一种适用于UUV携载的水下载荷布放方法与流程

一种适用于uuv携载的水下载荷布放方法
技术领域
1.本发明涉及水中兵器技术领域，具体涉及一种适用于uuv携载的水下载荷布放方法。


背景技术：

2.众所周知，水雷内部引信系统上电通常采用总体保险器(一种水压触发的机械保险器)进行控制。水雷在岸上准备过程中，总体保险器受保险螺钉限位始终处于保险(断开)状态，引信系统断电；水雷入水前需人工解除保险螺钉，入水后总体保险器感应水压变化，至动作水深(120m
±
20m)时总体保险器接通，将水雷内部电源系统与引信系统连通，水雷引信系统上电并进入水下战备值更工作流程。
3.水雷的传统布放形式是使用潜艇发射布放或布雷舰布放。人工解除总体保险器保险螺钉后的水雷装入潜艇发射管或布雷舰布放架，由潜艇或布雷舰携带运送至布雷海域。运送过程中，受潜艇发射管内壁或舰船布放架限位约束，水雷的总体保险器一直处于保险状态，保证水雷引信在舰/艇的携带航行过程中不会上电。到达布雷海域后，水雷由潜艇发射管打出入水或者由布雷舰布放架投放入水，同时，总体保险器的限位约束解除，在满足水压动作(120m
±
20m)的条件下接通完成水雷引信上电。水雷在自身重力、浮力作用下完成自动定深(锚雷水下状态)或者沉底(沉底雷水下状态)布放动作。
4.锚雷是用雷索和雷锚把雷体系留在水中一定深度上的水雷。由于锚雷重心位于尾端雷锚处，浮心位于雷体中心处，整个锚雷具有头轻尾重的质量特性。因此，锚雷出管/离架入水后立即转为雷头向上、雷锚向下的竖直姿态开始下沉。至120m
±
20m的总体保险器动作水深时，总体保险器接通，锚雷引信系统上电工作，指控模块发出雷锚分离点火指令，雷锚脱离雷体在负浮力作用下开始下沉，雷体在正浮力作用下上浮，雷索放出并逐渐张紧。雷锚通过雷索与雷体连接，雷锚下沉直至海底，雷锚放索结束后，雷体以竖直姿态固定于水面下特定深度处，引信系统值更并开始探测海面过往舰船信号。至此，潜/舰布锚雷的布放、展开、上电工作全过程结束。
5.近年来，随着无人化、隐蔽性作战理念的提出与水下无人平台、推进器、导航控制系统以及传感器技术的发展，uuv(无人水下航行器)布雷的军事应用得到高度重视。uuv作为一种新兴的无人水下运载平台，根据作战需要，可以执行远程投送战斗载荷(如水雷)的任务，且uuv具有智能性、长期性、隐蔽性、集群性和可回收的优点。目前，uuv已逐渐成为主要的水雷运载、投放平台。
6.潜艇布雷简单、效率高，可一次携载大量水雷。由于单艘潜艇通常重达数千吨或者上万吨，具有良好的调节与操纵性，因而不需要对装载在潜艇内部的水雷重量、质浮心距提出严格要求。携载水雷的uuv，通常也为长圆柱型，排水量(约20吨)比潜艇小的多，且一次出航最多可携带两条锚雷，水雷载荷的装载采用水平橫置式，即把水雷载荷水平装载在uuv腹中两侧。这样，锚雷的装载与携带就产生了问题：由于锚雷头轻尾重的质量特性，即锚雷的质浮心距较大，锚雷自身存在很大转矩，会造成装载了锚雷载荷后的uuv质浮心距与空载
uuv质浮心距存在较大偏差，严重时会影响uuv水下航行的稳定性与操纵性。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供了一种适用于uuv携载的水下载荷布放方法，能够有效解决锚雷装载于uuv内部造成的质量不平衡问题，同时不影响锚雷原有的动作流程与作战使命。
8.本发明采用的技术方案如下：
9.一种适用于uuv携载的水下载荷布放方法，所述布放方法如下：
10.步骤一，在锚雷的首、尾两端连接载荷附件构成锚雷载荷，锚雷载荷在水中的质、浮心重合；在uuv舯段内部左、右侧各放置一条锚雷载荷，并由uuv挂载系统固定；
