火箭深彈使用非觸發(fā)引信反魚(yú)雷作戰(zhàn)效能分析

劉德才，時(shí)進(jìn)發(fā)，朱紅波，趙修平

（1.海軍大連艦艇學(xué)院 水武與防化系，遼寧 大連 116018；2.海軍航空工程學(xué)院 飛行器工程系，山東 煙臺(tái) 264001）

在不改變武器系統(tǒng)的前提下，如何賦予火箭深彈反魚(yú)雷功能，并提高現(xiàn)有深彈武器系統(tǒng)的反魚(yú)雷效能，增加水面艦艇與潛艇對(duì)抗中的生存概率？研究認(rèn)為，火箭深彈使用編碼聲非觸發(fā)引信可解決這一難題。

1 火箭深彈反魚(yú)雷效能計(jì)算與分析

引信是影響火箭深彈作戰(zhàn)效能最重要的因素之一。深彈引信一般有以下幾種：水壓定時(shí)引信、撞擊定時(shí)引信、機(jī)械聯(lián)合引信和電子聯(lián)合引信。

以上幾種引信均采用的是“定時(shí)+觸發(fā)”爆炸機(jī)制。采用此類(lèi)爆炸機(jī)制的引信，深彈散布和目標(biāo)散布都比較大，攔截、毀傷魚(yú)雷的概率均較低[1]。

1.1 反魚(yú)雷效率指標(biāo)描述

深彈爆炸可對(duì)聲自導(dǎo)魚(yú)雷產(chǎn)生軟、硬兩種殺傷作用。硬殺傷是指使魚(yú)雷動(dòng)力、自導(dǎo)等機(jī)件失靈，喪失航行和追蹤能力；軟殺傷是指深彈爆炸聲源或形成的氣幕作為假目標(biāo)誘騙魚(yú)雷，并以氣幕阻隔、衰減信號(hào)傳播，降低魚(yú)雷自導(dǎo)作用距離，使魚(yú)雷降低或喪失追蹤我艦的能力[2]。實(shí)驗(yàn)表明，一枚裝有30 kg 左右TNT 當(dāng)量的深彈爆炸時(shí)，在70 m 半徑內(nèi)對(duì)自導(dǎo)魚(yú)雷引信有破壞作用，爆炸后形成水中氣幕，在自導(dǎo)魚(yú)雷作用距離以內(nèi)具有干擾作用[3]。使用深彈對(duì)魚(yú)雷射擊的目的就是使魚(yú)雷喪失毀傷能力或?qū)嵤┱T騙。

火箭深彈反魚(yú)雷作戰(zhàn)效能計(jì)算，是在聲納具有對(duì)魚(yú)雷報(bào)警功能的條件下進(jìn)行的。反魚(yú)雷效率指標(biāo)指的是火箭深彈干擾魚(yú)雷概率和至少一發(fā)深彈毀傷魚(yú)雷的概率綜合。

1.2 深彈毀傷干擾魚(yú)雷概率基本數(shù)模

在三維直角坐標(biāo)系中：Z軸為魚(yú)雷方位方向、X軸垂直于Z軸，Y軸垂直向地心，坐標(biāo)原點(diǎn)在魚(yú)雷中心，符合右手法則。坐標(biāo)軸水平面如圖1所示，深彈毀傷、干擾魚(yú)雷概率為P。

圖1 計(jì)算火箭深彈攔截魚(yú)雷坐標(biāo)圖

式中：φ(X)為魚(yú)雷分布概率密度，X=(x,y,z)T；Pxij(X)為各發(fā)深彈毀傷魚(yú)雷概率；Pzij(X)為深彈干擾魚(yú)雷概率。[4]

1.3 傳統(tǒng)引信深彈反魚(yú)雷射擊效能計(jì)算

火箭深彈毀傷魚(yú)雷目標(biāo)的能力與深彈類(lèi)型有關(guān)。在計(jì)算深彈對(duì)魚(yú)雷毀傷概率的基礎(chǔ)上，對(duì)深彈爆炸點(diǎn)散布沿三維空間計(jì)算其毀傷魚(yú)雷的概率并進(jìn)行綜合，從而求出火箭深彈反魚(yú)雷作戰(zhàn)效能。

