中外船舶科技２０１２年第４期
船舶设计与建造
水下无人航行器潜艇搭载技术研究
李大鹏１，王
臻２
（１．海军工程大学，湖北武汉４３００３３）（２．海军大连舰艇学院，辽宁大连１１６０００）
摘
要：对水下无人航行器潜艇搭载技术进行了研究，指出无人航行器潜艇搭载技术的发展将趋向标准化和模块化。对“湿搭
载”和“干搭载”两种方案进行了比较，并对各种不同的搭载技术方案进行了阐述和分析。关键词：无人航行器；潜艇；搭载
无人水下航行器（UnmannedUnderseaVehicle，UUV）的研制和应用始于20世纪50年代。UUV可以担负多项高危险任务。民用UUV主要用于海洋研究、海上石油与天然气的开发；军用UUV的发展受反水雷战推动，后来逐渐扩展到试验武器的打捞、事故潜艇的乘员救援、情报侦察和直接作战等。
UUV发展到今天，总的说来可分为缆控式和自主式两大类。缆控式UUV的电源供应无时间限制，但长长的线缆也给其应用带来许多不便，所以自主——自主水下航行器（AutonomousUnder－式UUV—
waterVehicle，AUV）得到了大力发展。技术领先国家的主要努力方向表现在建造搭载UUV的特殊用途潜艇或对现有潜艇进行现代化改装上。形成的“潜艇+无人水下航行器”这一作战系统能大幅提高潜艇的战斗系统性能，已经并将继续对海上作战的方式和理念产生革命性的改变。
核动力潜艇与非核动力潜艇相比，具有显著的战术技术性能优势。具体体现在：1）排水量大，可以安装更为先进、功能更强的水声探测设施；2）武器装载量更大；3）最大航速更高；4）随着近年来减噪降噪技术的进步，核动力潜艇的噪声水平大大5）低噪声航行的最大航速比非核动力潜艇高降低；
得多。在核动力潜艇上使用UUV，可以提高其战斗可能性和战斗稳定性，尤其是在沿岸海区。但非核动力潜艇与核动力潜艇相比，仍具有一系列无可争议的优点，主要体现在两个方面：一是在武器装备、无线电电子战设备等相同的条件下，非核动力潜艇的噪声水平更低；二是非核动力潜艇造价和使用维
作者简介：李大鹏，博士后，副教授，研究方向为船舶动力装置。
护费用比核动力潜艇低得多。当实现了UUV的无线电电子设备、推进动力装置及武器小型化后，可从而极以制造出与非核动力潜艇配合使用的UUV，大地提高非核动力潜艇水声及其他探测设备和武器的作用距离，同时提高非核动力潜艇的行动安全性。
1UUV的潜艇搭载技术
在“UUV的潜艇搭载”这个总的技术框架内，包含了一系列相关的技术：1）潜艇搭载一台或几台UUV的技术、信息和组织保障；2）艇载设备与战斗信息指挥系统、导航系统和通讯系统的交互；3）UUV能源储存与补给，如蓄电池充电、一次性电源更换或者燃料单元充注等；4）UUV行动任务程序的加载和启动；5）海上执行任务的UUV与艇上系导航系统和通讯系统）、舰统（战斗信息指挥系统、
、全球系统（GPS队系统或合成系统（战术通讯系统）和太空通讯系统）的交互；6）执行任务及回收AUV时，AUV与潜艇的相互机动；7）UUV的返回及就位；8）UUV向潜艇传递数据及回收后的维护保养。
潜艇上搭载UUV可采取两种不同的方案[1]。一种称为“干搭载”。UUV布置在潜艇耐压壳体内部，或者在特制的耐压容器内储存和维护，如对战略导弹核动力潜艇的导弹发射井进行改装。“干搭载”方案需要艇载和岸上辅助设备。另一种称为“湿搭载”。在整个使用期间内，UUV都装载在艇体外特制
２３
船舶设计与建造
的单独容器内，容器内部充满海水。搭载容器可作为潜艇非耐压壳体的一部分，不具有储备浮力。两
中外船舶科技２０１２年第４期
种搭载方式的比较见表1。
UUV的搭载是任何UUV系统都要面对的一个
表1“干搭载”与“湿搭载”方案对比
干搭载
优点
缺点
潜艇上必须具有大容积的耐压储存容
能布置一些专用系统和设备，包括：可以自由地到器，
降低了对大尺寸耐压储存容器
ＵＵＶ及其维护系统；用于释放和回收Ｕ－达ＵＵＶ及保证
和专用辅助系统的要求
保障使用维护人员临启动和回收的ＵＶ的系统和设备；
相关系统，维护时性进入耐压储存容器的系统修理方便
必须具有ＵＵＶ耐压储存容器的充注和干燥系统
必须具备剩余浮力补偿系统，以及在充注和干燥耐压储存容器时产生的过余浮
提高了“潜艇力微分动量补偿系统
＋ＵＵＶ”全系统必须具有ＵＵＶ淡水洗涤系统和较大的的可靠性
淡水装载量
作为ＵＵＶ搭载平台的潜艇造价（包括现有潜艇的改装费用）较高
作为ＵＵＶ搭载平台的潜艇造价（包括现有潜艇的改装费用）是干搭载方案费用的１／１０～１／７
由于经常工作于严酷的外界条件下，对ＵＵＶ及保障释放和回收ＵＵＶ系统的可靠性要求提高
“潜艇＋ＵＵＶ”全系统的可靠性有一定程度降低不能到达ＵＵＶ对其进行维护修理
优点
湿搭载
缺点
