没有足够多的火控通道，垂直发射就不能实现高的发射率。
　 ④、垂直发射导弹的转弯技术
　 导弹实施实时转弯是垂直发射成功的关键之一。导弹刚发射时的速度小、动压低、空气舵尚不能实施控制，欲使在达到适宜高度时能即时转弯，需借助推力矢量控制来提供转弯所需的控制力。可供战术导弹使用的推力矢量控制方式有：单个或多个偏转喷管控制、尾控制面与可转喷管相结合控制、液体喷射控制、电子液压操纵的燃气舵控制、燃气舵与尾控制面相结合控制等。目前，大多采用燃气舵推力矢量控制方式。
　 控制转弯主要参数有：助推加速度、转弯开始时间、舵偏转角大小、偏转速度。合理选择是垂直发射导弹转弯成功的关键。
　

[国外概况]
　 战略上，垂直发射技术是随着弹道式战略导弹的问世一并而出，并得到应用的。德国是最早采用垂直发射技术的国家，它在第二次大战即将结束时曾研究从潜艇后拖曳容器中垂直发射V2导弹的可行性。随着技术的进步，不仅弹道式导弹实现了垂直发射，各种战术导弹也成功地实现了垂直发射（典型实例是美国海军的Mk41型系统），如今从水面、水下、地面、地下几乎都能实现垂直发射。
　 目前，从事垂直发射技术研究的国家有美国、俄罗斯、英国、法国、以色列等，它们都有成功的系统。
　 ①、俄罗斯舰载垂直发射系统
　 俄罗斯海军在其三型水面舰艇上装有垂直发射系统：
　"基洛夫"号核动力导弹巡洋舰的首甲板下面，配置有三列SA-N-6导弹发射装置（每列8枚），在甲板面上可见到 12个2.5×1.5米的矩形舱盖。每个舱盖下面的导弹装在各自的贮运箱内，贮运箱垂直安置在备弹环上，随着备弹环的回转，控制导弹对准发射口。
　 在"光荣"级巡洋舰上，SA-N-6导弹发射装置略有不同，8个发射装置分两列，纵向布置在烟囱后的中部甲板上。每个发射装置呈圆形，有一个发射口。
　 在"勇敢"级驱逐舰上，配置有SA-N-8导弹发射系统，它采用弹箱内的冷发射。当导弹升至预定高度后（约弹射后的1.6秒），导弹尾部的两个小喷管喷气，舵操纵导弹，按射前装定的状态参数转弯，弹上发动机点火，导弹进入初始飞行段。
　 ②、美国海军的Mk41型垂直发射系统
　 目前，Mk41系统在美海军大、中型水面舰艇都有装配。例如，美国"提康德罗加"（CG47）级巡洋舰、"斯普鲁恩斯"（DD963）级巡洋舰、"阿利·伯克"（DDG51）级驱逐舰。
　 Mk41系统具有模块化、有限的共架发射、易于再装填等特点。其标准模块（主模块）为8格舱式发射/贮运箱，箱内有一个共用的燃气排导系统；为实现航行中或在码头上的补给操作，Mk41系统还自备一个装填模块，其外形尺寸与标准模块相同，不同的是有3个格舱用于承装一台起重机，平时收藏在舱盖下；在收贮作业时，升到甲板上并伸开起重臂，可将贮运箱吊入任何一个发射格中。
　 ③、北约轻型"海麻雀"垂直发射系统
　 该发射系统是北约成员国的一个合作发展项目，开始于1977年，由美国雷索公司主包。它的发展宗旨是改进"海麻雀"导弹系统的作战反应时间，提高点防御导弹系统的作战能力。此系统于1981年在加拿大"休伦人"护卫舰上首次发射。1988年秋，Mk48系统还与美国"布里斯科"（DD-977）号驱逐舰上的Mk91火控系统联调，并于1989年3月成功进行了发射试验。目前，除美海军改进型"黄蜂"级两栖攻击舰及加拿大、荷兰、希腊海军的新型护卫舰上已装备了Mk48系统外,土耳其、葡萄牙也在计划选购该系统。
　 Mk48系统的特点是重量轻及占用甲板空间比较小，适宜护卫舰以下的小型舰艇。它主要由Mk220型导弹发控器、Mk63型舰用电气接口设备（SMI-E）和Mk164型导弹发射装置组成。Mk220导弹发控器作为由程序化微处理机组成 的火控系统与Mk48垂直发射系统之间的接口设备，主要完成对目标交战点的计算，发射分配与发射顺序的控制，对喷气叶片控制器机组下达指令以实施导弹旋转控制；对本舰固有结构进行规避计算；控制4台SMI-E；控制16枚导弹。Mk63舰用电气接口作为导弹发控器与4枚导弹间的接口设备，主要完成点火器/导火管的供电和电路转换，向导弹装运箱分配舰上电源和信号系统的功能。导弹装运箱是由铝质蜂房式结构支撑的发射导轨，主要用于导弹的储存、运输和发射，此外它还装有加盖的防冻加热器。
　 Mk48系统按不同的装备形式有0型、1型和2型之分。从目前已装有的国家，如美国、加拿大、荷兰、希腊的水面舰艇上的Mk48系统的配置看，加拿大"哈利法克斯"级护卫舰上的装配形式为0型，在舰体中部附近的两舷各装备有8枚"海麻雀"导弹的垂直发射装置；它向上喷射排气，喷射口的前端与垂直方向倾斜25°。在荷兰"卡雷尔·多尔曼"级护卫舰上的装备形式为1型，直升机库侧壁（仅左舷）装有16枚"海麻雀"导弹的垂直发射装置，它横向喷射排气；希腊Ydra(MEKO200)护卫舰上的装配形式为2型，在烟囱后部的上层建筑上装备有16枚"海麻雀"导弹的垂直发射装置，它向上喷射排气，喷射口前端垂直。
　 ④、英国GWS26-1型"海狼"导弹垂直发射系统
　 "海狼"导弹垂直发射系统采用8格舱模块结构，每个模块重3.4吨。它的贮运箱为圆筒型结构，顶部是易碎盖，发射前由小型爆炸装置爆碎；底部完全封闭。贮运箱与燃气排导装置合为一体，四个排气道分布在四个弹翼之间，采用同心排导方式。这种一体化结构使贮运箱易于单个或成群地在甲板上或甲板下安装，它重量轻（贮运箱和导弹总重约200千克）、结构简单紧凑、可靠性高、成本低，是一种成功的设计。
　 此外还有，以色列"巴拉克"点防御导弹垂直发射系统、法国"紫苑"导弹垂直发射系统。
　
　

