潛艇平行航向齊射兩枚魚雷時相對目標方位開角研究

夏志軍，章新華，許林周

(海軍大連艦艇學院 信息與通信工程系，遼寧 大連116018)

0 引言

水面艦艇面臨的威脅主要來自空中和水下，其中最直接的水下威脅是魚雷攻擊。目前艦艇水聲對抗的研究通常僅考慮單雷攻擊的情況，而對于威脅更大，更為復雜情況下的多雷攻擊問題，還沒有進行深入研究。

潛艇進行自導魚雷攻擊時，為了增加對目標捕獲概率和毀傷概率，各國潛艇的普遍做法是組織魚雷齊射。魚雷齊射分為兩種方式:扇面齊射和平行航向齊射。相同的射擊條件下，平行航向齊射比扇面齊射具有更高的目標捕獲概率［1］。潛艇能夠組織魚雷平行航向齊射的前提:魚雷具有二次轉(zhuǎn)角機構(gòu)且能夠解決“互導”問題，否則，只能組織扇面齊射［2］。潛艇組織魚雷平行航向齊射時，根據(jù)齊射魚雷數(shù)量的不同，平行航向齊射分為兩枚魚雷齊射和多雷齊射(最多不超過6 雷)，通常以兩枚魚雷齊射居多。

潛艇組織平行航向兩枚自導魚雷齊射攻擊時，兩枚魚雷相對于艦艇的方位較近，艦艇能否對來襲的魚雷目標準確報警，分辨出敵潛艇齊射的不同魚雷目標是艦艇能否采取有效對抗措施的關(guān)鍵，目前艦艇的規(guī)避策略和水聲對抗器材使用策略都是基于單雷攻擊，而對于潛艇兩枚自導魚雷齊射的對抗問題還缺乏針對性研究。因此本文主要研究特定的戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢下，潛艇平行航向齊射的兩枚魚雷對艦艇目標的方位開角到底有多大，能否滿足艦艇對魚雷目標的方位分辨要求，解決該問題對于水面艦艇對抗?jié)撏擅遏~雷齊射攻擊時的指揮決策具有重要意義。

1 潛艇兩枚魚雷平行航向齊射的組織

平行航向齊射是數(shù)枚魚雷齊射出管后，各雷先按設(shè)定的第1 次轉(zhuǎn)角自控轉(zhuǎn)向后展開直航，當各雷走完設(shè)定的展開航程后再按設(shè)定的第2 次轉(zhuǎn)角自控轉(zhuǎn)向至齊射扇面中線的平行航向上搜索目標的一種齊射組織方式［4－5］。

如圖1所示，潛艇組織兩枚聲自導魚雷平行航向齊射時，齊射時刻艦艇位于Ms點，潛艇位于Ws點。潛艇齊射1、2 號魚雷出管后首先沿發(fā)射航向直航一段距離，然后在S 點分別按設(shè)定的一次轉(zhuǎn)角ωi，i=1，2，轉(zhuǎn)至分散航向，魚雷各自航行完分散航程SL后到達T1，T2兩點。魚雷平行齊射主航向為SC，直線T1T2與SC 垂直，在T1，T2兩點魚雷分別執(zhí)行各自的二次轉(zhuǎn)角ω'i轉(zhuǎn)至主航向SC，魚雷沿SC 航行一段距離后聲自導裝置開機，兩枚魚雷沿SC 平行航行搜索目標，魚雷與被攻擊艦艇的航速分別為vt和vs，圖中φ 為聲自導魚雷攻擊提前角，Q 為魚雷命中舷角。

艦艇魚雷報警聲納在M 點對來襲的魚雷進行報警，以T2魚雷為參考，MT2為魚雷報警距離，qt為魚雷報警舷角。

圖1 潛艇兩枚魚雷齊射示意圖Fig.1 Schematic diagram of the salvo of submarine launched two torpedoes

為確保齊射扇面相鄰兩枚魚雷在展開航向過程中不至于互導，通常設(shè)定最小散角α［1］.若要使齊射兩枚魚雷轉(zhuǎn)入平行航向后，兩枚魚雷的自導扇面能恰好相銜接，則兩枚魚雷平行航向間的距離應滿足:

齊射兩枚魚雷展開航程與展開角的關(guān)系為

式中:K 為優(yōu)化系數(shù);r0為魚雷自導作用距離。

考慮到魚雷航行過程中可能出現(xiàn)的誤差，為提高兩枚魚雷對目標的捕獲概率，避免目標從兩枚魚雷之間漏過，當齊射兩枚魚雷轉(zhuǎn)入平行航向后，兩枚魚雷自導扇面應有適當重疊，當K 在0.7～0.9 范圍內(nèi)變化時能較好解決兩枚魚雷的互導問題，并且能夠獲得較高的齊射目標捕獲概率［3］。