关键技术和工程难题。搭载方案的采取与UUV的体积形状和搭载平台有密切关系。大尺寸UUV的搭载和回收实际上要比小尺寸UUV简单，因为U－UV及安放容器的清洗和对准比小尺寸的UUV少了许多限制。尽管工程应用上可以进行许多简化，但包括潜艇的改装在内，搭载和回收技术设备都费用不菲。近期内，搭载大型UUV的潜艇或者采用湿船坞式、拖曳式，或者与现有的发射和回收界面（鱼导弹发射井）兼容。雷发射管、
潜艇上搭载UUV必须满足非常严格的技术要电源求，包括但不限于以下几个方面：抗冲击性能、（或其他能源系统）兼容性、爆炸安全性等。对于水面舰艇，类似要求也存在，但没有像潜艇这般严格，而且要求范围也没有潜艇广泛。满足这些要求需要支付高昂的研发费用。在UUV系统的设计和制造阶段就应该考虑并解决UUV的搭载问题，这样可以降低总体费用。
在现有潜艇上搭载UUV势必会对潜艇结构有所影响。一般采取两种方法：一是对现有潜艇进行改造，由于排水量限制，非核动力潜艇上搭载UUV需对艇体结构进行重新设计和改造；二是在建造新型潜艇时就针对UUV搭载进行设计。２４
2UUV的鱼雷发射管搭载
美国目前在研或试验的UUV多是通过鱼雷发射管搭载，在水下释放和回收，这会减少潜艇的武—格鲁曼公司为美国海军器装载量。如诺斯罗普——
[2]
研制的NMRS（近程水雷侦察系统），UUV本体位
于鱼雷发射管内。见图1。
１－鱼雷舱；２－鱼雷发射管；３－备雷载具；４－带有辅助设备的坚固储存容器；５－可伸出的接收口；６－缆索；７－ＮＭＲＳ的缆控式ＵＵＶ
图1NMRS在潜艇上的布置
所有用于释放和回收UUV的设备都布置在固定于鱼雷发射管后部坚固的储存容器中，在这种情况下，发射管后盖要卸掉。经过发射前准备，UUV自鱼雷发射管释放出去，在自身推进器的作用下露出
中外船舶科技２０１２年第４期
船舶设计与建造
行操作（水声系统天线在系留椎孔旁），AUV将自己的系留杆插入机械手的系留椎孔中并固定；最后，机械手引导AUV进入潜艇艉部打开的鱼雷发射管中并一直前进，进一步推动其进入发射管。见图3。
2006年1月，第一套LMRS装置AN/BLQ-11在洛杉矶级核动力潜艇“斯克兰顿”号上进行了实验。实验包括：AUV的发射（自鱼雷发射管中释放出来）；在潜艇上对AUV遥操；借助水声通讯系统，对AUV回收、与其汇合和操纵；验证实际情况下机械手的工作性能。实验成功地实现了根据水声遥控操作，将AUV与自上部鱼雷发射管中伸出的机械手对准和对接，并将AUV回收到潜艇下部的鱼雷发在整个操作过程中，最复杂的射管内。要指出的是，
当属AUV非常靠近潜艇时，借助水声通讯操纵AUV这一阶段。
潜艇艇体之后，借助通讯光缆保持与潜艇的联系。回收时，使用绞车和缆索把UUV回收到鱼雷发射管中，绞车位于坚固容器内。为保证UUV安全地进入鱼雷发射管内，在防浪板外有特制的活动接收漏斗。任务执行期间，如果发生缆索断裂情况，UUV可以自己返回潜艇所在位置。
波音公司研制的LMRS（远程水雷侦察系统）采用“干搭载”方式搭载。LMRS的AUV从鱼雷发射管中释放，任务完成后再回收到鱼雷发射管内。由于AUV和艇载设备布置在核动力潜艇的鱼雷发射管内，这样将减小8～10件武器装载量。使用同一舷侧（一般为右舷）的两个鱼雷发射管回收AUV：在上部鱼雷发射管内安装有可伸缩的机械手，机械手抓住AUV并将其装入下部鱼雷发射管（图2）。回收时，潜艇和AUV以0.5～3kn速度航行。
a）AUV与系留杆对接；b）AUV接近系留锥孔
1-系留锥孔；2-系留杆；3-控缆
图3LMRS的回收
3UUV的导弹发射井搭载
4条俄亥俄级弹道导弹核动力潜艇（SSBN-726“俄亥俄”号、SSBN-727“密执根”号、SSBN-728“佛号和SSBN-729“佑治亚”号）自2002年开罗里达”
ａ）前视图；ｂ）后视图；ｃ）ＡＵＶ回收到鱼雷发射管；ｄ）回收ＡＵＶ时机械手所处状态。
１－壳体；２－液压传动；３－系留椎孔；４－水声通讯天线；５－鱼６－机械手伸出部分；７－铰链；８－旋转９００的雷发射管截面；
机械手前部；９－ＡＵＶ壳体；１０－ＡＵＶ推进器；１１－打开的鱼雷发射管防浪护板
图2LMRS的AUV回收装置
始被改装成了巡航导弹核动力潜艇（SSGN），可装载154枚“战斧”式巡航导弹。图4为改装后的SSGN-如UUV、726。22个导弹发射井可以搭载多种负载，UAV及特种部队装备，可利用导弹发射井储存、发射和回收UUV，还可以在近海海域布设用于探测低噪声潜艇的“PLUSnet”传感器网络。
ElectricBoat公司研究了将“PLUSnet”传感器网络系统的一部分布置于搭载在SSGN的导弹发射井内的5个有效负载模块内，见图5，6。这5个有效负载模块内可以布置包括：“海马”大型AUV1台，滑翔机类型的“Xray”大型AUV1台，“Bluefin21”AUV6具，滑翔机类型的“SeaGlider”AUV18具，折
２５
使用机械手抓住AUV并将其回收到鱼雷发射管中的过程分几步进行。首先，机械手由上部鱼雷发射管伸出整个长度；其次，机械手前部使用液压装置弯转某一角度，以便系留椎孔的轴与潜艇的径向截面平行；AUV自潜艇艉部向艏部运动，根据指令伸出自己的系留杆，根据水声通讯系统的数据进