火箭深彈在目標(biāo)區(qū)爆炸形成的爆炸噪聲和爆炸氣泡，可以對(duì)主、被動(dòng)聲制導(dǎo)引信魚(yú)雷構(gòu)成干擾，由于爆炸只有在魚(yú)雷制導(dǎo)搜索扇面形成干擾。因此，分析傳統(tǒng)引信深彈對(duì)魚(yú)雷的干擾效能，需要在目標(biāo)散布分析的基礎(chǔ)上，對(duì)干擾能力的形成進(jìn)行分析。

1.3.1 計(jì)算條件

目標(biāo)深度誤差為魚(yú)雷航行深度與深彈深度相對(duì)誤差，取±7 m。水平面分布誤差包括：現(xiàn)在點(diǎn)坐標(biāo)誤差和射擊諸元誤差?，F(xiàn)在點(diǎn)坐標(biāo)誤差由聲納報(bào)警距離誤差和報(bào)警方位誤差形成。報(bào)警距離現(xiàn)為估計(jì)值，且受水聲、艦艇航行狀態(tài)影響，其誤差均方差也無(wú)實(shí)測(cè)參數(shù)，分析計(jì)算時(shí)取1cab。報(bào)警方位誤差亦無(wú)實(shí)測(cè)參數(shù)，計(jì)算時(shí)取1°。仰角和方向設(shè)定誤差均方差均為0.5°；仰角和方向跟蹤誤差均方差分別取0.5°和0.7°；仰角和方向不修正誤差均方差分別取0.8°和0.5°。

采用向魚(yú)雷搜索扇面內(nèi)射擊法，向同一距離連續(xù)發(fā)射n發(fā)深彈，形成固定距離彈幕。一次射擊后經(jīng)間隔時(shí)間?t，再向下一距離射擊，進(jìn)行連續(xù)誘騙干擾，將魚(yú)雷向本艦后方拖引。射擊中不解相遇，不進(jìn)行彈道、氣象修正。

1.3.2 計(jì)算模型

1）目標(biāo)分布和深彈散布。

目標(biāo)分布和深彈散布是計(jì)算毀傷和干擾魚(yú)雷概率的基礎(chǔ)[5]。聲納對(duì)魚(yú)雷報(bào)警為方位信息，報(bào)警距離為估計(jì)值，無(wú)深度信息，因而目標(biāo)分布為水平面二維正態(tài)分布，垂直方向在魚(yú)雷航行深度區(qū)間內(nèi)均等分布。設(shè)Z為魚(yú)雷方位方向，分布密度為：

目標(biāo)分布誤差在水平和方向上不相干，則目標(biāo)分布密度是均等分布與兩個(gè)正態(tài)分布密度的乘積：

攔截魚(yú)雷使用定時(shí)引信深彈，深彈散布密度式為[4]：

則毀傷、干擾魚(yú)雷概率基本數(shù)學(xué)模型(1)可以化為：

2）毀傷魚(yú)雷概率。

深彈毀傷魚(yú)雷自導(dǎo)裝置，即使其喪失自導(dǎo)能力。毀傷體為半徑為RB的球形體，深彈定時(shí)引信炸點(diǎn)落入毀傷體即為毀傷，毀傷概率為炸點(diǎn)落入毀傷體的概率[4]，D為直徑，

3）干擾魚(yú)雷概率。

由于深彈爆炸噪聲級(jí)為230 dB，遠(yuǎn)比水面艦艇輻射噪聲100 dB 大，爆炸噪聲干擾完全覆蓋目標(biāo)，因此深彈可以對(duì)被動(dòng)目標(biāo)誘騙[6]。連續(xù)發(fā)射3枚，持續(xù)時(shí)間達(dá)11 s以上，形成干擾能力?？紤]到潛艇魚(yú)雷引信有主、被動(dòng)兩種工作方式，從形成有效干擾能力分析，應(yīng)考慮對(duì)主動(dòng)聲自導(dǎo)引信的干擾，干擾概率為一次射擊中至少有3枚深彈炸點(diǎn)命中魚(yú)雷干擾區(qū)的概率。

