舰船科学技术  2025, Vol. 47 Issue (1): 185-189    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2025.01.032   PDF    
弹药海上补给单元设计分析
李冠峰1, 许世磊2, 秦爱中1     
1. 中国船舶集团有限公司第七一三研究所,河南 郑州 450015;
2. 中国船舶及海洋工程设计研究院,上海 200011
摘要: 标准化的弹药海上补给单元,是支持海军走向远洋的物质要素。基于弹药海上补给的重要性和国内标准基础分析,解读了美国弹药海上补给单元设计标准体系,对比了英国弹药海上补给单元设计标准,阐释了美英弹药集装化、联勤化和标准化保障理念。提出弹药海上补给单元的设计,应立足现行弹药包装及储具标准,优先使用与包装模数相匹配的约数或倍数;以弹药集装化与联勤保障为基础,统筹设计弹药补给单元物理要素与作业接口;全面考虑弹药海上补给环境要求,充分开展弹药补给单元试验测试,确保弹药海上补给作业安全;以弹药海上补给单元标准化设计支持提升弹药补给作业标准化水平等建议。
关键词: 弹药     海上补给     货载单元    
Design analysis about ammunition unit load for underway replenishment
LI Guanfeng1, XU Shilei2, QIN Aizhong1     
1. The 713 Research Institute of CSSC, Zhengzhou 450015, China;
2. Marine Design and Research Institute of China, Shanghai 200011, China
Abstract: Based on the analysis of importance of ammunition underway replenishment and the domestic standards, the paper interprets the design standard on ammunition unit load for underway replenishment in the United States and Britain, and explains the concepts of ammunition assembly, joint logistics and standardization.It is proposed that the design of the ammunition unit load for underway replenishment should be based on the current ammunition packaging and storage standards, and the submultiple or multiple matching the packaging module should be preferentially used; On the basis of ammunition assembly and joint logistics support, the physical elements and operation interface of the ammunition unit load are designed as a whole; Comprehensively consider the environmental requirements for the replenishment, and fully carry out the test to ensure the safety of the replenishment; And the standardized design of the ammunition unit load could be used to support the standardization of ammunition replenishment operations.
Key words: ammunition     underway replenishment     unit load    
0 引 言

弹药海上补给单元,是面向海军发展,以满足弹药公路、铁路和航空运输为前提,考虑海上直升机垂直补给、舰船横向补给等环境条件与作业要求,设计实现的弹药集装化、标准化储运单元。现代化海战背景下,海上补给弹药具有种类多、数量大、保障要素复杂,气候、机械和电磁环境适应性要求高[1],弹药储运和补给作业时效性强等特点,标准化的弹药海上补给单元,是弹药海上机械化装卸和安全高效补给的技术基础,是舰船编队保持远洋战斗力的物质条件,更是构建现代军事物流体系不可或缺的要素。

自1945年美国弹药船AE-6在太平洋为航母CV-20实现弹药横向补给以来,又发展了多代弹药海上横向补给和垂直补给技术,研制了多型综合补给船(AOE)和干货弹药船(T-AKE)[2],拥有成熟的弹药海上补给装备与技术;相应地,美英等老牌海军强国也较早地研究、颁布和实施了较为完备的弹药海上补给单元设计标准体系。国内在相关领域的研究起步比较晚,宋强等[3]分析了航母编队远海作战弹药海上补给特点和保障需求,提出了加快编队远海作战弹药补给装备发展的建议;边浩然等[4]结合海军专用弹药保障实际,提出研究新型结构弹药包装和开发储运一体化集装平台的建议;秦潜聪等[5]分析了单元化物流内涵,指出单元化军事物流有利于打通军事物流供应链与军地物流壁垒,可提高后勤保障效率和提升部队战斗力;索浩良[6]进行了弹药海上垂直补给运动有限元仿真分析和模拟冲击试验;相关研究为弹药海上补给单元设计提供了技术基础,本文通过分析国内外弹药海上补给单元系列化标准,力图阐述弹药海上补给单元的设计,应兼具联勤保障的高度和基础标准的深度,充分考虑弹药海上补给作业环境,明确各型弹药补给单元的集装方案与物理要素,并以此带动补给作业的标准化水平。

