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[摘 要]为保证某水下航行体的总体分离性能指标和可靠性指标要求而展开适用的总体分离试验系统研究。本研究以水下航行体总体分离试验的要求为基础，提出了总体分离试验系统的总体方案，并对平台总体配置、导航控制、动力推进、水池与水库发射布放等关键技术进行了研究，给出了解决途径。研究成果可应用于相关工程设计当中。
[关键词]水下航行体 分离试验 布放
中图分类号：TP337 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）37-0316-01
某水下航行体使用水深大、航程远、航行精度高，能实现远程精确布放，其系统组成结构复杂，技术含量高，总体分离布放试验研究的风险和难度大。所以，在研制中进行海上试验以前，必须先进行大量的水池、湖上静态和动态摸底试验，从而减少其研制费用、降低研制风险、缩短研制周期。
1、总体分离试验系统组成
总体分离试验系统[1]由模拟运载平台系统和布放系统组成。模拟运载平台系统用于模拟航行体的运载段，作为开展各种试验的载体；布放系统分为水池布放系统和水库布放系统，用于启动模拟运载平台航行，提供航行初速度和姿态。
模拟运载平台系统主要由平台箱体分系统、导航控制分系统、动力推进分系统、进水装置、分离装置、分离保险器等组成。水池布放系统主要由试验水池系统、发射架、拔杆装置、辅助固定装置、操作平台和防撞设备等组成。水库布放系统主要由双体船、发射架，发射架布放装置、辅助设备等组成。总体分离试验系统组成框图见图1。
2、总体分离试验系统工作过程
通过布放系统，模拟航行体游出发射装置后，执行管制弹道和直航弹道。直航弹道结束后，航行体执行设定的导航弹道（规定弹道）；当航行体到达布放功能平台区域时，执行分离布放弹道。一旦满足布放功能平台条件，模拟运载平台立即停车，其中的总体分离装置动作，模拟运载平台与功能平台分离；模拟运载平台的进水装置在总体分离装置动作后延时，模拟运载平台进水变成负浮力下沉，具有正浮力的功能平台上浮，在运动过程中锚索自动展开，索系拉直后，模拟运载平台作为锚沉到水底，使功能平台呈锚泊系留状态[2]，完成整个分离工作过程，如图2。
3、关键技术及解决途径
3.1 平台总体配置技术
平台箱体从结构上分主要由导航控制段壳体、进水舱段壳体、电池舱段壳体、动力推进段壳体组成，各大段连接接口采用径向定位、轴向拉紧固定的连接方式。平台箱体检测口设计为高可靠性的密封结构，开启和封闭等操作既简单又方便使用。外部检测设备通过平台箱体上的检测口对模拟运载平台系统功能和性能进行检测，并能实现参数设定。平台箱体总体外形尺寸参数与航行体的运载平台一致，并与设计的布放系统发射装置相适应，外部接口适应布放要求。平台箱体除从整体上进行整体衡重参数配置设计外还从内部预留调节结构便于衡重参数的调整。
平台箱体结构采用高强度铝合金材料的圆筒加肋结构。为使平台箱体结构设计达到最优化，即以最小的质量来满足强度要求，对平台箱体结构进行强度模型仿真计算，通过有限元分析计算得到平台箱体各特征部位应力-压力和应变-压力分布图，由此结果分析整个模型的变形特征和应力特征，评估模型的承载能力以及样机结构设计的合理性。
3.2 导航控制技术
导航控制分系统具有自检和预设定航行控制参数、导航定位、深度测量、对模拟航行体的航向、俯仰/深度两通道进行联合控制，发出指令实施操舵，保证航行平稳和实现规划航路功能。
导航模块接收初始装订的经纬度、载体航行速度等信息，并通过其内部的姿态传感器和加速度计测量载体的角速度和加速度，实现初始对准、惯性导航算法。在航行过程中，导航模块给控制管理中心提供准确的位置、速度以及航向和姿态信息，实现自主导航。满足布放功能平台条件，由控制管理中心发出分离和注水指令，通过分离保险器的延时转换开关实现分离装置动作，模拟运载平台与功能平台分离，模拟运载平台的进水装置动作进水下沉。