深彈炸點(diǎn)只有在魚(yú)雷搜索扇面以內(nèi)，才能形成干擾能力，因而干擾區(qū)一般在魚(yú)雷搜索扇面以內(nèi)。魚(yú)雷搜索區(qū)為一錐體，其頂角即魚(yú)雷波束角。參考MK-46 魚(yú)雷性能，計(jì)算時(shí)波束角取30°。深彈炸點(diǎn)在距魚(yú)雷破壞半徑RB以內(nèi)即可毀傷魚(yú)雷，屬硬殺傷作用，分析軟殺傷作用時(shí)，干擾區(qū)應(yīng)在RB以外。

魚(yú)雷穿越深彈爆炸氣幕以后，如果在其搜索扇面內(nèi)未發(fā)現(xiàn)其他目標(biāo)，經(jīng)過(guò)?t時(shí)間后進(jìn)行環(huán)形再搜索。在即將開(kāi)始環(huán)形搜索時(shí)，進(jìn)行第二次射擊，深彈氣幕可以形成連續(xù)欺騙干擾。兩次射擊間隔為氣幕保留持續(xù)時(shí)間。干擾區(qū)最小距離為RT0。按魚(yú)雷速度計(jì)算，RT0＞RB深彈氣幕對(duì)主動(dòng)自導(dǎo)魚(yú)雷最大作用距離為615 m。干擾概率P表示為：

1.4 編碼聲非觸發(fā)引信深彈反魚(yú)雷效能計(jì)算

使用編碼聲非觸發(fā)引信的火箭深彈，由于大大增加了魚(yú)雷非觸發(fā)毀傷體，從而有效提高了火箭深彈反魚(yú)雷作戰(zhàn)能力。

需要指出的是，增加深彈發(fā)射數(shù)量，可提高毀傷魚(yú)雷的效能，但經(jīng)過(guò)研究分析和作戰(zhàn)使用的要求，一次發(fā)射通常在6枚之內(nèi)。這是因?yàn)榘l(fā)射數(shù)量對(duì)效能提高有限，此外艦艇需要有連續(xù)抗擊、多次發(fā)射的戰(zhàn)術(shù)需求。

火箭深彈對(duì)潛射魚(yú)雷射擊效率與深彈武器系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)和目標(biāo)條件等因素有關(guān)，在武器系統(tǒng)和目標(biāo)條件相同的情況下，裝備非觸發(fā)引信的深彈對(duì)潛射魚(yú)雷射擊效率的提高主要體現(xiàn)在對(duì)魚(yú)雷捕獲能力的提高，計(jì)算其對(duì)潛射魚(yú)雷的毀傷概率，可將其捕獲能力等效到潛射魚(yú)雷非觸發(fā)等效體，見(jiàn)圖2。

圖2 計(jì)算魚(yú)雷非觸發(fā)等效體圖

LL、WL、HL為計(jì)算傳統(tǒng)引信深彈對(duì)魚(yú)雷射擊效率的等效體長(zhǎng)、寬、高。而計(jì)算非觸發(fā)引信深彈對(duì)魚(yú)雷射擊效率魚(yú)雷等效體描述為：

式中：Lz=Rz·SinΦ為聲非觸發(fā)引信深彈軸線垂直方向探測(cè)距離；Rz為聲非觸發(fā)引信軸線方向探測(cè)距離；Φ為聲非觸發(fā)引信軸線方向探測(cè)張角?？梢钥闯龇怯|發(fā)等效體遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于觸發(fā)等效體。