11.步骤二，uuv舱门打开，释放锚雷载荷；
12.步骤三，当下沉到达第一设定水深时，首端、尾端载荷附件与锚雷分离；锚雷载荷由水平姿态转变为竖直姿态继续下沉；
13.步骤四，下沉至第二设定水深时，总体保险器接通，引信系统上电；发出雷锚分离动作指令，雷锚与雷体分离；雷锚沉至海底，放出雷索将雷体固定至水面下特定深度处。
14.进一步地，所述首端载荷附件为压重组，内部为实心；尾端载荷附件为平衡舱，内部为空腔。
15.进一步地，所述首端、尾端载荷附件内部安装抛载控制器，用于控制锚雷载荷在第一设定水深抛弃压重组与平衡舱；所述抛载控制器的水压开关结构与总体保险器的水压开关结构相同，压重组抛载控制器、总体保险器、平衡舱抛载控制器布置在锚雷载荷表面的同一母线上。
16.进一步地，水深大于抛载控制器水压开关动作水深时，抛载控制器上电，上电后实时采集水深信息，深度大于等于第一设定水深时输出抛载指令，保证首、尾两端载荷附件同时分离。
17.进一步地，装载时，所述压重组抛载控制器、总体保险器、平衡舱抛载控制器由uuv舯段内的保险器压板压住限位。
18.有益效果：
19.1、本发明方法采用机械、电子、水压特定逻辑触发条件，确保锚雷载荷的动作机构在uuv内部处于可靠保险状态，脱离uuv后处于解保状态，实现既定战术动作，系统可靠性高；该方法完全自动控制，锚雷载荷装载入uuv内部后，后续的uuv携载、释放、水雷展开过程完全不再需要人工外界参与，满足水中兵器远程、自主、隐蔽作战的实施要求；该方法通过对锚雷加装载荷附件即可实现于uuv内的装载，具有结构简单、模块化组合、操作方便、使用灵活等优点；加装的载荷附件只用于水雷uuv携载要求，载荷附件与锚雷分离后，锚雷载荷变为战雷状态，锚雷的既定战斗使命不受影响。
20.2、本发明首端、尾端载荷附件内部安装抛载控制器，用于控制锚雷载荷在第一设定水深同时抛弃压重组与平衡舱，在锚雷载荷脱离uuv后，确保首、尾端载荷附件能够同时分离，使锚雷水下姿态转变过程顺利、安全，离开的附件不会影响锚雷的姿态转变。抛弃的载荷附件不会浮出海面，确保uuv隐蔽布雷的实施要求。
21.3、本发明压重组抛载控制器、总体保险器、平衡舱抛载控制器由uuv舯段内的保险器压板压住限位，载荷附件及锚雷在uuv腹内处于保险(断电)状态，即载荷附件不会与锚雷
分离，雷锚不会与雷体分离，锚雷内部的引信系统不会提前上电，确保uuv的携载、航行安全。载荷投放后，载荷附件及锚雷的保险约束都能够有效解除，确保水雷载荷离开uuv后的各级分离动作能够可靠执行。
附图说明
22.图1为锚雷载荷结构示意图；
23.图2为载荷轴向装载示意图；
24.图3为载雷空间截面示意图；
25.图4为载雷空间轴向示意图；
26.图5为三组保险限位解除后的锚雷载荷；
27.图6为载荷布放过程示意图；
28.图7为载荷布放过程动作流程图。
29.其中，1-压重组，2-锚雷，3-平衡舱，4-抛载控制器，5-总体保险器，6-左侧载雷舱，7-右侧载雷舱，8-保险器压板，9-锚雷载荷，10-舯段舱体。
具体实施方式
30.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
31.只有消除或尽量减小锚雷自身的转矩，才能实现uuv的有效携带和投放。为此，需要在锚雷的首、尾两端连接载荷附件，通过载荷附件来改善锚雷在水中的质量不均衡问题，使锚雷和载荷附件组成一个质、浮心基本重合的水雷载荷整体，以满足uuv携载的要求。
32.如图1所示，锚雷2装载于uuv内部前，在锚雷2首、尾两端加装首端、尾端载荷附件，首端载荷附件称为压重组1，尾端载荷附件称为平衡舱3，即为用于uuv投放的锚雷载荷9。