3.3动力推进技术
动力推进分系统主要提供航行体所必需的推力、为航行体电路提供仪表电源及能实现动力回路的接通与断开。动力推进系统主要由模拟运载平台电池组、推进电机及其控制器、动力开关、启动开关、直流接触器、联轴器、尾轴组件、前后螺旋桨等组成。当航行体从布放系统发射时，启动开关闭合，电池组给供电及信息控制器供电，直流接触器线圈获得电压，使直流接触器吸合，动力回路接通（动力开关在航行体装入布放系统前接通），此时推进电机控制器与控制管理中心通讯，接收其运行指令，推进电机运转，将电池组的电能转换成机械能，通过联轴器、尾轴组件带动对转螺旋桨转动，产生航行时所需的推力，开始航行。航行终了，控制管理中心给供电及信息控制器供电指令，直流接触器断电，使直流接触器断开，从而推进电机停止运转。航行过程中，推进电机控制器与控制管理中心通讯，接收其指令，控制推进电机转速、停止或运转。
4、结论
总体分离试验系统以水下某航行体总体分离试验要求为基础，利用现有的深水试验水池和开阔的水库水域，提出了总体分离试验系统的总体方案，对可重复使用的模拟运载平台技术、导航控制技术、水池与水库发射布放技术等内容进行了研究。该系统已在某项目中得到应用，既能够模拟真实分离过程，同时又能够在进水后进行回收，不会对内部仪器有损坏。采用该设备，可反复充分在水池及湖上进行运载平台和功能平台的总体分离模拟试验，充分验证分离参数，考核相关样机功能，提前暴露设计缺陷和质量问题，为改进设计和试制提供可靠依据，降低产品研制风险，同时又可大大的减小试验的成本。
参考文献
[1] 佘湖清.水雷总体技术[M].北京：国防工业出版社，2009.
[2] 张利军，马小莉.水下平台系留稳定性研究[J].海军装备，2012（2）：40-41.
[3] 張晋西，郭学琴著，Solidworks及COSMOS机械仿真设计.清华大学出版社.2007.
[关键词]水下航行体 分离试验 布放
中图分类号：TP337 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）37-0316-01
某水下航行体使用水深大、航程远、航行精度高，能实现远程精确布放，其系统组成结构复杂，技术含量高，总体分离布放试验研究的风险和难度大。所以，在研制中进行海上试验以前，必须先进行大量的水池、湖上静态和动态摸底试验，从而减少其研制费用、降低研制风险、缩短研制周期。
1、总体分离试验系统组成
总体分离试验系统[1]由模拟运载平台系统和布放系统组成。模拟运载平台系统用于模拟航行体的运载段，作为开展各种试验的载体；布放系统分为水池布放系统和水库布放系统，用于启动模拟运载平台航行，提供航行初速度和姿态。
模拟运载平台系统主要由平台箱体分系统、导航控制分系统、动力推进分系统、进水装置、分离装置、分离保险器等组成。水池布放系统主要由试验水池系统、发射架、拔杆装置、辅助固定装置、操作平台和防撞设备等组成。水库布放系统主要由双体船、发射架，发射架布放装置、辅助设备等组成。总体分离试验系统组成框图见图1。
2、总体分离试验系统工作过程
通过布放系统，模拟航行体游出发射装置后，执行管制弹道和直航弹道。直航弹道结束后，航行体执行设定的导航弹道（规定弹道）；当航行体到达布放功能平台区域时，执行分离布放弹道。一旦满足布放功能平台条件，模拟运载平台立即停车，其中的总体分离装置动作，模拟运载平台与功能平台分离；模拟运载平台的进水装置在总体分离装置动作后延时，模拟运载平台进水变成负浮力下沉，具有正浮力的功能平台上浮，在运动过程中锚索自动展开，索系拉直后，模拟运载平台作为锚沉到水底，使功能平台呈锚泊系留状态[2]，完成整个分离工作过程，如图2。