1 国内标准基础

弹药海上补给单元,是指为便于海上机械化储运和集装化补给,将若干同类弹药打包成的运输件。弹药海上补给单元设计,涉及到弹药及其包装、弹药储具和弹药包装运输件3个层面,是立足弹药及其包装、弹药储具的标准化,以及弹药包装运输件的集装化与联勤化,综合考虑海上垂直补给与横向补给作业条件,提出的弹药码放和单元绑扎、起吊、尺寸、重量、耐冲击、标识等标准化要求。

国内在弹药包装方面,GJB1444、GJB4403规定了弹药包装定型试验的要求与方法,为弹药包装设计提供了标准依据;在弹药储具方面,GB4995、GB4996规定了联运通用平托盘的性能要求和试验方法,GJB183A确定了军用平托盘优先选用尺寸;在弹药包装运输件方面,GJB1918规定了军用托盘单元货载设计与试验要求,但该标准还不适用于弹药托盘单元货载,GJB2711参考1977版MIL-STD-1660[7]规定了运输包装件的试验方法,后者于2008年和2021年完成了2次修订。

2 美国弹药海上补给单元

美国长期注重其军事影响力全球存在,为支撑弹药陆海空联运及海外投送能力,于1972年颁布了标准MIL-STD-1320《弹药公路装载》[8]和MIL-STD-1325《危险物铁路货载》[9],于1974年颁布了标准MIL-STD-1386《危险物集装箱货载》[10],于1979年颁布了标准MIL-STD-1323《弹药海上补给单元》[11],上述标准包含通用文件和系列详细要求,组成了美国弹药陆海空、集装箱联运和单元货载设计及试验标准体系。

2.1 MIL-STD-1320体现了弹药联勤保障理念

美国标准MIL-STD-1320首版[8]至C版的名称为《公路弹药货载》,从2014年D版至2021年E版[12],该标准名称修订为《弹药单元货载,公路货载,铁路货载,联运货载设计》,自此,MIL-STD-1320统筹了弹药公路、铁路和联运货载单元设计,并面向不同部队对象,将弹药单元货载分类为弹药普通单元、弹药海上补给单元、弹药两栖单元和弹药战术补给单元,规定了各型弹药货载单元的定义、一般规定与详细要求,体现和支撑了美国弹药集装化、联勤化和标准化保障理念。

2.2 MIL-STD-1323规定了弹药单元设计要求

现行MIL-STD-1323《弹药海上补给单元》是2014年修订的A版本,其基于弹药运输、装卸、存储和海上补给等作业,对弹药单元货载及其附件提出了通用及详细要求,规定了各型弹药海上补给单元的具体组成方案与作业程序。

小型弹药通常使用标准托盘打包为海上补给单元。例如,标准MIL-STD-1323-338规定[13],对于需适应海上补给的单箱装18枚干扰弹(见图1),84箱干扰弹呈7排、4列、3层的方式码放在Mk3钢制托盘上,结合2个端部支撑件,使用3条纵向钢带、4条横向钢带、1条水平钢带和8个钢夹,打包成一个干扰弹海上补给单元。其中,单箱干扰弹长宽高为0.30 m×0.15 m×0.19 m、重12.77 kg,钢质托盘重42.64 kg,配件重约12.70 kg,钢带重约4.08 kg,共同构成了长宽高为1.232 m×1.086 m×0.705 m、全重1132.17 kg的干扰弹海上补给单元。

图 1 干扰弹及海上补给单元 Fig. 1 Flar, Decoy MJU-22 & unitload for underway replenishment

中大型弹药通常基于自有包装箱或储运架打包为海上补给单元。例如MIL-STD-1323-360规定[14],对于需适应海上补给的单箱装4枚AIM-120A导弹,2箱AIM-120A呈2层码放,结合2条横向钢带打包成单个海上补给单元(见图2)。其中,单箱AIM-120A长宽高为4.00 m×0.91 m×0.51 m、重941.20 kg,钢带重2.72 kg,共同形成长宽高为4.00 m×0.91 m×0.98 m、全重1885.13 kg的AIM-120A海上补给单元。

图 2 AIM-120A海上补给单元 Fig. 2 AIM-120A unit load for underway replenishment
2.3 MIL-STD-1660规定了弹药单元试验要求

标准MIL-STD-1660《弹药单元货载》首版发布于1977年,修订于2008年和2021年,MIL-STD-1660规定了包含海上补给等弹药单元货载的最低设计标准和相关测试方法与要求。

