0 引　言

海军武器装备试验必须在近似实战环境下进行，水面舰船靶标需要模拟水面舰船运动特性、雷达反射特性、电磁特性和红外辐射等特性，用于检验武器系统的性能、指标。长期以来，海军使用的靶船主要有拖靶和固定靶。固定靶无法模拟舰船机动性，拖靶需要随着拖船活动，假想舰的机动特性模拟也不够真实，而且还存在较大的危险性。为更好模拟水面舰船运动与目标特性，对水面靶标自身的机动性、隐身性、耐波性等性能提出了更高的要求。

美国海军靶场使用的靶标已经实现了系列化、通用化^[1]。武器装备试验用靶以小型高速遥控运动靶为主，辅助以中速大型专用实体靶，结合可以拖带的水面拖靶，较真实地模拟了水面舰船的运动特性。其中快速运动水面靶标用小型高速摩托艇模拟水面舰艇，模拟水面舰艇的运动特性，例如高速机动靶HSMST。该靶标可以模拟多种水面舰艇目标特性，制造工艺简单，研制成本小，易于使用、维护管理。对中等速度机动目标捕获、攻击能力的考核主要采用小型快艇靶船模拟水面舰艇。如QST-35靶船，主要用于反舰导弹飞行试验的靶标，或用于拖带水面拖靶。该靶标可以人工驾驶或遥控，靶体小，速度高，反舰导弹很难直接命中，生存能力强。为全面考核武器装备的性能，美国海军空战中心武器分部建有专门用于导弹等武器系统试验用的实体靶船MST^[2-4]。实体靶船靶长为80 m，速度为7. 7 m/s，载荷大于为50 t，可以人工驾驶或遥控。在靶船上安装商业集装箱，可以减缓导弹击中时的应力，模拟不同的水面舰艇目标时，根据模拟舰艇的电磁反射特性不同，集装箱和角反射体布置有所不同。船体抗击沉性好，易于修复，既方便使用，又对环境污染小，且模拟水面舰艇目标特性逼真，在反舰导弹飞行试验中发挥了重要作用。

加拿大Qinetiq公司研制的梭子鱼无人遥控靶船（USV-MT），是1艘长9 m的玻璃钢硬壳充气快艇改装而来的小型遥控靶船。可以在3级海况的情况下保持高达25 kn的航行速度。USV-MT可以通过无线电数据链或者卫星通信数据链进行遥控作业。俄罗斯455型靶船采用双体设计，提高了靶船的稳定性和抗沉性。船体分为了多个水密隔舱，干舷的高度很低。在其甲板上，多个桅杆撑起了一道网状结构，用于观测试验结果。

为了提高靶标平台机动性，降低风险性，我国海军近年来也开始研制基于三体船、双体船等高性能船型的靶标平台^[5-7]，通过在红外成像靶的基础上加装角反射组可以模拟真实舰船的目标特性。同时为提高靶标平台防御能力，遥控靶船应运而生^[8-11]，进一步提升了靶标机动性和模拟效果。

综上所述，水面靶标平台一方面需要更真实地模拟实际作战环境中舰船的特性，同时还要具备低辐射、低风险、低成本、易维护、高机动、高仿真、高环境适应性等技术特点。

1 低辐射高耐波性靶标平台构型方案 1.1 平台构型方案设计思路

根据当前水面靶标任务需求，靶标平台应具备小型化、高隐身性、高耐波性、可机动、可定点定位等功能，提出低辐射高耐波性靶标平台方案。具体设计思路如下：

首先根据平台小型化和高隐身性需求，考虑将平台主体置于水面以下，以尽量降低平台自身辐射面积；进而考虑平台高耐波性和自身安全性需求，平台主体采用透水性好、耐波性优良、结构冗余度高的网架式构型，通过网架空心圆球和圆管提供浮力和内部空间，既保证平台良好的总体性能又能满足平台使用功能；考量到平台信号模拟需求，需要承载有源诱饵、角反射器、近程支援干扰等设施，在平台水线附近设置水密浮箱和饵源安装架，以模拟各种饵源信号。最后考虑靶标平台的纵横摇稳定功能、机动性要求、姿态控制要求等，需要设计相关技术措施，保证平台在4级海况下具备被中小舰船承运、拖运的能力和承载设施稳定工作的能力。

1.2 平台构型方案组成与功能

基于上述设计思路，给出该水面靶标平台构型方案，方案组成及功能如下：

1）平台主体结构设计

平台主体采用网架式结构，由空心圆管与空心圆球组成，材料选用的是高强度的铝合金或者是高强度的轻型合成材料。空心球以及空心管均可以提供一定的浮力，可根据拖靶载体的有效载重和排水量确定球与管的尺寸以及个数。平台上层水线附近设置中心舱室，中心舱室内部空间可用于安装相关设备，外面加装流线性导流罩。中心舱室顶部安装饵源天线，用于安装不同饵源，模拟不同信号源。该平台主体结构的优势是既能满足平台结构强度要求又具有良好的透水性，使平台在4级海况下依然具有良好的耐波性。