船舶设计与建造
中外船舶科技２０１２年第４期
叠式可伸展水声天线箱体9具。长8.3m的URLM中布置的究表明，在直径1.8m、有效负载质量可以高达20t。要注意的是，俄亥俄级核动力潜艇导弹发射井的直径在2.5m左右，长度超过10m（图7）。
对于不同质量、形状及结构的UUV，URLM的具体使用方法也有所不同。搭载有“海马”和“Xray”大型AUV的URLM在俄亥俄级SSGN导弹发射井中的布置见图8。URLM的典型结构组成包括：内部承力框架和外部壳体，用于布置所有的内部设备、机械和系统；UUV运动引导系统水声天线系留锥孔；UUV降落托架；与系留锥孔对接后的固定设备；可承重的升降设备，用于将具有系留锥孔的托架从发射井中升起4.5m并能转向90°；液压系统，包括液压泵和液压传动系统；UUV蓄电池充电设备；
a-带有被动式水声站“LUPA”的“海马”大型AUV；b-滑翔机类型的大型AUV“XRay”；c-滑翔机类型的AUV“SeaGlid－er”；d-“Bluefin21”型AUV；e-折叠式水声天线
图6“PLUSnet”网络系统的AUV
URLM全系统和设备的操纵和监控模块；URLM和潜艇系统的数据交换模块；URLM内部用于对UUV记录和维护的系统和设备；维护人员进出和工作使用的人孔、平台和必需的内部空间。
回收AUV到俄亥俄级SSGN导弹发射井中的URLM工作步骤见图9，包括：1）引导AUV接近系留锥孔；2）AUV与系留锥孔对接；3）AUV降落在
由通用搭载和回收模块（UniversalLaunchandRecoveryModule，URLM）保障所有AUV依次提出、启动及回收到导弹发射井中。ElectricBoat公司研２６
中外船舶科技２０１２年第４期
船舶设计与建造
支架上并固定；4）固定在支架上的AUV位置转向90°成竖直状态；5）升降设备和AUV一起回收到发射井内，或者说回收到URLM内；6）导弹发射井井盖关闭。完成这些操作时悬停潜艇所处的工作深度应不低于50m，即所谓的安全深度，并且借助深度稳定器，深度偏差保持在0.7m左右。
在一个URLM内仅能布置一台大型UUV。2003年1月，美国海军在“佛罗里达”号上对大型AUV进行了实验。自导弹发射井中释放的大型AUV为改装后的“海马”大型AUV。AUV的参数为：长8.5m，直径0.97m，质量4.5t，工作深度300m。AUV航行了200nmile，在指定位置布设了设备。在AUV的整个行动期间，都使用AUV自带的侧扫式水声测位仪和其他传感器进行了数据记录，实验取
进一步明确了大型UUV得了成功。根据实验数据，
的技术参数：质量9t，直径1.82m，长度9m，其质量超出“海马”大型AUV的2倍。这些参数从改装后的SSBN导弹发射井就可以看出。
搭载“Bluefin21”AUV的URLM内部布置了6具“Bluefin21”AUV，其质量360kg，长度3.05m，直径0.533m，航速3kn，自持力15昼夜，工作深度270m。搭载“SeaGlider”AUV的URLM内部布置18具AUV，其质量为52kg，长度1.8m，航速0.7kn，航程4500km，工作深度1000m。图10为使用URLM搭载这两种AUV及其结构。
使用URLM布置可伸展水声天线及其结构见图11。URLM内布置有9具装有可伸展水声天线的容器。
２７
船舶设计与建造
中外船舶科技２０１２年第４期
滑翔机类型的“SeaGlider”AUV作为托架上的AUV启动；第三步，缆控式UUV接近“PLUSnet”网络的一部分，自身没有推进装置，AUVAUV，捕捉并将其安放在升降设备的托架上；第四在浮力作用下自由漂浮，因此其启动和回收相对困步，缆控式UUV为处于托架上的AUV随后放置在难一些。ElectricBoat公司专家提出使用缆控式URLM内做准备。
UUV的方案。缆控式UUV为搭载平台的组成部分，采用
“湿搭载”方式，储存在潜艇壳体上的起落舱4UUV的潜艇外搭载
内。图12为UUV和潜艇之间配合动作的顺序。分以下几步进行：第一步，缆控式UUV进入工作状由于只有大吨位UUV才具备对潜艇跟踪的能态，离开位于潜艇耐压壳体和非耐压壳体之间的起力，专家预测，未来UUV长度可达30m，重量可到落舱；第二步，缆控式UUV保证位于升降设备升起
50t，可携带更多武器，甚至是小型UUV。美国海军
２８
中外船舶科技２０１２年第４期
船舶设计与建造
如果UUV尺寸与潜艇尺寸相当，可以将UUV在潜艇外部搭载，见图14。在这种方案中，使用了特殊的对接模块，保证UUV和搭载潜艇牢固结合。可将UUV作为超大负载，与潜艇一起在水下不同深度和沿不同航线以高速或中等速度进行机动，也可在风浪或水面状态下航行。对接模块还应保障UUV和搭载潜艇之间的信息交换和对UUV的能量供应。这种方案在美国海军使用的DSRV和ASDS型UUV上进行了研究。