在设计方面,该标准提出应尽可能将弹药海上补给单元打包为长方体,考虑到陆海空和集装箱联运,弹药单元货载宜至少有一个水平尺寸不大于1.07 m,全重应不大于1814.37 kg;弹药外轮廓尺寸不宜超出托盘0.05 m,且不能小于托盘外轮廓,必要时使用附件进行填充;海上补给单元须避免弹药直接遭受不利气候与机械环境影响,应具备室外1年存放和20年堆码存储的稳定性与防护性。

在测试方面,该标准要求海上补给单元应通过1 h4.88 m堆码、2~3 h振动、棱角面冲击、20°倾翻、叉车和托盘车叉运、2 min吊运试验和拆解检查,以通过模拟海上补给及储运环境,检验弹药海上补给单元的承载能力、自身稳定性和弹药防护能力(见图3)。

图 3 70 mm航空火箭弹补给单元堆码、冲击测试 Fig. 3 70 mm rocket in stacking & incline-impact test
3 英国弹药海上补给单元

英国标准DEF-STAND-00-814《军用弹药单元货载》[15]首版发布于2006年,修订于2010年和2016年,规定了弹药单元货载通用要求,结合JSP 422规定的弹药单元配置与数据,明确了各型弹药海上补给单元的设计方案,同样体现了弹药集装化、联勤化和标准化设计与补给理念。

相较于美国的弹药海上补给单元标准,一是英国标准采用了公制单位。规定标准弹药托盘尺寸为1.2 m×1 m,弹药单元全重不大于1814 kg,考虑到舰船和海上作业环境,要求弹药的外轮廓不宜超出托盘长边为0.05 m、短边为0.04 m,即托盘类弹药单元的平面尺寸应不大于1.3 m×1.08 m,高度应不超出1.372 m,全重尽量控制在1200 kg以内。二是对弹药单元的标识作出了详细规定。英国将弹药细分为6个危险子类(Hazard Division,HD)和13个相容组别(Compatibility Group)[16];明确标签内容应包含国防部规定的弹药名称、北约货号(NATO Stock Number,NSN)、弹药资产代码(Ammunition Descriptive Asset Code,ADAC,)和《危险货物国际道路运输欧洲公约》(ADR)要求的弹药危险相容码(Hazard Compatibility Code,HCC)、联合国编号(UN No.)、货运名称(Proper Shipping Name,PSN);尺寸为0.42 m × 0.297 m(A3)的标签应敷设在弹药单元的两个长侧面;若弹药单元需要空运,其标识还需显示国际航空运输协会(IATA)规定的相应内容。

4 弹药海上补给单元设计建议 4.1 立足现行的弹药包装及储具标准

弹药海上补给单元涉及到弹药及其包装、弹药储具和弹药包装运输件3个层面。其中,弹药及其包装是弹药海上补给单元的内储物,现行标准已对弹药包装提出了堆码、压力、跌落冲击、公路运输、振动、湿热、盐雾、霉菌、密封性、防静电、高低温贮存、淋雨贮存、太阳辐射等试验要求,符合标准规定的弹药及其包装是弹药海上补给单元设计的内在安全条件。

弹药储具是弹药海上补给单元的物理载体,常见的弹药储具形式有托盘、储运架、集装箱(框、笼)等,现行标准已对弹药储具提出了抗弯、叉举、垫块或纵梁抗压、堆码、底铺板抗弯、翼托盘抗弯、气囊抗弯、静态剪切、角跌落、剪切冲击、顶铺板边缘冲击、垫块冲击、静摩擦系数和滑动角等试验要求,符合标准规定的弹药储具是弹药海上补给单元设计的平台条件。

考虑到我国优先使用与包装模数0.6 m × 0.4 m相匹配的1.2 m×1 m标准托盘[17],建议国内弹药包装和弹药储具的外形尺寸,优先使用与包装模数0.6 m × 0.4 m相匹配的约数或倍数,以保证货物码放的规整性和托盘容积利用率。

4.2 以弹药集装化与联勤保障为基础

集装化是机械化装卸的前提和标准化补给的条件,实现弹药集装化储运和机械化装卸,是弹药海上补给单元的主要功能;设计弹药海上补给单元的直接目的,是将若干同类弹药打包为一个更大的组合体,以便于使用叉车、起重机、车辆、补给装置等机械装备或直升机一次性装卸或运输更多弹药。针对尺寸较小的弹药,可将其码放在标准或专用托盘上,结合护楞、隔板、盖板等适配件,使用绑扎件将弹药与托盘打包为一个补给单元,炮弹、炸弹、枪弹、干扰弹、火工品等宜使用此类集装形式;针对尺寸较大的弹药,可基于其自有包装箱或储运架,通过堆码及紧固件连接,将若干弹药打包为一个补给单元,导弹、鱼雷等宜使用此类集装形式。