2）平台减摇系统设计

为了满足平台在4级海况下的使用要求，利用平台空心圆管设计了纵横减摇水舱系统，其中减横摇水舱1个，静特征数为0. 5°保证平台4级海况下横摇角度不大于3°，减纵摇水舱2个，静特征数为0.85°，保证平台4级海况下纵摇角度不大于为3°。

3）平台姿态控制系统设计

为了能够满足平台在4级海况波浪条件下拖航及自主机动的姿态控制要求，为平台设计了姿态控制水平水翼和方向舵，通过调整水翼攻角和舵角，达到控制平台拖航与机动过程中运动姿态的目的。

4）平台隐身性与机动性

出于平台的隐身性能考虑，平台自身结构绝大部分在水面以下，露出水面部分很小且采用隐身设计，具有雷达反射截面小、红外特征不明显等优点，能够大幅度提升自身隐身性能。而且平台安装有动力定位系统、推进系统、水翼和舵控系统，能够满足试验时对平台的可控、可定位和可机动的要求。

通过上述各系统的组合，构成低辐射高耐波性水面靶标平台设计方案，其三维模型如图1所示。

2 平台总体性能分析 2.1 静水力计算

对平台总体性能分析，首先需要开展静水力计算和稳性分析。静水力的计算主要是包括平台的浮心、重心、转动惯量、排水体积以及稳心计算等。通过计算平台各部分排水体积，根据各部分相对坐标原点的位置，可以计算得到平台重心、浮心、排水量、转动惯量等参数，并根据平台稳性和吃水要求布置压载。

平台浮心和重心则按下式计算：

$ \begin{split} x_b = \frac{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} = 1}^N {x_{bn}{v_n}} }}{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} = 1}^N {v_n} }},y_b = \frac{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} = 1}^N {y_{bn}{v_n}} }}{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} = 1}^N {v_n} }},z_b = \frac{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} = 1}^N {{b_n}{v_n}} }}{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} =1}^N {v_n} }} \end{split}。$

(1)

$ \begin{split} x_g = \frac{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} = 1}^N {x_{bn}{v_n}} }}{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} = 1}^N {m_n} }},y_g = \frac{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} = 1}^N {y_{gn}{m_n}} }}{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} = 1}^N {m_n} }},z_g = \frac{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} = 1}^N {{z_{gn}}{m_n}} }}{{\displaystyle\sum\limits_{{{n}} =1}^N {m_n} }} \end{split}。$

(2)

式中： $v_n $ 为各部件体积， $x_g,y_g,z_g $ 为各部分浮心， $m_n $ 为各部分质量， $x_g,y_g,z_z $ 为各部分重心。基于以上计算，得到平台静水力计算结果如表1所示。

根据平台静水力计算结果可以发现，该平台储备浮力为约50 kg，能够保证平台的浮性，平台重心垂向位置位于浮心以下50 mm，使平台具有良好的稳定性。

2.2 平台静水阻力分析

首先建立平台三维几何模型，为简化起见，平台静水阻力计算时只考虑平台主体网架结构，如图2所示。考虑到平台几何对称性，计算模型可以取一半，以减少网格数量，提高计算效率，网格划分如图3所示。

考虑到网架结构兴波特性，参考相关文献资料^[12]，确定计算流域为平台前方为2倍平台长度，后方为5倍平台长度，横向为5倍平台半宽，深度方向水线以下为3倍吃水，水线以上为1倍吃水。平台网架面的网格尺寸为0.02 m，流场内层取不规则网格，外层取规则化网格，总网格数目为30.5万。采用VOF方法模拟自由液面，基于RANS方法，采用标准k-epsilon湍流模型，1阶迎风格式，约束模型运动姿态，计算了不同速度下平台静水阻力，计算结果如图4所示，图5为航速12 kn自由面兴波情况。

2.3 平台耐波性分析

该平台为网架式结构，其水动力特性三维特征明显，传统的基于切片理论的船舶耐波性预报方法不再适用。采用基于三维线性频域理论的浮体运动预报软件Compass-walcs计算该平台在波浪中的运动响应，得到了12 kn航速下平台运动响应曲线，如图6所示。预报平台4级海况（有义波高2 m）下的运动有义值为：升沉有义值0.11 m，纵摇有义值3.5°。由计算结果可知，该平台运动特性与传统船舶有较大差别，升沉与纵摇运动响应曲线峰值区不明显，曲线变化更加平缓，因此其在波浪中的运动性能较常规船舶更优，通过采用减摇水舱可以实现4级海况纵横摇角度不大于3°的技术指标。

2.4 平台总体技术指标

通过上述平台静水力计算、静水阻力计算、耐波性分析等，可以初步确定平台总体性能参数和相关设备技术指标，具体达到的技术指标如表2所示。

3 结　语

本文研究得出以下结论：

1）设计的低辐射高耐波水面靶标平台，由于采用球网框架式结构，平台整体质量分布与普通船体结构截然不同，其重心相对较低，具有良好的稳性和低辐射特性。

2）平台结构体积小、重量轻，具有良好的透水性，海浪环境中运动幅度较传统船型靶标更小，可保证平台在4级海况下稳定工作。

3）给出的低辐射高耐波性水面靶标平台的设计方案，为该靶标平台深化研究与装备研制奠定了基础。