3、关键技术及解决途径
3.1 平台总体配置技术
平台箱体从结构上分主要由导航控制段壳体、进水舱段壳体、电池舱段壳体、动力推进段壳体组成，各大段连接接口采用径向定位、轴向拉紧固定的连接方式。平台箱体检测口设计为高可靠性的密封结构，开启和封闭等操作既简单又方便使用。外部检测设备通过平台箱体上的检测口对模拟运载平台系统功能和性能进行检测，并能实现参数设定。平台箱体总体外形尺寸参数与航行体的运载平台一致，并与设计的布放系统发射装置相适应，外部接口适应布放要求。平台箱体除从整体上进行整体衡重参数配置设计外还从内部预留调节结构便于衡重参数的调整。
平台箱体结构采用高强度铝合金材料的圆筒加肋结构。为使平台箱体结构设计达到最优化，即以最小的质量来满足强度要求，对平台箱体结构进行强度模型仿真计算，通过有限元分析计算得到平台箱体各特征部位应力-压力和应变-压力分布图，由此结果分析整个模型的变形特征和应力特征，评估模型的承载能力以及样机结构设计的合理性。
3.2 导航控制技术
导航控制分系统具有自检和预设定航行控制参数、导航定位、深度测量、对模拟航行体的航向、俯仰/深度两通道进行联合控制，发出指令实施操舵，保证航行平稳和实现规划航路功能。
导航模块接收初始装订的经纬度、载体航行速度等信息，并通过其内部的姿态传感器和加速度计测量载体的角速度和加速度，实现初始对准、惯性导航算法。在航行过程中，导航模块给控制管理中心提供准确的位置、速度以及航向和姿态信息，实现自主导航。满足布放功能平台条件，由控制管理中心发出分离和注水指令，通过分离保险器的延时转换开关实现分离装置动作，模拟运载平台与功能平台分离，模拟运载平台的进水装置动作进水下沉。
3.3动力推进技术
动力推进分系统主要提供航行体所必需的推力、为航行体电路提供仪表电源及能实现动力回路的接通与断开。动力推进系统主要由模拟运载平台电池组、推进电机及其控制器、动力开关、启动开关、直流接触器、联轴器、尾轴组件、前后螺旋桨等组成。当航行体从布放系统发射时，启动开关闭合，电池组给供电及信息控制器供电，直流接触器线圈获得电压，使直流接触器吸合，动力回路接通（动力开关在航行体装入布放系统前接通），此时推进电机控制器与控制管理中心通讯，接收其运行指令，推进电机运转，将电池组的电能转换成机械能，通过联轴器、尾轴组件带动对转螺旋桨转动，产生航行时所需的推力，开始航行。航行终了，控制管理中心给供电及信息控制器供电指令，直流接触器断电，使直流接触器断开，从而推进电机停止运转。航行过程中，推进电机控制器与控制管理中心通讯，接收其指令，控制推进电机转速、停止或运转。
4、结论
总体分离试验系统以水下某航行体总体分离试验要求为基础，利用现有的深水试验水池和开阔的水库水域，提出了总体分离试验系统的总体方案，对可重复使用的模拟运载平台技术、导航控制技术、水池与水库发射布放技术等内容进行了研究。该系统已在某项目中得到应用，既能够模拟真实分离过程，同时又能够在进水后进行回收，不会对内部仪器有损坏。采用该设备，可反复充分在水池及湖上进行运载平台和功能平台的总体分离模拟试验，充分验证分离参数，考核相关样机功能，提前暴露设计缺陷和质量问题，为改进设计和试制提供可靠依据，降低产品研制风险，同时又可大大的减小试验的成本。
参考文献
[1] 佘湖清.水雷总体技术[M].北京：国防工业出版社，2009.
[2] 张利军，马小莉.水下平台系留稳定性研究[J].海军装备，2012（2）：40-41.
[3] 張晋西，郭学琴著，Solidworks及COSMOS机械仿真设计.清华大学出版社.2007.