于2003年推出的一种大吨位UUV排水量在5t左可在多种平台上部署，包括俄亥俄级右（或为10t)，
弗吉尼亚级核动力潜艇和水面舰弹道导弹核潜艇、
艇。该UUV的搭载方式虽然还没有定论，但有可能使用导弹发射井或在潜艇外搭载，也可能在潜艇上配备一个UUV可以进出的甲板防护舱[3]。
NUWC的UUVI计划研制的AUV命名为
[4]
“Manta”，并确定了两种概念设计。第一种设计命
名为“Proudconformal”。AUV长15m，使用两台巡其中包括水航发动机，可携带重达8t的有效载荷，无线电和光电侦察设备，6～8条小尺寸鱼雷，2条声、
重型鱼雷和2条轻型鱼雷，8具155mm火箭发射装置。第二种设计命名为“Integratedconformal”（或称为“SuperManta”），预计携带的有效载荷将达到14t。AUV将装备在第二条弗吉尼亚级核动力潜艇上，未来的多用途核动力潜艇也将装备。4台攻击型AUV，可以很方便地布置在潜艇艏部的非耐压壳体“湿搭载”方案，潜艇非耐压壳体外部空间内，采用作为AUV的搭载甲板。见图13。根据美海军研究人员的观点，在未来潜艇艏部搭载4台Manta不会影响潜艇的水动力学性能和声场特征。
１－艉部发射装置；２－甲板发射装置；３，４－艏部发射装置；５－对接模块；６－ＡＵＶ
图14UUV的潜艇外部搭载
5潜艇改装的UUV搭载方案
德国潜艇制造商Howaldtswerke-DeutsheWerft公司和设备制造商GablerMaschinenbau公司使用“干搭载”方案。他们公布了在现有潜艇了UUV的
上通过模块化改装搭载缆控式UUV的研究计划，提出了“Sublab”潜艇设计方案。在该方案中，潜艇耐压壳体下部安装有垂直气密舱，见图15，可以同时
１－Ｍａｎｔａ与潜艇脱离；２－潜艇非耐压壳体上的Ｍａｎｔａ起落舱；3-Manta驶离执行任务；４－艏部；５，６－鱼雷发射管；７－处于与潜艇对接状态下的Ｍａｎｔａ；８－潜艇壳体
图13Manta在潜艇上的搭载
保证5名潜水员和UUV的释放或回收，也可作为潜水员减压舱。
美国海军未来的AUV搭载潜艇设计见图16[5]。AUV采用“湿搭载”方式。在潜艇艏部，传统上布置
２９
船舶设计与建造
水声设备天线地方的靠后一些位置处，设有可变有效负载舱，舱室内安装有转盘式发射装置，并固定（LDUUV）。可变有效负载舱室上安放有大型UUV
部有舱口，其直径尺寸足够保证UUV依次离开并UUV自舱口离开或返回是采返回自己的固定位置。
用沿平直滑轨的向上或向下垂直运动方式。可变有效负载舱不仅可以布置在潜艇前部，也可以布置在驾驶台防护罩后方。
中外船舶科技２０１２年第４期
6结
语
潜艇+无人水下航行器这一新的战斗系统能大幅提高潜艇的战斗系统性能，已经并将会继续对海上作战的方式和理念产生革命性的改变。使用UUV可以极大地补充、增强和拓展现有海军执行任务的能力，是争取未来海上优势的发展方向。
UUV的发展将趋向标准化和模块化，以缩短开
发时间，降低总体费用。随着计算机科学及技术的发展，可以采用计算机模拟和可视化技术对UUV的搭载技术进行研究。搭载技术是UUV的关键技术，应加大研究与投入力度，在海军发展战略框架内，以需求为牵引，制定切实可行的UUV发展规划，加强海军、科研机构、高等院校和工业部门之间的合作。参考文献
[1]ИлларионовГЮ.Базированиенеобитаемыхподводныхаппаратовнаподводныхносителях[J].Подводныеис-
следованияиробототехника，2007（3）：27-39.
[2]Near-termMineReconnaissanceSystem(NMRS)[R].http://www.globalsecurity.org/military/systems/ship/systems/nmrs-gallery.htm.
[3]MennoS,PavlosJ.Submarinesupportedlargeunmannedun-derseavehiclefinalreport.ONRshiptechnologiesdevelop-mentprogram[R].September,2004.
[4]СиденкоКС,ИлларионовГЮ.Применениеавтономн-ыхподводныхроботовввойнахбудущего[J].Арсенал(военно-промышленноеобозрение)，2008（2）:86-93.[5]Submarineofthefuture.ReportoftheDefenseScienceBoa-ardTaskForce[R].July1998.http://www.acq.osd.mil.