[影响]
　 垂直发射技术带来的影响是巨大的。它使防空导弹在同时迎战多个空中目标、瞬时快速反应、连续反击等方面成为可能。为实现共架发射（模块化、标准化）、编队区域防空（大容量贮备）、多通道作战（高发射率）提供了技术基础。


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提供单位：船舶工业总公司
责任者：刘小平海军战术导弹垂直发射技术

技术类别：舰船技术;


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[定义]
　 顾名思义，垂直发射就是按垂直于载体平台的方向将投射物向上发射。按发射动力的不同，目前有两种发射方式：靠自推力发射的称为热发射，西方国家大多采用此种方式；靠外动力发射的称为冷发射，目前只有俄罗斯采用此种方式。因为垂直发射与传统的发射方式有着本质的不同，随之带来了许多不可比拟的优点：
　 ①、可全方位发射且发射率高，可有效对付大规模连续饱和攻击
　 发射时，载体无需作机动，发射装置不必瞄准，因而对射程内的任何目标可作出快速反应；每一个贮运/发射箱构成一个独立的发射实体，一但安装好，随载体一起参战时，它将始终处于待发状态。
　 ②、弹库容量大
　 垂直发射系统是将发射、贮运、弹库集成为一体的，节省了占用空间。在相同体积下，可大大增加载弹量。
　 ③、结构简单、故障率低
　 垂直发射系统不需传动系统和回旋系统，活动部件少，因而降低了故障率。
　 ④、成本低、全寿期费用少
　 由于实现了标准化，生产批量大，又可多次使用，且弹库内没有大型精密传动机械，降低了备件需求和维修要求，使采购费和全寿期使用费用大大减少。
　 ⑤、模块化、通用化、配置灵活
　 由于实现了模块化设计，发射模块的安装位置及数量可根据需要而定，其灵活性大大提高。
　
　

