尾流自導(dǎo)魚雷攻擊規(guī)避機動水面艦艇研究

孫珠峰，吳 奔，肖明彥

（海軍潛艇學院，山東 青島 266071）

尾流自導(dǎo)魚雷攻擊規(guī)避機動水面艦艇研究

孫珠峰，吳 奔，肖明彥

（海軍潛艇學院，山東 青島 266071）

研究了尾流自導(dǎo)魚雷攻擊水面艦艇的主要影響因素，分析了水面艦艇各種機動規(guī)避方式對尾流自導(dǎo)魚雷彈道的影響，利用仿真分析方法確定了水面艦艇規(guī)避機動參數(shù)對尾流自導(dǎo)魚雷跟蹤過程的影響程度，分別確定了水面艦艇和尾流自導(dǎo)魚雷對抗的有關(guān)原則，研究結(jié)果為尾流自導(dǎo)魚雷作戰(zhàn)使用和水面艦艇規(guī)避機動提供了依據(jù)。

尾流自導(dǎo)，水面艦艇，魚雷，規(guī)避機動

引 言

水面艦艇在航行過程中由于壓力、波浪、螺旋槳轉(zhuǎn)動和運動速度的關(guān)系，會在艦艇尾部產(chǎn)生具有一定長度、寬度和持續(xù)時間的尾流。只要水面艦艇處于運動之中，這種尾流就會一直跟隨艦艇，成為難以去掉的“尾巴”。尾流自導(dǎo)魚雷正是利用這一特性，通過檢測、發(fā)現(xiàn)并跟蹤目標尾流，進而命中水面艦艇目標［1-2］。

文獻［1］介紹了法國在水面艦艇尾流模型建立和魚雷對抗仿真方面的研究，提出了硬殺傷是水面艦艇對抗尾流自導(dǎo)魚雷的最有效手段；文獻［2］采用平面分割法建立了機動目標的尾流模型，并仿真了尾流自導(dǎo)魚雷檢測目標尾流和追蹤目標的過程。

1 射擊參數(shù)對尾流自導(dǎo)魚雷命中過程的影響

尾流自導(dǎo)魚雷在射擊時需要關(guān)注的參數(shù)主要是魚雷進入尾流的角度和進入距離。為了滿足尾流自導(dǎo)魚雷正確檢測尾流和跟蹤目標的需要，在不考慮目標對抗的條件下，要求魚雷進入尾流的角度和距離必須處于一個合適的范圍內(nèi)［2］。

圖1 尾流自導(dǎo)魚雷追蹤過程

1.1 進入尾流角度

魚雷進入尾流的角度是魚雷進入尾流的航向和尾流方向的夾角α。較小的尾流進入角一方面可以減少魚雷自適應(yīng)需要耗費的調(diào)整航程，提高魚雷的彈道品質(zhì)；另一方面，過小的魚雷進入角容易使魚雷產(chǎn)生反向跟蹤，同時，對射擊控制參數(shù)的計算要求很高，目標運動參數(shù)誤差極易造成魚雷錯過目標尾流，或者影響魚雷進入尾流的距離。因此，為了減少魚雷再入尾流的航程，覆蓋可能的目標運動要素誤差，提高魚雷進入尾流的概率，進入尾流的角度必須位于一個合適的范圍內(nèi)。

1.2 進入尾流距離

理論上，魚雷進入尾流的距離越小越好。較小的魚雷進入距離意味著較小的魚雷追蹤航程。不過魚雷進入尾流需要一段自適應(yīng)過程才能穩(wěn)定跟蹤，過小的魚雷進入距離容易使魚雷無法完成自適應(yīng)過程，在首次出尾流后易從目標艦艇的前方繞過，從而錯過再入尾流的時機。這是由于魚雷速度一般遠大于目標速度，首次出尾流后的調(diào)整由于太靠近目標尾部容易使魚雷超過目標艦艏，從而漏過目標。所以魚雷進入尾流的位置應(yīng)控制在尾流的中間偏前位置。

2 目標機動對尾流自導(dǎo)魚雷命中過程的影響

2.1 目標變速

變速機動主要指加速。目標加速主要體現(xiàn)在延長尾流長度，以增加魚雷追蹤航程。魚雷追蹤目標的距離與雷目速度比和雷目距離相關(guān)，在雷目距離一定的情況下，目標速度增加，雷目速度比減小，魚雷追蹤距離增大；反之，目標速度減小，雷目速度比增大，魚雷追蹤距離減小。如果魚雷進入尾流時的剩余航程不大，容易造成魚雷航程耗盡，難以追上目標。

2.2 目標變向

目標航向的變化造成目標尾流形態(tài)的變化，從而影響魚雷進入尾流的角度和魚雷內(nèi)外尾流調(diào)整的過程。魚雷首次進入尾流如果恰好處于目標尾流形態(tài)變化的部位，則必然造成魚雷進入角度的變化，影響尾流自導(dǎo)魚雷的自適應(yīng)過程。目標航向的劇烈變化還可能造成魚雷判斷目標舷別出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致魚雷的反向跟蹤。