适用于海上补给的弹药,还需经历出厂运输、中转装卸、仓储管理等作业环节,从运输工具种类来说,补给弹药宜适应基于卡车的公路运输、基于火车的铁路运输、基于船舶的水路运输和基于飞机的航空运输,有必要统筹确定弹药码放方案和弹药单元绑扎、起吊、尺寸、重量、接口等标准化要求,以适应弹药从地方到部队、从陆地到海上乃至空中的多式联运,并满足弹药码头吊装、直升机垂直补给和舰船横向补给作业需求。

4.3 全面考虑弹药补给作业环境要求

避免弹药在海上补给中遭受损坏或发生意外,是弹药海上补给单元设计的首要考虑。弹药海上补给单元本质上是弹药包装、储具、绑扎件及有关配件构成的包装运输件,相对于公路、铁路和集装箱包装运输件,弹药海上补给单元需适应更加复杂的环境要求:1)直升机垂直补给时旋翼产生的风动、弹药吊放时与甲板的冲击、吊杆和消旋装置释放时对弹药的砸击、单元侧倾可能造成的弹药直接撞击甲板等;2)舰船横向补给时单元吊挂的稳定性、单元落至甲板时的冲击、单元与接收柱的撞击、并联弹药的摇摆碰撞、海浪拍打或海水飞溅等;3)弹药在舰装卸作业,甲板面运输过程中的振动冲击,仓储堆码载荷与气候环境等。

弹药海上补给单元的设计,应根据弹药种类、物理要素和安全特性,以实现弹药稳定、可靠、高容积率码放为前提,确定弹药储具种类及弹药在储具上的码放方式、防护加固件配置和绑扎方案,采取科学合理、安全可靠的防护措施,保护弹药在多式联运、存取装卸和舰上储运、横向补给、垂直补给中免遭损坏或发生意外。

4.4 充分开展弹药补给单元试验测试

考虑到弹药自身安全风险与补给时的复杂任务剖面、环境剖面和较多的人在回路作业,弹药海上补给单元应通过充分的试验测试,包括但不限于:1)通过堆码测试,检验弹药补给单元在舰堆叠承载能力;2)通过振动测试,评定弹药补给单元耐受运输振动和保护弹药的能力;3)通过棱冲击、角冲击测试,评定弹药补给单元耐受旋转棱跌落、旋转角跌落和保护弹药的能力;4)通过斜面冲击或吊摆冲击测试,评定弹药补给单元侧面抗冲击能力;5)通过倾翻测试,评定弹药补给单元的稳定性和倾翻防护能力;6)通过人力叉车和机动叉车测试,检查弹药补给单元的易叉取性和运输稳定性;7)通过吊运测试,检查弹药补给单元的起吊连接性和稳固性等。

4.5 持续提升弹药补给标准化水平

实现弹药海上补给单元标准化设计,可进一步提升弹药海上补给作业的标准化水平,持续提高弹药联勤保障效能。一是能推动弹药联勤保障中集装具、转运装备、吊索具、绑扎系固件等通用化设计与生产;二是能促进各种弹药包装运输件的型谱化与系列化发展;三是能实现结构简洁、界面清晰、功能高效的模块化部套件设计与配置;四是能降低弹药保障装备研制采购、使用保养及维修保障等费用;五是能进一步提高弹药联勤保障管理水平和海上补给作业效率及安全性。

5 结 语

舰船编队携行弹药种类多、数量大,弹药海上补给时效性强、安全风险高;标准化的弹药海上补给单元,是弹药海上安全高效补给和现代军事物流体系建设的核心要素。弹药海上补给单元设计,既要充分考虑海上补给时复杂的气候、机械环境和人在回路作业,又需将弹药补给单元纳入多式联运和完整供应链中系统规划;借鉴美国和英国成熟的弹药海上补给装备与技术,从标准技术基础的深度展开研究,提出适应多式联运和海上补给的弹药运输件设计、检验及作业规范,从弹药联勤保障的高度统筹实施,建设完善的弹药海上补给信息化与标准化体系,有助于提升我国的弹药海上补给效能与军事物流体系水平。

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