[相关技术]材料；计算机；自动控制炮弹；内弹道；燃烧控制
　
　

[技术难点]
　 垂直发射系统的技术难点将涉及有，贮运/发射箱结构设计、导弹推力矢量控制、火控通道等环节。
　 ①、贮运/发射箱
　 首先要求它必须能承受发射时的高温、高压燃气流；发射时，箱内必需的导轨、电气连接件、保险解脱、约束机构等装置都应工作可靠；箱内应配置喷淋注水系统，它与舰上的冲水支管相接，在导弹意外点火或箱内温度过高时，它对导弹战斗部和发动机自动进行喷水冷却。
　 ②、燃气排导系统
　 导弹发射产生的高温高速燃气如何排放，是导弹发射系统设计中的关键问题，燃气排导系统就是完成此任务的一种必不可少的装置。它通常由压力通风室和垂直排气道组成。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。在整个排气道的内表面衬有抗烧蚀材料。排气道的配置有不同的方式，美国Mk41系统，每个模块只有1套排导系统，8个导弹贮运发射箱共用；英国"海狼"系统，每个贮运发射箱配置1套
　 ③、火控通道设计
　 高发射率需要一定量的火控通道，以便在每枚导弹发射前能够快速装定必要的目标方位、速度等参数，并提供必要的修正指令。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，没有足够多的火控通道，垂直发射就不能实现高的发射率。
　 ④、垂直发射导弹的转弯技术
　 导弹实施实时转弯是垂直发射成功的关键之一。导弹刚发射时的速度小、动压低、空气舵尚不能实施控制，欲使在达到适宜高度时能即时转弯，需借助推力矢量控制来提供转弯所需的控制力。可供战术导弹使用的推力矢量控制方式有：单个或多个偏转喷管控制、尾控制面与可转喷管相结合控制、液体喷射控制、电子液压操纵的燃气舵控制、燃气舵与尾控制面相结合控制等。目前，大多采用燃气舵推力矢量控制方式。
　 控制转弯主要参数有：助推加速度、转弯开始时间、舵偏转角大小、偏转速度。合理选择是垂直发射导弹转弯成功的关键。
　