根據(jù)基本模型(1)、式(5)，即可計(jì)算聲非觸發(fā)引信對(duì)魚(yú)雷的毀傷概率，干擾效率計(jì)算原理與常規(guī)引信相同。

計(jì)算時(shí)有關(guān)參數(shù)取值：目標(biāo)速度45 kn，海深100 m。系統(tǒng)誤差分別取：探測(cè)方位誤差1°，探測(cè)距離誤差1%；計(jì)算目標(biāo)舷角誤差5°，計(jì)算目標(biāo)速度誤差1 kn；計(jì)算仰角誤差1°，計(jì)算旋回角誤差1.2°；仰角與旋回角瞄準(zhǔn)誤差0.5°；仰角和旋回角跟蹤誤差0.5°；本艦速誤差1 kn；3個(gè)有代表性的射擊距離分別為：880 m、1 200 m和2 800 m，目標(biāo)舷角取值10°至100°（篇幅所限）。

2 傳統(tǒng)引信和編碼聲非觸發(fā)引信深彈反魚(yú)雷效能分析

根據(jù)目前深彈武器系統(tǒng)裝備情況，在相同條件下，計(jì)算一深彈彈道使用傳統(tǒng)引信和編碼聲非觸發(fā)引信的反魚(yú)雷作戰(zhàn)效能。為分析火箭深彈武器系統(tǒng)相關(guān)要素對(duì)作戰(zhàn)效能的影響，軟件設(shè)計(jì)時(shí)將武器系統(tǒng)誤差源（計(jì)算時(shí)有關(guān)參數(shù)取值）作為輸入量，以便在分析引信效能的同時(shí)，找出其他因素對(duì)反潛效能的影響，編程計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 編碼聲非觸發(fā)引信和傳統(tǒng)引信反魚(yú)雷毀傷概率比較表

從表1可以看出，無(wú)論在任何舷角和距離條件下，使用聲非觸發(fā)引信深彈毀傷魚(yú)雷概率均比傳統(tǒng)引信毀傷概率要高；在相同舷角條件下，距離越遠(yuǎn)，聲非觸發(fā)引信毀傷魚(yú)雷概率提高越明顯，為遠(yuǎn)程火箭深彈發(fā)展提供了技術(shù)支持[7]；在任何距離上，目標(biāo)舷角0°或180°（篇幅受限100°以上舷角無(wú)列出）附近毀傷概率增加較小，但仍可達(dá)20°以上，30～150°附近毀傷概率增加明顯，90°附近增加最大。

從表1中隨機(jī)抽樣以6個(gè)目標(biāo)舷角得出表2?？梢钥闯?，在相同條件下，裝備編碼聲非觸發(fā)引信深彈的反潛射魚(yú)雷作戰(zhàn)能力比傳統(tǒng)引信的毀傷概率至少提高41%以上，平均毀傷概率提高50%以上。

用相同方法同樣也可計(jì)算出另一種火箭彈道，結(jié)果表明，裝備編碼聲非觸發(fā)引信后的深彈反魚(yú)雷效能至少提高57%以上，平均毀傷概率提高達(dá)70%。

表2 深彈毀傷魚(yú)雷概率分析比較表

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)編碼聲非觸發(fā)引信作戰(zhàn)效能仿真計(jì)算和結(jié)果分析，得到如下結(jié)論：編碼聲非觸發(fā)引信能提高深彈捕獲目標(biāo)能力，提高反魚(yú)雷作戰(zhàn)效能；在不改變反潛系統(tǒng)的情況下，賦予各型深彈攔截魚(yú)雷功能，可提高反魚(yú)雷效果，增加與潛艇對(duì)抗中水面艦艇的生存概率；用編碼聲非觸發(fā)引信替代傳統(tǒng)引信，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)役火箭式深彈引信通用化，為發(fā)展新型遠(yuǎn)程火箭深彈提供技術(shù)支持。此外，隨著探測(cè)、跟蹤技術(shù)的發(fā)展，火箭深彈的作戰(zhàn)效能將得到進(jìn)一步提升。計(jì)算分析表明，如果采用編碼聲非觸發(fā)引信，同時(shí)改善武器系統(tǒng)計(jì)算、跟蹤和瞄準(zhǔn)誤差等，可使深彈武器一次齊射反潛、反魚(yú)雷作戰(zhàn)效能提高200%，特別是反潛效能幾乎與自導(dǎo)魚(yú)雷作戰(zhàn)效能相當(dāng)，大大提高了效費(fèi)比，軍事效益十分明顯。

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