2 潛艇齊射兩枚魚雷的距離與方位開角

在實際潛艇魚雷攻擊中，相鄰兩枚魚雷之間存在發(fā)射間隔和航速差，加上魚雷航向轉(zhuǎn)角的誤差，所以兩枚魚雷在出管后將出現(xiàn)梯次航向的狀態(tài)［1］。在兩枚魚雷自導開機前，魚雷進入展開航向，完成展開航程SL，經(jīng)過預定時間后，兩枚魚雷自導裝置開機時分別位于半徑為SL的同一圓弧線上的T1和T2點，如圖2所示。

設(shè)魚雷報警聲納的方位誤差為Δq，魚雷航向轉(zhuǎn)角總誤差為Δα，兩枚魚雷的齊射間隔時間為Δt，兩枚魚雷的速度誤差分別為Δvt1、Δvt2.

T1和T2兩枚魚雷是按預定的間隔時間依次先后出管，兩枚魚雷出管后的航行速度也可能存在差異，當兩枚魚雷進入主航向自導裝置開機工作時，兩枚魚雷的航程差T1T'1=ΔSL.

圖2 兩枚魚雷梯次分布示意圖Fig.2 Schematic diagram of the echeloned displacement of two torpedoes

自導魚雷攻擊的有利提前角［1］為

由圖1中幾何關(guān)系可得:

式中:

由AT'1= AD－ T1D－ T1T'1， MT'1=可得平行航向齊射過程中，兩枚魚雷的實際距離

式中，T'1D=T1D+T1T'1.

可見，兩枚魚雷的實際距離與敵我雙方的對抗態(tài)勢、魚雷的齊射散角、齊射時間間隔、齊射優(yōu)化系數(shù)、魚雷的自導性能等因素有關(guān)。

平行航向齊射的兩枚魚雷實際位置相對被攻擊艦形成的方位開角

3 實例計算

結(jié)合現(xiàn)有武器裝備性能及其戰(zhàn)術(shù)使用原則，如表1所示列出了典型戰(zhàn)術(shù)參數(shù)及其取值范圍。根據(jù)表1對兩枚魚雷方位開角β 與魚雷報警距離r(MT2)和舷角qt、魚雷自導作用距離r0、齊射優(yōu)化系數(shù)K、魚雷自導扇面角λ、兩枚魚雷齊射時間間隔Δt、兩枚魚雷齊射散角α 的關(guān)系進行了仿真分析。

表1 戰(zhàn)術(shù)條件設(shè)定Tab.1 Tactical presupposition

1)兩枚魚雷距離、開角與對抗態(tài)勢的關(guān)系

在r0=800 m，K =0.75，λ =70°，α =20°，Δt=2 s的情況下，兩枚魚雷實際距離與相對艦艇的方位開角如表2所示，可看出兩枚魚雷的實際距離和方位開角主要與艦艇對來襲魚雷的報警距離有關(guān)，距離越遠，相對開角越小，與魚雷的報警舷角沒有明顯關(guān)系。在表1所列戰(zhàn)術(shù)參數(shù)下，MT2為10 km 時，β約在4°左右;MT2為7 km 時，β 約在5°左右。

表2 兩枚魚雷距離與方位開角Tab.2 Distance and orientation angle of two torpedoes

2)方位開角與魚雷自導作用距離r0的關(guān)系qt=100°，K=0.75，β 與r0關(guān)系如圖3所示:

β 與r0成正比，魚雷報警距離在7～10 km 范圍內(nèi)，兩枚魚雷的方位開角β 在3°～7°之間。

3)方位開角與齊射優(yōu)化系數(shù)K 的關(guān)系

qt=100°，r =800，β 與K 關(guān)系如圖4所示。方位開角與兩枚魚雷齊射優(yōu)化系數(shù)K 成正比，在通常戰(zhàn)術(shù)條件下，兩枚魚雷的方位開角β 在2°～8°.

4)方位開角與魚雷自導扇面角λ 的關(guān)系

qt=100°，K=0.75，β 與λ 的關(guān)系如圖5所示。兩枚魚雷方位開角與自導扇面角λ 成正比，在通常

圖3 不同r0 的β 與r 關(guān)系Fig.3 Relationships of β and r with different r0

圖4 不同K 的β 與r 關(guān)系Fig.4 Relationships of β and r with different K

戰(zhàn)術(shù)條件下，兩枚魚雷的方位開角β 在5°～7°.

圖5 不同λ 的β 與r 關(guān)系Fig.5 Relationships of β and r with different λ

5)方位開角與兩枚魚雷齊射時間間隔Δt 的關(guān)系

qt=100°，r0=800 m，K=0.75，β 與Δt 的關(guān)系如圖6所示。β 與Δt 成正比，但Δt 的變化對β 影響不大。在通常戰(zhàn)術(shù)條件下，兩枚魚雷的方位開角β在5°～6°.

