基于公式法的某型水陸坦克海上火力打擊效能

王海春,劉學(xué)銀,趙健康

(裝甲兵學(xué)院,安徽 蚌埠 233050)

不同的海洋環(huán)境,對(duì)水陸坦克的作戰(zhàn)影響巨大。綿長(zhǎng)的海岸線,沙質(zhì)岸、礫質(zhì)岸等不同的岸質(zhì),海岸的斷層,深灣、岸下的巖礁,岸上的丘陵等不同的地貌,復(fù)雜的水文氣象特點(diǎn),譬如潮汐、海風(fēng)、海浪等因素對(duì)水陸坦克的作戰(zhàn)均會(huì)產(chǎn)生較大影響[1]。某型水陸坦克采用了上反式穩(wěn)像式火控系統(tǒng)、雙向穩(wěn)定炮控系統(tǒng)和熱像、微光夜視系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù),其海上打擊精度明顯增強(qiáng),屬新型近距離火力打擊裝備。因此,分析作戰(zhàn)環(huán)境對(duì)某型水陸坦克海上射擊誤差影響,研究其海上火力打擊能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 射擊誤差分析

射擊誤差是指彈著點(diǎn)相對(duì)于瞄準(zhǔn)點(diǎn)的隨機(jī)偏差。通常包括射彈散布誤差和射擊準(zhǔn)備誤差[2]。

1.1 射擊準(zhǔn)備誤差

射擊準(zhǔn)備誤差屬于重復(fù)誤差,是進(jìn)行射擊準(zhǔn)備時(shí)產(chǎn)生的。某型水陸坦克射擊準(zhǔn)備誤差可以分為武器系統(tǒng)誤差和環(huán)境數(shù)據(jù)誤差兩類。為了更好地研究海上射擊誤差,將其分為兩類:1)陸上射擊誤差,主要包括:火控系統(tǒng)內(nèi)部誤差(彈道計(jì)算機(jī)解算誤差、伺服誤差、同步誤差、激光測(cè)距誤差和射表誤差)、武器校正誤差(調(diào)零誤差、系統(tǒng)校正誤差、校正狀態(tài)保持誤差)、氣象條件誤差(氣溫修正誤差、氣壓修正誤差、橫風(fēng)修正誤差、縱風(fēng)修正誤差、陣風(fēng)誤差)、傳感器測(cè)量誤差(火炮耳軸傾斜誤差、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)誤差)、火炮結(jié)構(gòu)誤差(火炮身管彎曲誤差、火炮間隙誤差)等,這些誤差的大小對(duì)射擊的影響與一般條件相同[3];2)特殊條件下“新增”射擊誤差,主要是研究海上作戰(zhàn)環(huán)境影響產(chǎn)生的射擊誤差,主要包括:車體橫搖引起的耳軸傾斜誤差、車體水平扭動(dòng)引起的方向誤差、炮膛進(jìn)水引起的初速減退誤差、相對(duì)濕度引起的射擊誤差、火炮結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)誤差、海上發(fā)射延遲時(shí)間引起的誤差等[4]。陸上的射擊誤差理論已經(jīng)比較成熟,下面重點(diǎn)研究“新增”射擊誤差。

1)車體水平扭動(dòng)引起的方向誤差 海水的流速、風(fēng)向、風(fēng)速、涌浪、天候的不確定性直接導(dǎo)致某型水陸坦克運(yùn)動(dòng)速度和搖擺程度變化不規(guī)則,無(wú)規(guī)律,因而車體在水中會(huì)由于各部受力不均而發(fā)生水平扭動(dòng),產(chǎn)生方向上偏差,其中間誤差約0.5密位左右。故車體水平扭動(dòng)引起的方向誤差的中數(shù)誤差為:

2)車體橫搖引起的耳軸傾斜誤差 車輛陸上行駛時(shí),搖擺量是振幅小、周期小。表1列出了中型坦克以5km/h～25km/h運(yùn)動(dòng)時(shí)的基本振動(dòng)參數(shù)的平均值。水面艦艇的軍用設(shè)備在做傾斜、搖擺試驗(yàn)時(shí)規(guī)定的綜合試驗(yàn)條件,見表2。