３０
中外船舶科技２０１２年第４期
船舶设计与建造
水下无人航行器潜艇搭载技术研究
李大鹏１，王
臻２
（１．海军工程大学，湖北武汉４３００３３）（２．海军大连舰艇学院，辽宁大连１１６０００）
摘
要：对水下无人航行器潜艇搭载技术进行了研究，指出无人航行器潜艇搭载技术的发展将趋向标准化和模块化。对“湿搭
载”和“干搭载”两种方案进行了比较，并对各种不同的搭载技术方案进行了阐述和分析。关键词：无人航行器；潜艇；搭载
无人水下航行器（UnmannedUnderseaVehicle，UUV）的研制和应用始于20世纪50年代。UUV可以担负多项高危险任务。民用UUV主要用于海洋研究、海上石油与天然气的开发；军用UUV的发展受反水雷战推动，后来逐渐扩展到试验武器的打捞、事故潜艇的乘员救援、情报侦察和直接作战等。
UUV发展到今天，总的说来可分为缆控式和自主式两大类。缆控式UUV的电源供应无时间限制，但长长的线缆也给其应用带来许多不便，所以自主——自主水下航行器（AutonomousUnder－式UUV—
waterVehicle，AUV）得到了大力发展。技术领先国家的主要努力方向表现在建造搭载UUV的特殊用途潜艇或对现有潜艇进行现代化改装上。形成的“潜艇+无人水下航行器”这一作战系统能大幅提高潜艇的战斗系统性能，已经并将继续对海上作战的方式和理念产生革命性的改变。
核动力潜艇与非核动力潜艇相比，具有显著的战术技术性能优势。具体体现在：1）排水量大，可以安装更为先进、功能更强的水声探测设施；2）武器装载量更大；3）最大航速更高；4）随着近年来减噪降噪技术的进步，核动力潜艇的噪声水平大大5）低噪声航行的最大航速比非核动力潜艇高降低；
得多。在核动力潜艇上使用UUV，可以提高其战斗可能性和战斗稳定性，尤其是在沿岸海区。但非核动力潜艇与核动力潜艇相比，仍具有一系列无可争议的优点，主要体现在两个方面：一是在武器装备、无线电电子战设备等相同的条件下，非核动力潜艇的噪声水平更低；二是非核动力潜艇造价和使用维
作者简介：李大鹏，博士后，副教授，研究方向为船舶动力装置。
护费用比核动力潜艇低得多。当实现了UUV的无线电电子设备、推进动力装置及武器小型化后，可从而极以制造出与非核动力潜艇配合使用的UUV，大地提高非核动力潜艇水声及其他探测设备和武器的作用距离，同时提高非核动力潜艇的行动安全性。
1UUV的潜艇搭载技术
在“UUV的潜艇搭载”这个总的技术框架内，包含了一系列相关的技术：1）潜艇搭载一台或几台UUV的技术、信息和组织保障；2）艇载设备与战斗信息指挥系统、导航系统和通讯系统的交互；3）UUV能源储存与补给，如蓄电池充电、一次性电源更换或者燃料单元充注等；4）UUV行动任务程序的加载和启动；5）海上执行任务的UUV与艇上系导航系统和通讯系统）、舰统（战斗信息指挥系统、
、全球系统（GPS队系统或合成系统（战术通讯系统）和太空通讯系统）的交互；6）执行任务及回收AUV时，AUV与潜艇的相互机动；7）UUV的返回及就位；8）UUV向潜艇传递数据及回收后的维护保养。
潜艇上搭载UUV可采取两种不同的方案[1]。一种称为“干搭载”。UUV布置在潜艇耐压壳体内部，或者在特制的耐压容器内储存和维护，如对战略导弹核动力潜艇的导弹发射井进行改装。“干搭载”方案需要艇载和岸上辅助设备。另一种称为“湿搭载”。在整个使用期间内，UUV都装载在艇体外特制
２３
船舶设计与建造
的单独容器内，容器内部充满海水。搭载容器可作为潜艇非耐压壳体的一部分，不具有储备浮力。两
中外船舶科技２０１２年第４期
种搭载方式的比较见表1。
UUV的搭载是任何UUV系统都要面对的一个
表1“干搭载”与“湿搭载”方案对比
干搭载
优点
缺点
潜艇上必须具有大容积的耐压储存容
能布置一些专用系统和设备，包括：可以自由地到器，
降低了对大尺寸耐压储存容器
ＵＵＶ及其维护系统；用于释放和回收Ｕ－达ＵＵＶ及保证
和专用辅助系统的要求
保障使用维护人员临启动和回收的ＵＶ的系统和设备；
相关系统，维护时性进入耐压储存容器的系统修理方便
必须具有ＵＵＶ耐压储存容器的充注和干燥系统
必须具备剩余浮力补偿系统，以及在充注和干燥耐压储存容器时产生的过余浮
提高了“潜艇力微分动量补偿系统
＋ＵＵＶ”全系统必须具有ＵＵＶ淡水洗涤系统和较大的的可靠性
淡水装载量
作为ＵＵＶ搭载平台的潜艇造价（包括现有潜艇的改装费用）较高
作为ＵＵＶ搭载平台的潜艇造价（包括现有潜艇的改装费用）是干搭载方案费用的１／１０～１／７
由于经常工作于严酷的外界条件下，对ＵＵＶ及保障释放和回收ＵＵＶ系统的可靠性要求提高
“潜艇＋ＵＵＶ”全系统的可靠性有一定程度降低不能到达ＵＵＶ对其进行维护修理
优点
湿搭载
缺点