33.压重组1直径为534mm，长度为190mm，压重组1采用内部铅块实心设计，重量为300～340kg。
34.平衡舱3直径为534mm，长度为1720mm，平衡舱3采用内部空腔设计，舱体耐压强度为1.45mpa，可提供净浮力210～240
㎏
。
35.压重组1与平衡舱3的主要功能是为锚雷2提供总体配重，实现锚雷载荷9在水中的质、浮心基本重合。
36.锚雷2主要结构参数为：直径534mm，长度6662
±
10mm，质量1620
±
20kg，质心位置2070
±
30mm(距尾部雷锚端面)，排水体积1350l，浮心位置3506
±
20mm(距尾部雷锚端面)。
37.加装了载荷附件后的锚雷载荷9主要结构参数为：长度8520mm
±
20mm，质量2065kg
±
20kg，质心位置4360
±
30mm(距尾部平衡舱端面)，排水体积1735l，浮心位置4360mm
±
20mm(距尾部平衡舱端面)。
38.可以看出，加装了载荷附件后的锚雷载荷9在水中的质、浮心基本重合。
39.压重组1与平衡舱3内分别安装一个抛载控制器4。抛载控制器4是一个由水压开关、锂电池、控制电路、深度传感器组成的电子保险器，用于控制锚雷载荷9在特定深度(70米)抛弃压重组1与平衡舱3。水压开关控制其断电与上电，水压开关的动作水深为20m
±
10m。
40.抛载控制器4的水压开关结构与总体保险器5结构相同。同样采用保险螺钉限位方
式使其保险，确保产品在岸上准备时，水压开关为断开状态，控制电路不会上电。抛载控制器4与总体保险器5的保险螺钉解除时机相同，均为载荷装入uuv前人工解除三颗保险螺钉。
41.水深大于抛载控制器4水压开关动作水深时，抛载控制器4上电，上电后深度传感器实时采集水深信息，深度大于等于70米时输出抛载指令。由于抛载控制器4采用深度传感器采样水深，数字电路转换与控制，深度采样精度高(
±
1m)，一致性好，可以保证首、尾两端载荷附件的同时分离。
42.锚雷载荷9的具体装载过程为：采用水平放置侧向装载方式，即在uuv舯段内部左、右两侧各放置一条锚雷载荷9。载荷搁置面为直斜面，雷体由舯段舱体10和挂载系统吊带联合定位。安装时，锚雷载荷9通过移动装雷车推入uuv，并由uuv挂载系统吊带固定在舯段两侧，安装后载荷的朝向如图2所示。其中左侧载雷舱6的锚雷载荷9头部朝向uuv艉部，右侧载雷舱7的锚雷载荷9头部朝向uuv艏部。uuv舯段内部空间长约8600mm，锚雷载荷9前后两侧间隙约40mm。
43.如图3所示，uuv舯段分别在压重组抛载控制器4、水雷总体保险器5和平衡舱抛载控制器4的位置，设置三个保险器压板8，其包角约为62
°
；三组保险在锚雷载荷9轴线上的位置分别约为(距离载荷头部端面)：95mm、5928
±
10mm、6946
±
10mm。锚雷载荷9装入uuv舯段后，抛载控制器4、总体保险器5布置在锚雷载荷9表面的同一母线上，并由uuv舯段内的三组保险器压板8压住限位，如图4所示。确保抛载控制器4与总体保险器5在uuv舱内均处于安全保险状态。
44.如图7所示，适用于uuv携载的锚雷载荷9具体布放过程为：uuv于水面下50米打开舱门，挂载系统解除对锚雷载荷9的固定，锚雷载荷9在自重作用下滑出舯段舱体10，滑出过程中，三组保险受保险器压板8的限位约束被解除，由于锚雷载荷9质浮心位置基本重合，锚雷载荷9以基本水平的姿态下沉，如图5所示。
45.如图6所示，分别是载荷在50米水深投放、70米水深抛弃首尾端载荷附件、姿态转变以及锚雷2以竖直姿态下沉的过程。