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某型水陸坦克吃水量較水面艦艇要少,車輛的搖擺就要比水面艦艇嚴(yán)重。一般橫搖周期要小于4s～6s,但比陸上振動(dòng)周期、振幅都要大。由表 1、表 2可以看出,陸上振動(dòng)以縱搖為主,橫搖次之;而海上搖擺以橫搖為主,縱搖次之。通常情況下,某型水陸坦克在 2級(jí)海浪條件下可實(shí)施360°實(shí)彈射擊;3級(jí)浪時(shí)只能在炮向前情況下實(shí)施射擊,此時(shí)由于涌浪呈不規(guī)則波動(dòng),瞄準(zhǔn)線低于浪高,炮身軸線與車體縱向中心線成 90°條件下炮口易被海浪淹沒(méi),無(wú)法實(shí)施有效地瞄準(zhǔn)射擊。某型水陸坦克海上航行時(shí),有較大的耳軸傾斜量。耳軸傾斜時(shí)產(chǎn)生的誤差主要是方位角誤差:

式中:θ為車體橫向擺動(dòng)角度;0φ為火炮相對(duì)于車體的夾角。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知,二級(jí)浪條件下,某型水陸坦克的橫傾角最大可達(dá)6.8°;3級(jí)浪時(shí),橫傾角最大可達(dá)10°。

3)海上目標(biāo)中心判定誤差 由于海上射擊受水、霧、浪、涌及綜合因素的影響,一炮手觀察目標(biāo)困難,難以準(zhǔn)確確定目標(biāo)中心。海上目標(biāo)中心判定誤差即為一炮手難于準(zhǔn)確判定目標(biāo)中心引起的誤差。按照慣例,此項(xiàng)誤差規(guī)定為目標(biāo)寬度和高度的六分之一;對(duì)于遠(yuǎn)距離靜止目標(biāo),要附加0.05密位的補(bǔ)償;對(duì)于遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)目標(biāo),要附加0.15密位的補(bǔ)償。則海上目標(biāo)中心判定誤差的中數(shù)誤差為:

式中,h為目標(biāo)高度;w為目標(biāo)寬度;η為靜止目標(biāo)取0.05;運(yùn)動(dòng)目標(biāo)取0.15。

4)炮膛進(jìn)水引起的初速減退誤差 由于風(fēng)浪的影響,易使水灌入炮膛,射擊時(shí)膛壓增大,造成初速下降,使彈道形狀發(fā)生變化,射擊偏差量增大。炮膛每進(jìn)一升水,初速平均下降2.9%,嚴(yán)重時(shí)可能引起膛炸。炮膛進(jìn)水引起的初速減退誤差的中數(shù)誤差可表示為

5)相對(duì)濕度引起的射擊誤差 炮兵用的標(biāo)準(zhǔn)氣象條件地面值的相對(duì)濕度為 50%,一般情況,不考慮相對(duì)濕度對(duì)射彈飛行的影響。海上射擊時(shí),相對(duì)濕度與標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)濕度相差甚大,所以海上射擊時(shí)必須考慮相對(duì)濕度對(duì)射彈飛行影響。

如果不考慮相對(duì)濕度對(duì)射彈飛行的影響,實(shí)際氣溫與標(biāo)準(zhǔn)氣溫的偏差量:

如果考慮相對(duì)濕度的影響,虛溫與標(biāo)準(zhǔn)氣溫的偏差量:

式中,T為實(shí)測(cè)氣溫;p為濕空氣的總壓;pe為T溫度下的水氣壓。

根據(jù)式(1)和式(2),可計(jì)算得出虛溫訂正值(虛溫與實(shí)際溫度之差)Δt:

某型水陸坦克海上實(shí)施直接瞄準(zhǔn)射擊時(shí),由于射擊距離相對(duì)炮兵行間接瞄準(zhǔn)射擊的距離近得多,因此,一般情況下空氣幾乎近飽和狀態(tài),相對(duì)濕度接近100%。由式(3)可以計(jì)算得出濕度在100%時(shí)的虛溫訂正值(其中負(fù)號(hào)表示偏低量)見表 3。因此,海上相對(duì)濕度引起的高低向偏差的中數(shù)誤差可表示為

6)火炮結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)誤差 火炮靜態(tài)時(shí)身管彎曲主要由身管上存在的溫度梯度造成的。海上射擊時(shí),某型水陸坦克始終處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),火炮身管由于劇烈的擺動(dòng)而使彎曲加劇。通常情況下,高低向所產(chǎn)生的誤差較大,水平向較小。其在動(dòng)態(tài)時(shí)的中數(shù)誤差:高低向?yàn)?.18密位,方位向?yàn)?.14密位。則其中數(shù)誤差為:

表3 相對(duì)濕度為100%時(shí)不同氣溫下的氣溫偏差量表

7)海上發(fā)射延遲時(shí)間引起的誤差 發(fā)射延遲時(shí)間是指射手按下發(fā)射按鈕瞬間至底火點(diǎn)燃瞬間的時(shí)間。某型水陸坦克采用電點(diǎn)火,發(fā)射延遲時(shí)間為t=0.065s。設(shè)車體平均角振動(dòng)速度為ω,則因發(fā)射延遲時(shí)間引起的射角誤差dψ＝ωt。因?yàn)槟承退懱箍瞬捎昧朔€(wěn)定器,穩(wěn)定精度為:高低向±1密位。海上風(fēng)浪不同,ω不同,dψ的值也不同。所以當(dāng)dψ≥1密位時(shí),誤差即為穩(wěn)定器的穩(wěn)定精度;當(dāng)dψ＜1密位時(shí),該誤差即為計(jì)算所得值。則該誤差的中數(shù)誤差為

8)車體垂直平移引起的誤差 海上射擊車輛除了搖擺振動(dòng)以外,還有平移運(yùn)動(dòng),其中以沿垂直方向的平移為主。平移運(yùn)動(dòng)使武器產(chǎn)生瞄準(zhǔn)角誤差,穩(wěn)定器的陀螺儀不能傳感車輛的平移運(yùn)動(dòng),因此穩(wěn)定系統(tǒng)不能補(bǔ)償平移運(yùn)動(dòng)造成的誤差。

某型水陸坦克在海上的垂直平移量由波浪的振幅決定,在惡劣的海情條件下,波浪的振幅在1.5m以上,而水陸坦克陸地上沿垂直方向振動(dòng)的振幅較小,約為 100～150mm。這樣某型水陸坦克垂直平移量產(chǎn)生的誤差必將是陸地上的幾倍。垂直平移運(yùn)動(dòng)形成的射角誤差為

式中,dx、dy、dz為車輛在三個(gè)方向的平移量;D為炮目距離;θ為射角。

1.2 射彈散布誤差

射彈散布誤差包含為技術(shù)散布誤差和瞄準(zhǔn)散布誤差。技術(shù)散布誤差是用象限儀賦予火炮射角情況下(即假定瞄準(zhǔn)誤差等于零)射彈散布的誤差。也就是說(shuō),產(chǎn)生射彈散布誤差的諸因素中,除瞄準(zhǔn)誤差這一因素外,其余因素所引起的誤差統(tǒng)稱為技術(shù)散布誤差[5]。射表中所載射彈公算偏差值就是技術(shù)散布誤差值。

瞄準(zhǔn)誤差是由瞄準(zhǔn)時(shí)所選擇的瞄準(zhǔn)分劃與瞄準(zhǔn)點(diǎn)不能完全精確對(duì)正而產(chǎn)生的誤差。瞄準(zhǔn)誤差包括瞄準(zhǔn)點(diǎn)和瞄準(zhǔn)分劃定位誤差,其數(shù)值僅與火控系統(tǒng)的類型有關(guān)。使用穩(wěn)像火控系統(tǒng)的高低和方向的誤差停止間的為0.06,行進(jìn)間的為0.12。為了研究問(wèn)題的方便,選擇行進(jìn)間射擊進(jìn)行計(jì)算。

高低中數(shù)誤差:

方向中數(shù)誤差:

1.3 射擊誤差的中數(shù)誤差

高低中數(shù)誤差:

方向中數(shù)誤差:

根據(jù)以上射擊準(zhǔn)備誤差和射彈散布誤差的計(jì)算公式,利用Mathematics軟件對(duì)晝間某型水陸坦克使用不同彈種行進(jìn)間對(duì)動(dòng)靜目標(biāo)射擊的射擊誤差進(jìn)行計(jì)算。

2 命中概率

命中概率是衡量在給定射擊條件下射彈命中目標(biāo)或達(dá)到目標(biāo)毀傷幅員可能性大小的量度,它反映坦克的射擊精度。

在坦克射擊理論教材中,計(jì)算命中概率的方法有多種,其中以公式法計(jì)算命中概率最為精確。具體公式為

根據(jù)某型水陸坦克在未來(lái)可能擔(dān)負(fù)作戰(zhàn)任務(wù)中作戰(zhàn)對(duì)象的防御特點(diǎn),主要就其面臨的最大威脅 M型坦克和圓形碉堡或火器工事求取射擊命中概率,計(jì)算結(jié)果如表4、表5所示。