2.2.1 大角度變向

對于沒有線導(dǎo)控制的尾流自導(dǎo)魚雷，發(fā)射后只能根據(jù)預(yù)定程序搜索目標尾流，沒有辦法隨意改變彈道。如果目標在魚雷探測到尾流之前進行機動，將影響魚雷進入尾流的角度和距離；如果目標在魚雷已經(jīng)探測到尾流的情況下進行機動，則會影響魚雷追蹤目標的過程。這兩種情況都可能導(dǎo)致魚雷彈道品質(zhì)的下降，甚至丟失目標（如圖2所示）。

2.2.2 目標改變方向的方式

圖2 艦艇規(guī)避對尾流魚雷的影響

目標的機動規(guī)避過程不僅僅是單純的一次性改變速度和方向，有可能是綜合的改變速度和方向，如比較極端地走“S”形或者“O”形彈道，在多目標的情況下，甚至采取目標交叉航行的方法，以干擾尾流自導(dǎo)魚雷的跟蹤過程。由于這兩種方式對尾流自導(dǎo)魚雷的彈道影響比較復(fù)雜，將另文加以研究，本文僅就目標采取一次性變速變向機動方式對尾流自導(dǎo)魚雷跟蹤彈道的影響進行研究。

3 仿真模型及實例

3.1 仿真模型

為了簡化仿真模型，設(shè)定仿真初始時間為魚雷出管后已完成轉(zhuǎn)角后開始直航的那一刻，坐標軸原點也設(shè)為該時刻的魚雷位置。在理想狀態(tài)下，即魚雷沒有任何航行誤差、目標運動要素也沒有誤差，且目標不進行任何機動規(guī)避時，尾流自導(dǎo)魚雷將以火控系統(tǒng)計算的尾流進入角度和尾流進入距離進入目標尾流，并開始末端追蹤過程。

設(shè)魚雷速度為vt，目標速度為vm0，目標航向為cm0，目標初始距離為rm0，初始方位為bm0。目標魚雷報警距離為 Rta，如圖3所示。以魚雷發(fā)射時刻的位置點作為坐標原點，有關(guān)魚雷和目標的運動模型和目標尾流模型在相關(guān)文獻中已經(jīng)有了十分詳細的描述，本文仿真程序?qū)⒅苯討?yīng)用這些文獻中的模型［3-4］。

統(tǒng)計參數(shù)主要是魚雷追蹤距離，即從魚雷探測到目標尾流開始（圖中A0點），到魚雷命中目標（圖中A1點）的航行距離。

3.2 參數(shù)設(shè)置

不考慮目標的多次機動規(guī)避過程，在仿真中的有關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：

圖3 尾流自導(dǎo)魚雷攻擊目標示意圖

魚雷速度vt=55節(jié)，魚雷瞄點為目標尾流中心點；目標初始速度vm0=18節(jié)；目標初始距離rm0=50鏈；目標初始舷角Xm0=60°~120°;目標魚雷報警距離Rta=1 500.0m。

目標機動規(guī)避時，按表1設(shè)定的規(guī)避角度分為60°、100°、140°、180°等 4個等級（在目標原來航向的基礎(chǔ)上偏轉(zhuǎn)的角度值）；規(guī)避速度依次為24節(jié)、28節(jié)、32節(jié)等3個等級，分別和不進行機動的魚雷追蹤距離進行對比，并將仿真結(jié)果記錄在表1中。

表1 艦艇規(guī)避尾流自導(dǎo)魚雷攻擊仿真結(jié)果

3.3 仿真結(jié)果及分析

圖4 追蹤距離與目標規(guī)避方向的關(guān)系

圖4為水面艦艇魚雷報警后，采取背雷轉(zhuǎn)向60°的規(guī)避方式時，魚雷追蹤距離和艦艇規(guī)避速度之間的關(guān)系。由圖4可知，無論魚雷和目標的初始態(tài)勢如何，魚雷追蹤距離隨目標規(guī)避速度增大呈顯著增大趨勢。以仿真想定所確定的第一種態(tài)勢為例，在目標不進行規(guī)避時，此時的目標速度為18節(jié)，則魚雷追蹤距離為1 497m，當目標規(guī)避速度為24節(jié)時，魚雷追蹤距離達到2 294m；當目標規(guī)避速度為28節(jié)時，魚雷追蹤距離達到2 789m；當目標規(guī)避速度為32節(jié)時，魚雷追蹤距離達到3 667m。追蹤距離和規(guī)避速度并不是簡單的線性變化關(guān)系。從水面艦艇這一方來說，在遭遇尾流自導(dǎo)魚雷攻擊時，首先采取的措施就是迅速加大速度，延長魚雷的追蹤距離，以便有更多的時間采取其他對抗方式化解魚雷威脅。從尾流自導(dǎo)魚雷這一方來說，應(yīng)盡可能提高航行速度，降低航行噪聲，盡量減小被目標發(fā)現(xiàn)的距離，從而縮短目標進行對抗的時間。

