0 引　言

20世纪90年代以来，在微电子、计算机、导航、通信、动力、自动控制、新材料、人工智能以及信息技术等众多高新技术的推动下，无人装备技术进入前所未有的蓬勃发展阶段。近年来，无人装备的火力打击能力日益受到重视，而无人智能舰炮武器系统具备射速高、反应快、携弹量大、持续作战能力强、拦截近限小、抗干扰能力强、价格低廉、使用费效比高等优势^[1]，非常适合装备于无人或有人水面平台作为火力单元。

由于无人智能舰炮武器系统自动化、智能化、快速反应能力、自动机射速的大幅度提高，必然对供弹系统提出更高、更新的要求。因此，必须研究智能化程度高、速度快、可靠性好、适装性强的供弹系统，才能满足舰炮日益发展的需求。

目前中大口径舰炮供弹系统形式多样，口径不同或相同的每型产品都有一个具备自身特色的供弹系统，没有形成模块化、系列化的供弹系统工业技术基础。而这一现状对新型智能供弹系统的研发非常不利，因为供弹系统要实现智能供弹和故障诊断需要领域专家知识和实例的积累。本文探讨对供弹系统进行模块化分类的思路，通过模块化组合、系列化发展满足不同无人智能舰炮供弹需求，以期达到降低新研产品研制经费、缩短研制周期的目的。

1 无人智能舰炮对供弹系统的需求 1.1 智能供弹

早在20世纪，研究人员就开始探讨智能舰炮的概念，提出在目标识别、战术决策、射击指挥、故障修复和重组以及弹药方面的智能化^[2]。具体到供弹系统智能化而言，是指供弹系统能够响应舰炮供弹指令，以最佳供弹路线将需要的弹药快速转运至舰炮发射系统接口位置。具体有3个要素：1）感觉要素，用来识别命令，认识周围环境状态，监测自身的状态；2）思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作；3）运动要素，对外界做出反应性动作^[3]。

1.2 健康管理

无人智能舰炮长期执行任务，在没有保障基地支持、甚至没有现场维修人员的条件下工作，这就要求供弹系统本身具备较强的故障检测能力、一定的故障修复能力和功能重构能力^[2]，以最大程度地保证任务执行的可靠度。较强故障检测能力需要故障诊断技术的支持，而故障快速修复和功能重构需要模块化技术的支持。

1.3 适装性

无人智能舰炮的体积、重量是制约其应用场合的主要条件之一，因此要求供弹系统结构紧凑、轻巧，同时无人操作也给供弹系统结构设计带来了有利条件，不必过多考虑人工操作空间，模块化安装是提高设备适装性的重要手段。

2 模块化发展构想 2.1 供弹系统模块划分

供弹系统是把弹药从舰艇弹药舱输送到发射系统所有装置的总称，供弹过程通常包含以下所有或其中几个环节：将固定储存弹药转运到扬弹机，弹药进入自动供弹线路；将扬弹机弹药扬送到与舰炮一起回转部位，实现弹药与舰炮旋回运动的同步；将回转部位弹药转运到俯仰部位接弹机构，实现弹药与舰炮俯仰运动的同步。

按具体实现方式，可以把供弹过程分解成储弹、转弹、扬弹、摆弹、推弹、压弹、输弹等基本动作。供弹过程可以看成3个过程：储弹的过程，运弹的过程，控制过程，每个过程可能包含几个基本动作。在3个过程中，储弹按实现方式可分为固定储弹和运动储弹，转运按其运动形式可分为直线运弹、转动运弹和复合运动运弹，控制按应用方向可分成引信装定与监控。模块划分示意如图1所示。

供弹系统基本模块如下：

1）固定储弹模块

仅实现弹药存储，弹位间不必具备移动功能，可实现高密度储弹，一般安装在舰船固定部位的弹药舱甲板。

2）循环储弹模块

实现弹药循环转运与存储，例如俯仰储弹模块、弹鼓等。

3）直线运弹模块

实现弹药直线输运，有轴向运动的扬弹机、输弹机，也有实现径向运动的推弹机、压弹机。

4）摆式机械手转运模块

把弹药从旋回部位转运到发射系统装填口，实现弹药由回转同步到回转俯仰同时同步。摆式机械手是最常见的俯仰转弹形式，也有其他方式可以实现这一过程，但是其他方式存在中间弹位多，不利于弹种快速更换的缺点。