3 毀傷概率分析

毀傷是壓制、殲滅、破壞等現(xiàn)象的總稱。毀傷目標(biāo)在各種情況下有不同的含義:對(duì)坦克等裝甲目標(biāo)射擊,是指使坦克失去戰(zhàn)斗力,即擊毀坦克,使坦克失去機(jī)動(dòng)力或失去火力,或使坦克著火、乘員傷亡等。對(duì)單個(gè)人員來(lái)說(shuō),是指該人員死亡、喪失或暫時(shí)喪失戰(zhàn)斗力的現(xiàn)象等[6]。因此,毀傷目標(biāo)概率是指在一定射擊條件下,毀傷目標(biāo)的客觀可能性,用百分?jǐn)?shù)表示。其首發(fā)毀傷目標(biāo)概率的表達(dá)式為

式中,W 為首發(fā)毀傷目標(biāo)概率;P為首發(fā)命中目標(biāo)概率;Q為命中條件下的毀傷概率。

表4 某型水陸坦克海上對(duì)岸防M型坦克射擊命中概率表

表5 某型水陸坦克海上對(duì)岸圓形碉堡或火器工事射擊命中概率表

命中條件下毀傷目標(biāo)概率,一般是由實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算兩者結(jié)合得出的。根據(jù)張夷人1987年出版的《軍事運(yùn)籌學(xué)數(shù)據(jù)概論》一書記載,美軍和前蘇軍坦克在命中條件下對(duì)目標(biāo)的毀傷概率在0.65～0.75之間。為此,某型水陸坦克對(duì)裝甲目標(biāo)命中條件下的毀傷概率取 0.7,對(duì)斜面坦圓形碉堡或火器工事的毀傷概率取 0.75。由于海上射擊條件下的毀傷概率與陸上條件沒(méi)有區(qū)別,這里不再研究。

4 結(jié)論

1)某型水陸坦克海上命中概率低于陸上的命中概率,但該坦克對(duì)岸上的靜止目標(biāo) 2200m的距離,對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo) 1800m距離的目標(biāo)射擊,命中概率大于50%,因此,某型水陸坦克海上射擊命中精度較高。

2)根據(jù)射擊誤差分析可以看出,水陸坦克海上射擊受風(fēng)浪影響,車體搖晃幅度大,火炮穩(wěn)定性較差,增大了射手瞄準(zhǔn)、跟蹤和發(fā)射的難度,修正射彈偏差比較困難,把握時(shí)機(jī)快速瞄準(zhǔn)擊發(fā)難度大,因此,能否充分發(fā)揚(yáng)火力,關(guān)鍵在熟悉海浪波動(dòng)規(guī)律和掌握水上射擊要領(lǐng),靈活運(yùn)用火力,具體而言,就是要關(guān)掉各種傳感器,準(zhǔn)確輸入?yún)?shù),合理選擇彈種,以提高首發(fā)命中概率。

3)水陸坦克在海上射擊選擇彈種時(shí),對(duì)于裝甲目標(biāo)射擊時(shí),使用穿甲彈明顯強(qiáng)于碎甲彈和榴彈,因此,在未來(lái)的某型水陸坦克火力應(yīng)用時(shí)應(yīng)重點(diǎn)使用穿甲彈精確打擊敵裝甲目標(biāo)[7];對(duì)于圓形碉堡或火器工事的打擊,三種彈種的選擇差別不大,應(yīng)針對(duì)不同目標(biāo)的特點(diǎn),著眼毀傷效果,選擇彈種。

4)命中條件下的毀傷概率與海上射擊環(huán)境關(guān)系不大,可以按照一般條件進(jìn)行計(jì)算。

[1]陳松輝,曠良忠,楊方應(yīng),等.某型兩棲突擊車與某型水陸坦克射擊效能比較[J].艦船電子工程2011,31(12):51-53.

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[6]王儒策.彈丸終點(diǎn)效應(yīng)[M]. 北京:南京理工大學(xué)出版社,1990.

[7]邢利華,劉式宋.炮兵精確打擊指揮信息系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,20l0,38(1):36-39.