关键技术和工程难题。搭载方案的采取与UUV的体积形状和搭载平台有密切关系。大尺寸UUV的搭载和回收实际上要比小尺寸UUV简单，因为U－UV及安放容器的清洗和对准比小尺寸的UUV少了许多限制。尽管工程应用上可以进行许多简化，但包括潜艇的改装在内，搭载和回收技术设备都费用不菲。近期内，搭载大型UUV的潜艇或者采用湿船坞式、拖曳式，或者与现有的发射和回收界面（鱼导弹发射井）兼容。雷发射管、
潜艇上搭载UUV必须满足非常严格的技术要电源求，包括但不限于以下几个方面：抗冲击性能、（或其他能源系统）兼容性、爆炸安全性等。对于水面舰艇，类似要求也存在，但没有像潜艇这般严格，而且要求范围也没有潜艇广泛。满足这些要求需要支付高昂的研发费用。在UUV系统的设计和制造阶段就应该考虑并解决UUV的搭载问题，这样可以降低总体费用。
在现有潜艇上搭载UUV势必会对潜艇结构有所影响。一般采取两种方法：一是对现有潜艇进行改造，由于排水量限制，非核动力潜艇上搭载UUV需对艇体结构进行重新设计和改造；二是在建造新型潜艇时就针对UUV搭载进行设计。２４
2UUV的鱼雷发射管搭载
美国目前在研或试验的UUV多是通过鱼雷发射管搭载，在水下释放和回收，这会减少潜艇的武—格鲁曼公司为美国海军器装载量。如诺斯罗普——
[2]
研制的NMRS（近程水雷侦察系统），UUV本体位
于鱼雷发射管内。见图1。
１－鱼雷舱；２－鱼雷发射管；３－备雷载具；４－带有辅助设备的坚固储存容器；５－可伸出的接收口；６－缆索；７－ＮＭＲＳ的缆控式ＵＵＶ
图1NMRS在潜艇上的布置
所有用于释放和回收UUV的设备都布置在固定于鱼雷发射管后部坚固的储存容器中，在这种情况下，发射管后盖要卸掉。经过发射前准备，UUV自鱼雷发射管释放出去，在自身推进器的作用下露出
中外船舶科技２０１２年第４期
船舶设计与建造
行操作（水声系统天线在系留椎孔旁），AUV将自己的系留杆插入机械手的系留椎孔中并固定；最后，机械手引导AUV进入潜艇艉部打开的鱼雷发射管中并一直前进，进一步推动其进入发射管。见图3。
2006年1月，第一套LMRS装置AN/BLQ-11在洛杉矶级核动力潜艇“斯克兰顿”号上进行了实验。实验包括：AUV的发射（自鱼雷发射管中释放出来）；在潜艇上对AUV遥操；借助水声通讯系统，对AUV回收、与其汇合和操纵；验证实际情况下机械手的工作性能。实验成功地实现了根据水声遥控操作，将AUV与自上部鱼雷发射管中伸出的机械手对准和对接，并将AUV回收到潜艇下部的鱼雷发在整个操作过程中，最复杂的射管内。要指出的是，
当属AUV非常靠近潜艇时，借助水声通讯操纵AUV这一阶段。
潜艇艇体之后，借助通讯光缆保持与潜艇的联系。回收时，使用绞车和缆索把UUV回收到鱼雷发射管中，绞车位于坚固容器内。为保证UUV安全地进入鱼雷发射管内，在防浪板外有特制的活动接收漏斗。任务执行期间，如果发生缆索断裂情况，UUV可以自己返回潜艇所在位置。
波音公司研制的LMRS（远程水雷侦察系统）采用“干搭载”方式搭载。LMRS的AUV从鱼雷发射管中释放，任务完成后再回收到鱼雷发射管内。由于AUV和艇载设备布置在核动力潜艇的鱼雷发射管内，这样将减小8～10件武器装载量。使用同一舷侧（一般为右舷）的两个鱼雷发射管回收AUV：在上部鱼雷发射管内安装有可伸缩的机械手，机械手抓住AUV并将其装入下部鱼雷发射管（图2）。回收时，潜艇和AUV以0.5～3kn速度航行。
a）AUV与系留杆对接；b）AUV接近系留锥孔
1-系留锥孔；2-系留杆；3-控缆
图3LMRS的回收
3UUV的导弹发射井搭载
4条俄亥俄级弹道导弹核动力潜艇（SSBN-726“俄亥俄”号、SSBN-727“密执根”号、SSBN-728“佛号和SSBN-729“佑治亚”号）自2002年开罗里达”
ａ）前视图；ｂ）后视图；ｃ）ＡＵＶ回收到鱼雷发射管；ｄ）回收ＡＵＶ时机械手所处状态。
１－壳体；２－液压传动；３－系留椎孔；４－水声通讯天线；５－鱼６－机械手伸出部分；７－铰链；８－旋转９００的雷发射管截面；
机械手前部；９－ＡＵＶ壳体；１０－ＡＵＶ推进器；１１－打开的鱼雷发射管防浪护板
图2LMRS的AUV回收装置
始被改装成了巡航导弹核动力潜艇（SSGN），可装载154枚“战斧”式巡航导弹。图4为改装后的SSGN-如UUV、726。22个导弹发射井可以搭载多种负载，UAV及特种部队装备，可利用导弹发射井储存、发射和回收UUV，还可以在近海海域布设用于探测低噪声潜艇的“PLUSnet”传感器网络。
ElectricBoat公司研究了将“PLUSnet”传感器网络系统的一部分布置于搭载在SSGN的导弹发射井内的5个有效负载模块内，见图5，6。这5个有效负载模块内可以布置包括：“海马”大型AUV1台，滑翔机类型的“Xray”大型AUV1台，“Bluefin21”AUV6具，滑翔机类型的“SeaGlider”AUV18具，折
２５
使用机械手抓住AUV并将其回收到鱼雷发射管中的过程分几步进行。首先，机械手由上部鱼雷发射管伸出整个长度；其次，机械手前部使用液压装置弯转某一角度，以便系留椎孔的轴与潜艇的径向截面平行；AUV自潜艇艉部向艏部运动，根据指令伸出自己的系留杆，根据水声通讯系统的数据进