46.由于uuv在50米深度投放锚雷载荷9，大于抛载控制器4的上电动作水深(20m
±
10m)。则锚雷载荷9离开uuv舯段舱体10时，抛载控制器4即上电并开始采集水深信息。锚雷载荷9继续下沉，当到达控制电路的设定水深70米时，抛载控制器4输出抛载指令，压重组1与平衡舱3的分离机构动作，首、尾端载荷附件与锚雷2分离。分离后的压重组1在自身重量下下沉，平衡舱3与锚雷2分离的同时，平衡舱3的进水密封口被拉开，平衡舱3进水下沉。抛弃了压重组1、平衡舱后3的锚雷2由于自身存在转矩，姿态由水平转变为竖直继续下沉，此时锚雷2雷头向上、雷锚向下。
47.之后锚雷2的展开动作、上电工作过程与潜/舰布雷过程完全一致。下沉至120米水深左右，总体保险器5接通，水雷引信系统上电，指控模块发出雷锚分离动作指令，雷锚与雷体分离。雷锚通过雷索与雷体连接，雷锚沉至海底，通过放出雷索张紧，将雷体固定至水面下特定深度(约水下200米)处。至此，uuv布雷的整个布放(投放、水雷展开、上电工作)过程完成。
48.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种适用于uuv携载的水下载荷布放方法，其特征在于，所述布放方法如下：步骤一，在锚雷的首、尾两端连接载荷附件构成锚雷载荷，锚雷载荷在水中的质、浮心重合；在uuv舯段内部左、右侧各放置一条锚雷载荷，并由uuv挂载系统固定；步骤二，uuv舱门打开，释放锚雷载荷；步骤三，当下沉到达第一设定水深时，首端、尾端载荷附件与锚雷分离；锚雷载荷由水平姿态转变为竖直姿态继续下沉；步骤四，下沉至第二设定水深时，总体保险器接通，引信系统上电；发出雷锚分离动作指令，雷锚与雷体分离；雷锚沉至海底，放出雷索将雷体固定至水面下特定深度处。2.如权利要求1所述的适用于uuv携载的水下载荷布放方法，其特征在于，所述首端载荷附件为压重组，内部为实心；尾端载荷附件为平衡舱，内部为空腔。3.如权利要求2所述的适用于uuv携载的水下载荷布放方法，其特征在于，所述首端、尾端载荷附件内部安装抛载控制器，用于控制锚雷载荷在第一设定水深抛弃压重组与平衡舱；所述抛载控制器的水压开关结构与总体保险器的水压开关结构相同，压重组抛载控制器、总体保险器、平衡舱抛载控制器布置在锚雷载荷表面的同一母线上。4.如权利要求2所述的适用于uuv携载的水下载荷布放方法，其特征在于，水深大于抛载控制器水压开关动作水深时，抛载控制器上电，上电后实时采集水深信息，深度大于等于第一设定水深时输出抛载指令，保证首、尾两端载荷附件同时分离。5.如权利要求2-4任意一项所述的适用于uuv携载的水下载荷布放方法，其特征在于，装载时，所述压重组抛载控制器、总体保险器、平衡舱抛载控制器由uuv舯段内的保险器压板压住限位。

技术总结
本发明公开了一种适用于UUV携载的水下载荷布放方法，首先在锚雷的首、尾两端连接载荷附件构成锚雷载荷，锚雷载荷在水中的质、浮心重合；在UUV舯段内部左、右侧各放置一条锚雷载荷，并由UUV挂载系统固定；UUV舱门打开，释放锚雷载荷；当下沉到达第一设定水深时，首端、尾端载荷附件与锚雷分离；锚雷载荷由水平姿态转变为竖直姿态继续下沉；之后下沉至第二设定水深时，总体保险器接通，引信系统上电；发出雷锚分离动作指令，雷锚与雷体分离；雷锚沉至海底，放出雷索将雷体固定至水面下特定深度处。本发明能够有效解决锚雷装载于UUV内部造成的质量不平衡问题，同时不影响锚雷原有的动作流程与作战使命。战使命。战使命。


技术研发人员：王伟 黄鹏 吕维乐 熊童满 宋春明 聂晓敏
受保护的技术使用者：宜昌测试技术研究所
技术研发日：2022.11.16
技术公布日：2023/3/27