圖5 追蹤距離與目標規(guī)避角度的關(guān)系

圖5為目標規(guī)避速度固定為24節(jié)時，魚雷追蹤距離和艦艇規(guī)避角度之間的關(guān)系。從圖5中可以看出，目標進行大角度的規(guī)避機動，并不能一定導(dǎo)致魚雷追蹤距離的增大，有的時候甚至會縮小魚雷的追蹤過程。如在態(tài)勢2中，目標大角度轉(zhuǎn)向140°時的魚雷追蹤距離為1 689m，而轉(zhuǎn)向60°時的魚雷追蹤距離為2 006m。在某些態(tài)勢下，適當?shù)囊?guī)避角度可能導(dǎo)致魚雷追蹤彈道發(fā)生劇烈變化，需要重新適應(yīng)目標尾流，從而顯著增大追蹤距離。如在態(tài)勢3中，目標大角度規(guī)避140°時的魚雷追蹤距離為4 505m，相比之下，目標規(guī)避60°時的魚雷追蹤距離為2 487m。該仿真結(jié)果說明，水面艦艇在作戰(zhàn)過程中如果發(fā)現(xiàn)遭到尾流自導(dǎo)魚雷攻擊，在迅速加速的同時，應(yīng)采取大角度規(guī)避，其好處是盡管大角度規(guī)避有時不能保證延長魚雷追蹤距離，但在某個恰當?shù)膽B(tài)勢下，這種大角度規(guī)避導(dǎo)致魚雷追蹤彈道的劇烈變化，大大增加追蹤航程。另一方面，由于尾流魚雷無法確定目標的規(guī)避方向，無法避免目標大角度轉(zhuǎn)向可能造成的彈道劇烈變化結(jié)果，如何解決此問題已經(jīng)超出本文的研究范圍。

根據(jù)以上仿真結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：①無論在哪種態(tài)勢下，目標機動規(guī)避都會影響魚雷追蹤距離，其影響程度與目標機動方式相關(guān)；②目標規(guī)避速度的大小對魚雷追蹤距離的影響較大。該結(jié)論是顯然的，目標速度越大，在魚雷速度保持不變的情況下，需要花費越長的時間才能追上目標；③目標規(guī)避方向的大小對追蹤距離的影響是不確定的，不能得出規(guī)避方向越大，追蹤距離越大的結(jié)論。事實上，規(guī)避方向的大小會影響到魚雷的彈道品質(zhì)，某個恰巧的規(guī)避方向可能導(dǎo)致魚雷在追蹤規(guī)程中出現(xiàn)激烈的彈道變化；④水面艦艇遇到尾流自導(dǎo)魚雷攻擊時，在加速的同時，可采取大角度規(guī)避，以提高對抗成功的概率;⑤尾流自導(dǎo)魚雷攻擊時，應(yīng)盡量保持自身的隱蔽性，防止目標過早采取規(guī)避對抗措施。

4 結(jié)論和展望

本文針對水面艦艇采用規(guī)避機動方式對抗尾流自導(dǎo)魚雷的過程進行了定性分析和仿真研究，得出了水面艦艇防御尾流自導(dǎo)魚雷應(yīng)采取的規(guī)避機動方式和措施，也對尾流自導(dǎo)魚雷的攻擊提出了相應(yīng)的建議。有關(guān)結(jié)論建立在水面艦艇采取一次對抗措施、機動方式較為單一的前提下，更加復(fù)雜對抗條件下的相關(guān)研究將另文介紹。

［1］錢 東，韓 嘯.法國尾流自導(dǎo)仿真和對抗研究評述［J］.魚雷技術(shù)，2007，15（1）：7-10.

［2］趙向東，孫續(xù)文，周 明.尾流自導(dǎo)魚雷彈道邏輯仿真［J］.魚雷技術(shù)，2009，17（2）：40-44.

［3］董春鵬，石小龍.主動聲尾流自導(dǎo)魚雷導(dǎo)引彈道分析計算［J］.魚雷技術(shù)，2007，15（2）：19-23.

［4］韓志偉，任 章，王新遠.魚雷尾流追蹤彈道設(shè)計與仿真［J］.系統(tǒng)仿真學報，2006，18（2）：1001-1004.

［5］侯 琳，胡 波，章桂永.潛艇自航式聲誘餌發(fā)射方向的仿真研究［J］.計算機仿真，2009，26（6）：23-25.

Research onWake Hom ing Torpedo Attacking EscapingWarship

SUN Zhu-feng，WUBen，XIAOMing-yan
（Navy Submarine Academy，Qingdao 266071，China）

The primary factorsofwakehoming torpedoattackingwarship are studied.Afteranalysisof the effects of thewarship's various escaping styles toward wake homing torpedo trajectory，this paper has taken advantage ofsimulating analysingmethod to decide the affecting degrees of thewarshipmaneuvering parameterswhen thewake homing torpedo is tracking.and some rules for confronting of thewarship and the wake homing torpedo are promoted respectively.The researching method provides the basis for the combatingusageboth forwakehoming torpedo and thewarship.

wakehoming，warship，torpedo，escaping

E273.003

A

1002-0640（2013）01-0163-03

2011-09-15

2011-12-30

孫珠峰（1969-），男，江蘇南通人，教授，研究方向：計算機仿真，軍事系統(tǒng)工程，作戰(zhàn)軟件。