5）多自由度机械手转运模块

在三维空间实现弹药搬运任务，将固定储弹模块转运到自动供弹线路上。

6）引信装定模块

负责信息化弹药引信的装定工作，为了更充分应对目标信息变化情况，装定位置越靠近弹丸出炮口的位置越好。

7）监控模块

对舰炮供弹系统的装弹、供弹、退弹、更换弹种等工况实施监视控制的所有装置的总称，可以采用集中控制，即全炮控制由一台微型计算机完成，也可以采用分散式控制，主机负责全炮的管理、通讯、伺服控制，作为下级从机，供弹系统分机负责实现供弹监控，还可以继续向下分散在以上某些模块中。

2.2 简约型供弹系统

以装备对象是无人机动平台为例，如无人舰艇、无人车，由于其下方空间紧张，要求体积小、重量轻，追求高可靠性和突击能力，通过模块组合搭建的简约型供弹系统由循环储弹模块、装填模块、引信装定模块和监控模块等组成，组成示意见图2。

循环储弹模块与舰炮俯仰部分一体回旋，因此避免了弹药与俯仰部分同步的协调环节，循环储弹模块自身可以储存一定数量弹药，通过循环运动，可以将任意一个位置弹药转运到装填交接位置，从而实现连续供弹和弹种更换。图示为一种弧形布置方式的循环储弹模块，应用场合不同也可以采用直线布置的方式。

装填模块实现将循环储弹模块弹药装填入炮膛的功能，中、大口径舰炮一般采用发射时产生的内能驱动，因此多数归属在发射系统，但归属问题不影响把装填模块放在本文中讨论。

引信装定模块、监控模块可以采用通用模块。

简约型供弹系统直接将循环储弹模块与舰炮高低、俯仰一体运动，简化了接口，具有结构简洁、重量轻型的优点，突击射速高、弹种更换迅速、快速反应能力强，适用于突击作战能力强但持续作战能力要求不高的任务场景。简约型供弹系统的主要缺点是循环储弹模块储弹量有限，可以通过固定角装填的方式在战斗间隙补弹来改善这一情况。

2.3 扩展型供弹系统

以装备对象是中大型水面平台为例，如有人、无人舰船，由于其舰面设备隐身要求高，追求高可靠性、多任务能力和持续作战能力，通过模块组合搭建扩展型供弹系统由固定储弹模块、多自由度机械手转运模块、扬弹模块、循环储弹模块、摆式机械手转运模块、装填模块、引信装定模块及监控模块等组成，组成示意如图3所示。

固定储弹模块装在弹药舱舱室甲板，不随炮作旋回运动，用以储存弹药。

多自由度机械手转运模块抓取固定储弹模块中所需弹种，以优化的路径将弹药转运到扬弹机装弹位。该模块可以采用移动式或者固定式机械手，固定式机械手具有不易受舰船摇摆干扰、易于电缆敷设的优点，工程中优先考虑应用。移动式机械手（机器人）可用于固定式机械手故障情况下的功能重建，以及简单故障的修复，也是多自由度供弹机械手的重要发展方向。

扬弹模块是一种弹药直线移动模块，实现弹药上、下输送，将装弹口弹药扬送到摆式机械手转运模块接弹位。

循环储弹模块是一个小型储弹机构，储存一定数量弹药，以解决机械手转运速率较低，难以匹配高供弹率的问题，使舰炮有一定高速持续射击能力，并可以在战斗间歇通过机械手补充弹药。该模块有随炮一体旋回和固定2种方式，在采用中心扬弹的前提下，循环储弹模块采用了固定式安装。

摆式机械手转运模块是把弹药从接弹位向发射系统装填口转送弹药的机构，其重点、难点是快速可靠的弹药交接，以及到位前的轻柔制动。

扩展型供弹系统具有舰炮甲板以上部分小巧的优点，同时持续作战能力强，在智能炮弹的支持下具有多任务能力，特别适用于对作战能力有较全面的场景。扩展型供弹系统的主要缺点有：弹药输送路线长，从固定弹鼓到发射系统有多个弹位，更换弹种时间较长；在摆式机械手转运环节，以及多自由度机械手转运环节，弹位间移动距离大，供弹率不易提高，但可以通过双摆和多机械手的方式改善。