船舶设计与建造
中外船舶科技２０１２年第４期
叠式可伸展水声天线箱体9具。长8.3m的URLM中布置的究表明，在直径1.8m、有效负载质量可以高达20t。要注意的是，俄亥俄级核动力潜艇导弹发射井的直径在2.5m左右，长度超过10m（图7）。
对于不同质量、形状及结构的UUV，URLM的具体使用方法也有所不同。搭载有“海马”和“Xray”大型AUV的URLM在俄亥俄级SSGN导弹发射井中的布置见图8。URLM的典型结构组成包括：内部承力框架和外部壳体，用于布置所有的内部设备、机械和系统；UUV运动引导系统水声天线系留锥孔；UUV降落托架；与系留锥孔对接后的固定设备；可承重的升降设备，用于将具有系留锥孔的托架从发射井中升起4.5m并能转向90°；液压系统，包括液压泵和液压传动系统；UUV蓄电池充电设备；
a-带有被动式水声站“LUPA”的“海马”大型AUV；b-滑翔机类型的大型AUV“XRay”；c-滑翔机类型的AUV“SeaGlid－er”；d-“Bluefin21”型AUV；e-折叠式水声天线
图6“PLUSnet”网络系统的AUV
URLM全系统和设备的操纵和监控模块；URLM和潜艇系统的数据交换模块；URLM内部用于对UUV记录和维护的系统和设备；维护人员进出和工作使用的人孔、平台和必需的内部空间。
回收AUV到俄亥俄级SSGN导弹发射井中的URLM工作步骤见图9，包括：1）引导AUV接近系留锥孔；2）AUV与系留锥孔对接；3）AUV降落在
由通用搭载和回收模块（UniversalLaunchandRecoveryModule，URLM）保障所有AUV依次提出、启动及回收到导弹发射井中。ElectricBoat公司研２６
中外船舶科技２０１２年第４期
船舶设计与建造
支架上并固定；4）固定在支架上的AUV位置转向90°成竖直状态；5）升降设备和AUV一起回收到发射井内，或者说回收到URLM内；6）导弹发射井井盖关闭。完成这些操作时悬停潜艇所处的工作深度应不低于50m，即所谓的安全深度，并且借助深度稳定器，深度偏差保持在0.7m左右。
在一个URLM内仅能布置一台大型UUV。2003年1月，美国海军在“佛罗里达”号上对大型AUV进行了实验。自导弹发射井中释放的大型AUV为改装后的“海马”大型AUV。AUV的参数为：长8.5m，直径0.97m，质量4.5t，工作深度300m。AUV航行了200nmile，在指定位置布设了设备。在AUV的整个行动期间，都使用AUV自带的侧扫式水声测位仪和其他传感器进行了数据记录，实验取
进一步明确了大型UUV得了成功。根据实验数据，
的技术参数：质量9t，直径1.82m，长度9m，其质量超出“海马”大型AUV的2倍。这些参数从改装后的SSBN导弹发射井就可以看出。
搭载“Bluefin21”AUV的URLM内部布置了6具“Bluefin21”AUV，其质量360kg，长度3.05m，直径0.533m，航速3kn，自持力15昼夜，工作深度270m。搭载“SeaGlider”AUV的URLM内部布置18具AUV，其质量为52kg，长度1.8m，航速0.7kn，航程4500km，工作深度1000m。图10为使用URLM搭载这两种AUV及其结构。
使用URLM布置可伸展水声天线及其结构见图11。URLM内布置有9具装有可伸展水声天线的容器。
２７
船舶设计与建造
中外船舶科技２０１２年第４期
滑翔机类型的“SeaGlider”AUV作为托架上的AUV启动；第三步，缆控式UUV接近“PLUSnet”网络的一部分，自身没有推进装置，AUVAUV，捕捉并将其安放在升降设备的托架上；第四在浮力作用下自由漂浮，因此其启动和回收相对困步，缆控式UUV为处于托架上的AUV随后放置在难一些。ElectricBoat公司专家提出使用缆控式URLM内做准备。
UUV的方案。缆控式UUV为搭载平台的组成部分，采用
“湿搭载”方式，储存在潜艇壳体上的起落舱4UUV的潜艇外搭载
内。图12为UUV和潜艇之间配合动作的顺序。分以下几步进行：第一步，缆控式UUV进入工作状由于只有大吨位UUV才具备对潜艇跟踪的能态，离开位于潜艇耐压壳体和非耐压壳体之间的起力，专家预测，未来UUV长度可达30m，重量可到落舱；第二步，缆控式UUV保证位于升降设备升起
50t，可携带更多武器，甚至是小型UUV。美国海军
２８
中外船舶科技２０１２年第４期
船舶设计与建造
如果UUV尺寸与潜艇尺寸相当，可以将UUV在潜艇外部搭载，见图14。在这种方案中，使用了特殊的对接模块，保证UUV和搭载潜艇牢固结合。可将UUV作为超大负载，与潜艇一起在水下不同深度和沿不同航线以高速或中等速度进行机动，也可在风浪或水面状态下航行。对接模块还应保障UUV和搭载潜艇之间的信息交换和对UUV的能量供应。这种方案在美国海军使用的DSRV和ASDS型UUV上进行了研究。