[国外概况]
　 战略上，垂直发射技术是随着弹道式战略导弹的问世一并而出，并得到应用的。德国是最早采用垂直发射技术的国家，它在第二次大战即将结束时曾研究从潜艇后拖曳容器中垂直发射V2导弹的可行性。随着技术的进步，不仅弹道式导弹实现了垂直发射，各种战术导弹也成功地实现了垂直发射（典型实例是美国海军的Mk41型系统），如今从水面、水下、地面、地下几乎都能实现垂直发射。
　 目前，从事垂直发射技术研究的国家有美国、俄罗斯、英国、法国、以色列等，它们都有成功的系统。
　 ①、俄罗斯舰载垂直发射系统
　 俄罗斯海军在其三型水面舰艇上装有垂直发射系统：
　"基洛夫"号核动力导弹巡洋舰的首甲板下面，配置有三列SA-N-6导弹发射装置（每列8枚），在甲板面上可见到 12个2.5×1.5米的矩形舱盖。每个舱盖下面的导弹装在各自的贮运箱内，贮运箱垂直安置在备弹环上，随着备弹环的回转，控制导弹对准发射口。
　 在"光荣"级巡洋舰上，SA-N-6导弹发射装置略有不同，8个发射装置分两列，纵向布置在烟囱后的中部甲板上。每个发射装置呈圆形，有一个发射口。
　 在"勇敢"级驱逐舰上，配置有SA-N-8导弹发射系统，它采用弹箱内的冷发射。当导弹升至预定高度后（约弹射后的1.6秒），导弹尾部的两个小喷管喷气，舵操纵导弹，按射前装定的状态参数转弯，弹上发动机点火，导弹进入初始飞行段。
　 ②、美国海军的Mk41型垂直发射系统
　 目前，Mk41系统在美海军大、中型水面舰艇都有装配。例如，美国"提康德罗加"（CG47）级巡洋舰、"斯普鲁恩斯"（DD963）级巡洋舰、"阿利·伯克"（DDG51）级驱逐舰。
　 Mk41系统具有模块化、有限的共架发射、易于再装填等特点。其标准模块（主模块）为8格舱式发射/贮运箱，箱内有一个共用的燃气排导系统；为实现航行中或在码头上的补给操作，Mk41系统还自备一个装填模块，其外形尺寸与标准模块相同，不同的是有3个格舱用于承装一台起重机，平时收藏在舱盖下；在收贮作业时，升到甲板上并伸开起重臂，可将贮运箱吊入任何一个发射格中。
　 ③、北约轻型"海麻雀"垂直发射系统
　 该发射系统是北约成员国的一个合作发展项目，开始于1977年，由美国雷索公司主包。它的发展宗旨是改进"海麻雀"导弹系统的作战反应时间，提高点防御导弹系统的作战能力。此系统于1981年在加拿大"休伦人"护卫舰上首次发射。1988年秋，Mk48系统还与美国"布里斯科"（DD-977）号驱逐舰上的Mk91火控系统联调，并于1989年3月成功进行了发射试验。目前，除美海军改进型"黄蜂"级两栖攻击舰及加拿大、荷兰、希腊海军的新型护卫舰上已装备了Mk48系统外,土耳其、葡萄牙也在计划选购该系统。
　 Mk48系统的特点是重量轻及占用甲板空间比较小，适宜护卫舰以下的小型舰艇。它主要由Mk220型导弹发控器、Mk63型舰用电气接口设备（SMI-E）和Mk164型导弹发射装置组成。Mk220导弹发控器作为由程序化微处理机组成 的火控系统与Mk48垂直发射系统之间的接口设备，主要完成对目标交战点的计算，发射分配与发射顺序的控制，对喷气叶片控制器机组下达指令以实施导弹旋转控制；对本舰固有结构进行规避计算；控制4台SMI-E；控制16枚导弹。Mk63舰用电气接口作为导弹发控器与4枚导弹间的接口设备，主要完成点火器/导火管的供电和电路转换，向导弹装运箱分配舰上电源和信号系统的功能。导弹装运箱是由铝质蜂房式结构支撑的发射导轨，主要用于导弹的储存、运输和发射，此外它还装有加盖的防冻加热器。
　 Mk48系统按不同的装备形式有0型、1型和2型之分。从目前已装有的国家，如美国、加拿大、荷兰、希腊的水面舰艇上的Mk48系统的配置看，加拿大"哈利法克斯"级护卫舰上的装配形式为0型，在舰体中部附近的两舷各装备有8枚"海麻雀"导弹的垂直发射装置；它向上喷射排气，喷射口的前端与垂直方向倾斜25°。在荷兰"卡雷尔·多尔曼"级护卫舰上的装备形式为1型，直升机库侧壁（仅左舷）装有16枚"海麻雀"导弹的垂直发射装置，它横向喷射排气；希腊Ydra(MEKO200)护卫舰上的装配形式为2型，在烟囱后部的上层建筑上装备有16枚"海麻雀"导弹的垂直发射装置，它向上喷射排气，喷射口前端垂直。
　 ④、英国GWS26-1型"海狼"导弹垂直发射系统
　 "海狼"导弹垂直发射系统采用8格舱模块结构，每个模块重3.4吨。它的贮运箱为圆筒型结构，顶部是易碎盖，发射前由小型爆炸装置爆碎；底部完全封闭。贮运箱与燃气排导装置合为一体，四个排气道分布在四个弹翼之间，采用同心排导方式。这种一体化结构使贮运箱易于单个或成群地在甲板上或甲板下安装，它重量轻（贮运箱和导弹总重约200千克）、结构简单紧凑、可靠性高、成本低，是一种成功的设计。
　 此外还有，以色列"巴拉克"点防御导弹垂直发射系统、法国"紫苑"导弹垂直发射系统。
　
　

[影响]
　 垂直发射技术带来的影响是巨大的。它使防空导弹在同时迎战多个空中目标、瞬时快速反应、连续反击等方面成为可能。为实现共架发射（模块化、标准化）、编队区域防空（大容量贮备）、多通道作战（高发射率）提供了技术基础。


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提供单位：船舶工业总公司
责任者：刘小平