3 关键技术 3.1 故障诊断技术

故障诊断技术在舰炮供弹系统使用、维修和维护中的作用至关重要，人工智能的诊断方法是目前最活跃的故障诊断方向，而其中基于专家系统的方法需要领域专家的知识以及对诊断对象认知的积累，即使是基于神经网络的方法也需要解决问题的实例来训练神经网络。

人工智能故障诊断是一个复杂的过程，然而目前开发出的人工智能号脉系统远未成熟。舰炮供弹系统故障诊断困难的地方，一是装备量小，积累的可以提供用以故障诊断参考的实例不足；二是一型舰炮就有一种全新的供弹系统，势必对每型供弹系统故障诊断的研究不够深入。鉴于此，通过模块化技术分类，将舰炮供弹系统分成几个典型类型，集中研究力量进行突破，是一条可行的技术路线。

3.2 摆式机械手技术

在舰炮射击过程中，根据目标位置不断进行旋回与俯仰的复合运动，供弹系统就需要解决好这2个关键环节的供弹，即弹药与舰炮旋回一致，回转一致弹药与舰炮俯仰一致。旋回一致环节可以通过中心扬弹或直接采用与舰炮旋回一致的弹鼓解决，俯仰一致环节就需要通过摆式机械手解决，抓取旋回一致部位弹药摆动到发射系统装填口。摆式机械手不是实现这一供弹过程的唯一途径，但是是比较利于弹种快速更换的途径，具有没有中间弹位、供弹路线简洁的优点。发射系统装填口在不断运动中，摆臂摆弹需要不断追踪发射系统位置，同时摆弹到位的冲击是影响舰炮射击精度的主要因素之一，因此如何快速摆弹并减小摆弹到位的冲击是摆式机械手的关键技术。

3.3 舰炮弹药机器人

德国Pzh2000自行火炮采用了典型的机械手供弹系统，代替人工完成弹药的获取、转运，而其应用的技术正是工业机器人技术，提高了该武器的发射率、可靠性^[1]。将固定储弹模块转运到自动供弹线路上的过程，不论是从减少弹药交接环节提高可靠性上考虑，还是从多弹种实现弹药快速更换上考虑，都倾向于由弹药机器人完成，弹药机器人的性能直接影响供弹率、可靠性以及智能化程度。工业机器人技术发展迅速，可以将工业机器人适应性改进后舰用化，在舰用化过程中，一是要克服海上摇摆条件影响，由于舰炮装备一般要求在高海情能使用，往往附加惯性力很大，对机器人强度、刚度提出更高要求；二是开发适用弹药重量、外形特征的专用夹持装置，实现弹药的可靠搬运和装卸；三是提高环境适应能力，适应海上盐雾、潮湿和极限温度环境使用条件，适应弹药舱隔爆的使用条件。

3.4 模块化技术

舰炮武器结构复杂，使用和维护保障难度极大，因而要求研发的舰炮应具有模块化、通用化、系列化的特点，可采用不同功能的模块组合以满足不同需求的功能、价格梯次，实现多种作战目标和任务。

模块化技术利于用尽可能少的供弹模块组合出尽可能多的供弹系统，反过来讲还可以将多个供弹系统提炼出核心供弹模块，同时后继的模块系列化还可以在核心技术不变的情况下，满足更多口径舰炮的供弹需要。供弹系统模块化还利于充分应用新技术，可以对单个模块进行升级换代，以保持装备的先进性。在供弹系统模块划分部分，本文只是做了浅显的尝试，并没能完整建立供弹系统的模块架构，在舰炮实现无人智能的道路上，供弹系统模块化技术任重道远。

4 结　语

本文探讨了无人装备发展下中、大口径舰炮供弹系统的模块化构成方式，供弹系统的模块化，更利于无人智能核心技术突破，更利于装备的升级换代，更利于使用工业成熟技术。同时供弹系统的模块化、系列化，可以适应不同的装备对象，可以加快研制进度、降低研制风险，使武器装备维修保养方便、保障器材减少，从而大幅度提高武器装备的性价比和生命力。