于2003年推出的一种大吨位UUV排水量在5t左可在多种平台上部署，包括俄亥俄级右（或为10t)，
弗吉尼亚级核动力潜艇和水面舰弹道导弹核潜艇、
艇。该UUV的搭载方式虽然还没有定论，但有可能使用导弹发射井或在潜艇外搭载，也可能在潜艇上配备一个UUV可以进出的甲板防护舱[3]。
NUWC的UUVI计划研制的AUV命名为
[4]
“Manta”，并确定了两种概念设计。第一种设计命
名为“Proudconformal”。AUV长15m，使用两台巡其中包括水航发动机，可携带重达8t的有效载荷，无线电和光电侦察设备，6～8条小尺寸鱼雷，2条声、
重型鱼雷和2条轻型鱼雷，8具155mm火箭发射装置。第二种设计命名为“Integratedconformal”（或称为“SuperManta”），预计携带的有效载荷将达到14t。AUV将装备在第二条弗吉尼亚级核动力潜艇上，未来的多用途核动力潜艇也将装备。4台攻击型AUV，可以很方便地布置在潜艇艏部的非耐压壳体“湿搭载”方案，潜艇非耐压壳体外部空间内，采用作为AUV的搭载甲板。见图13。根据美海军研究人员的观点，在未来潜艇艏部搭载4台Manta不会影响潜艇的水动力学性能和声场特征。
１－艉部发射装置；２－甲板发射装置；３，４－艏部发射装置；５－对接模块；６－ＡＵＶ
图14UUV的潜艇外部搭载
5潜艇改装的UUV搭载方案
德国潜艇制造商Howaldtswerke-DeutsheWerft公司和设备制造商GablerMaschinenbau公司使用“干搭载”方案。他们公布了在现有潜艇了UUV的
上通过模块化改装搭载缆控式UUV的研究计划，提出了“Sublab”潜艇设计方案。在该方案中，潜艇耐压壳体下部安装有垂直气密舱，见图15，可以同时
１－Ｍａｎｔａ与潜艇脱离；２－潜艇非耐压壳体上的Ｍａｎｔａ起落舱；3-Manta驶离执行任务；４－艏部；５，６－鱼雷发射管；７－处于与潜艇对接状态下的Ｍａｎｔａ；８－潜艇壳体
图13Manta在潜艇上的搭载
保证5名潜水员和UUV的释放或回收，也可作为潜水员减压舱。
美国海军未来的AUV搭载潜艇设计见图16[5]。AUV采用“湿搭载”方式。在潜艇艏部，传统上布置
２９
船舶设计与建造
水声设备天线地方的靠后一些位置处，设有可变有效负载舱，舱室内安装有转盘式发射装置，并固定（LDUUV）。可变有效负载舱室上安放有大型UUV
部有舱口，其直径尺寸足够保证UUV依次离开并UUV自舱口离开或返回是采返回自己的固定位置。
用沿平直滑轨的向上或向下垂直运动方式。可变有效负载舱不仅可以布置在潜艇前部，也可以布置在驾驶台防护罩后方。
中外船舶科技２０１２年第４期
6结
语
潜艇+无人水下航行器这一新的战斗系统能大幅提高潜艇的战斗系统性能，已经并将会继续对海上作战的方式和理念产生革命性的改变。使用UUV可以极大地补充、增强和拓展现有海军执行任务的能力，是争取未来海上优势的发展方向。
UUV的发展将趋向标准化和模块化，以缩短开
发时间，降低总体费用。随着计算机科学及技术的发展，可以采用计算机模拟和可视化技术对UUV的搭载技术进行研究。搭载技术是UUV的关键技术，应加大研究与投入力度，在海军发展战略框架内，以需求为牵引，制定切实可行的UUV发展规划，加强海军、科研机构、高等院校和工业部门之间的合作。参考文献
[1]ИлларионовГЮ.Базированиенеобитаемыхподводныхаппаратовнаподводныхносителях[J].Подводныеис-
следованияиробототехника，2007（3）：27-39.
[2]Near-termMineReconnaissanceSystem(NMRS)[R].http://www.globalsecurity.org/military/systems/ship/systems/nmrs-gallery.htm.
[3]MennoS,PavlosJ.Submarinesupportedlargeunmannedun-derseavehiclefinalreport.ONRshiptechnologiesdevelop-mentprogram[R].September,2004.
[4]СиденкоКС,ИлларионовГЮ.Применениеавтономн-ыхподводныхроботовввойнахбудущего[J].Арсенал(военно-промышленноеобозрение)，2008（2）:86-93.[5]Submarineofthefuture.ReportoftheDefenseScienceBoa-ardTaskForce[R].July1998.http://www.acq.osd.mil.
３０