6)方位開角與兩枚魚雷齊射散角α 的關(guān)系

圖6 不同Δt 的β 與r 關(guān)系Fig.6 Relationships of β and r with different Δt

qt=100°，r0=800 m，K=0.75，β 與α 的關(guān)系如圖7所示。α 的大小對β 沒有明顯影響。在通常戰(zhàn)術(shù)條件下，兩枚魚雷的方位開角β 在5°～6°.

圖7 不同α 的β 與r 關(guān)系Fig.7 Relationships of β and r with different α

4 結(jié)論

艦艇在與潛艇的水聲對抗作戰(zhàn)中，能否對潛艇齊射的自導魚雷準確報警，分辨出不同的魚雷目標是艦艇能否采取有效對抗措施的關(guān)鍵所在。本文對潛艇平行航向齊射兩枚魚雷相對艦艇的方位開角進行了分析，通過本文的研究可以得出以下結(jié)論:

1)兩枚魚雷對艦艇的方位開角與敵我雙方的對抗態(tài)勢、魚雷的齊射散角、優(yōu)化系數(shù)、魚雷的自導性能等因素有關(guān)。

2)兩枚魚雷的實際距離和對艦艇的方位開角與來襲兩枚魚雷的距離有關(guān)，方位開角隨報警距離的增大而減小，與魚雷報警舷角沒有明顯關(guān)系。

3)兩枚魚雷的方位開角與齊射優(yōu)化系數(shù)、魚雷自導作用距離、魚雷自導扇面角和齊射間隔成正比，齊射間隔和齊射散角對兩枚魚雷的方位開角影響不大。

4)在通常的戰(zhàn)術(shù)條件下，潛艇平行航向齊射兩枚魚雷相對艦艇的方位開角在3°～7°之間，考慮到目前艦載聲納性能及海洋環(huán)境影響，艦艇難以準確分辨出潛艇齊射的兩枚魚雷。因此，通常情況下只能將來襲兩枚魚雷作為一批目標進行報警。當艦載聲納性能改進或來襲魚雷距離較近時，艦艇才可能分辨出齊射的兩枚魚雷。

因此，艦艇水聲對抗作戰(zhàn)時，應結(jié)合敵我雙方武器裝備性能及使用情況，根據(jù)聲納提供魚雷報警距離信息或根據(jù)海洋水聲環(huán)境和聲納性能估計的魚雷距離信息，對平行航向齊射條件下的兩枚魚雷方位開角進行分析。如果在艦艇聲納不能分辨兩枚魚雷方位開角的距離上報警，當報警為一批魚雷目標時，此時有可能是兩枚魚雷齊射攻擊，應對現(xiàn)有的針對單雷攻擊的艦艇規(guī)避策略和水聲對抗器材使用策略進行必要的修正和完善，使其具備對抗兩枚魚雷齊射攻擊的需要。如果在聲納能夠分辨出兩枚魚雷方位開角的距離上報警，報警為一批目標時按一枚魚雷目標進行對抗，如果報警為兩批目標，則可以按兩枚魚雷目標進行水聲對抗。

References)

［1］ 趙正業(yè).潛艇火控原理［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2003:228－232.ZHAO Zheng－ye.Principles of submarine fire control［M］.Beijing:National Defense Industry Press，2003:228－232.(in Chinese)

［2］ 劉凱，宗方勇，張猛，等.反潛魚雷兩雷平行航向齊射最小齊射距離計算方法研究［J］.海軍工程大學學報，2005，17(3):100－102.LIU Kai，ZONG Fang－yong，ZHANG Meng，et al.On method of calculating minimum distance of zanti－submarine torpedo parallel salvo［J］.Journal of Naval University of Engineering，2005，17(3):100－102.(in Chinese)

［3］ 明星，陳喜，蔣興舟.雙雷齊射互導概率及目標捕獲概率研究［J］.魚雷技術(shù)，2006，14(4):52－57.MING Xing，CHEN Xi，JIANG Xing－zhou.Probability calculation of mutual－guiding and target acquisition under two torpedoes salvo［J］.Torpedo Technology，2006，14(4):52－57.(in Chinese)

［4］ 宗方勇，王樹宗，楊立強.潛射反潛自導魚雷平行航向齊射遮蓋目標散布研究［J］.兵工學報，2007，28(6):704－708.ZONG Fang－yong，WANG Shu－zong，YANG Li－qiang.Study on salvo of submarine launched anti－submarine homing torpedoes for obscuring target scatterance［J］.Acta Armamentarii，2007，28(6):704－708.(in Chinese)

［5］ 宗方勇，王樹宗，劉輝.潛射聲自導魚雷兩雷平行航向齊射遮蓋目標散布［J］.彈道學報，2007，19(2):16－20.ZONG Fang－yong，WANG Shu－zong，LIU Hui.Submarine obscuring target scatterance by launching two acoustic homing torpedoes with parallel salvo［J］.Journal of Ballistics，2007，19(2):16－20.(in Chinese)