預(yù)定相遇態(tài)勢的潛射魚雷射擊及其技術(shù)方法

李本昌，李長文

(海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266042)

通常，潛射魚雷在攻擊過程中，魚雷的二次轉(zhuǎn)角主要用于實(shí)現(xiàn)多雷的平行航向齊射。事實(shí)上通過二次轉(zhuǎn)角射擊，不僅可以解決以兵器機(jī)動代替發(fā)射平臺機(jī)動而擴(kuò)大潛艇攻擊范圍、提高武器快速反應(yīng)能力的目的，而且還可以以此滿足各種自導(dǎo)方式的魚雷對發(fā)現(xiàn)目標(biāo)態(tài)勢的技術(shù)要求，進(jìn)而充分發(fā)揮其應(yīng)有的作戰(zhàn)效能。

1 相遇態(tài)勢對魚雷自導(dǎo)探測能力的影響

相遇態(tài)勢是指魚雷命中(或發(fā)現(xiàn))目標(biāo)時刻，魚雷與目標(biāo)(或預(yù)定相遇點(diǎn))之間的位置和運(yùn)動關(guān)系。在一定射擊條件下，相遇態(tài)勢是由魚雷發(fā)現(xiàn)/命中目標(biāo)或進(jìn)入目標(biāo)尾流時，目標(biāo)航向線到魚雷反航向線之間的夾角確定的。由于魚雷自導(dǎo)方式不同，這一夾角經(jīng)常被給出不同的稱謂，如直航魚雷射擊被稱為命中角、尾流自導(dǎo)魚雷射擊稱作進(jìn)入角、聲自導(dǎo)魚雷射擊命中角則定義為魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時刻，目標(biāo)航向線與魚雷反航向線之間的夾角。在此，仍稱其為命中角，并用符號θ表示。

眾所周知，尾流自導(dǎo)的技術(shù)要求魚雷進(jìn)入目標(biāo)尾流時與目標(biāo)艦尾的距離 Dw∈［Dwmin，Dwmax］范圍內(nèi)，且進(jìn)入角 θ∈［θmin，θmax］［1-2］。其實(shí)其它各種自導(dǎo)方式的魚雷在技術(shù)上對發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時的相對態(tài)勢也都有其特殊的要求，這種特殊要求主要體現(xiàn)在魚雷自導(dǎo)的探測能力上。例如，以目標(biāo)對魚雷主動聲脈沖的反射聲信號為檢測源的主動聲自導(dǎo)魚雷，其自導(dǎo)探測距離主要取決于目標(biāo)艦體對魚雷主動聲脈沖的反射強(qiáng)度，目標(biāo)反射強(qiáng)度越大，魚雷探測目標(biāo)的距離越遠(yuǎn)，越利于魚雷對目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和跟蹤。但是，對于一定的目標(biāo)、在一定的水文條件下，其反射強(qiáng)度除了和目標(biāo)的類型、噸位密切相關(guān)之外，還與探測點(diǎn)(魚雷)所處的目標(biāo)舷角及其航向密切相關(guān)，圖1是艦船反射強(qiáng)度隨舷角變化規(guī)律的示意圖［3］。可以看出，在一定條件下，如果魚雷能從目標(biāo)正橫一定角度范圍θ∈［θmin，θmax］接近目標(biāo)將使主動聲自導(dǎo)魚雷的探測距離發(fā)揮到最大值，而使魚雷能及早發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，或者能更大范圍地遮蓋由于目標(biāo)運(yùn)動要素誤差導(dǎo)致的目標(biāo)位置散布。我們把這種有利于魚雷自導(dǎo)探測的相遇態(tài)勢稱為有利相遇態(tài)勢。而當(dāng)魚雷從目標(biāo)艦首或艦尾接近目標(biāo)時，其探測距離將大打折扣，這種情況為不利相遇態(tài)勢。

圖1 艦船反射強(qiáng)度隨舷角變化規(guī)律示意圖

類似地，由于目標(biāo)的輻射噪聲強(qiáng)度隨其舷角的變化也十分明顯［4］，所以對于被動聲自導(dǎo)魚雷也同樣存在有利和不利的相遇態(tài)勢。

2 二次轉(zhuǎn)角射擊的需求及使用時機(jī)

不僅各種自導(dǎo)魚雷，包括直航魚雷也希望通過有利相遇態(tài)勢增大魚雷的命中范圍。但是，作為一種機(jī)動能力有限的發(fā)射平臺，魚雷攻擊過程中，并非在所有情況下通過一次轉(zhuǎn)角射擊都能創(chuàng)造魚雷射擊的有利相遇態(tài)勢，更多情況下一次轉(zhuǎn)角射擊無法保證這種要求。為此，只能通過平臺的機(jī)動而實(shí)現(xiàn)。這樣就要延長攻擊時間，則存在貽誤戰(zhàn)機(jī)、甚至反遭攻擊的風(fēng)險［5］。但如果通過二次轉(zhuǎn)角射擊的控制方法為魚雷創(chuàng)造這樣的條件，就能免去發(fā)射平臺占位機(jī)動的過程，也將大大增加發(fā)射平臺的可攻擊范圍［6］。

圖2所示為發(fā)射點(diǎn)Ws相對于瞄準(zhǔn)點(diǎn)Ms的敵舷角Xms過大，一次轉(zhuǎn)角射擊魚雷的命中角 θ1＞θmax而不能保證魚雷按有利相遇態(tài)勢接近目標(biāo)的情況。

在這種情況下，采用二次轉(zhuǎn)角射擊使魚雷完成一次轉(zhuǎn)角ω1航行距離ST1首先去占領(lǐng)二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)T，然后完成二次轉(zhuǎn)角ω2，再直航距離ST2按照期望的命中角θ2接近并發(fā)現(xiàn)或命中目標(biāo)，將能容易地改善魚雷的相遇條件。所以，為了滿足魚雷技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)使用兩方面的要求，在潛艇魚雷攻擊中二次轉(zhuǎn)角射擊是十分必要的，也是為魚雷創(chuàng)造有利相遇態(tài)勢的主要技術(shù)方法。

為了減小魚雷轉(zhuǎn)向過程產(chǎn)生的航向偏差，通常情況，希望采用一次轉(zhuǎn)角射擊。如果一次轉(zhuǎn)角射擊不能保證魚雷的有利相遇態(tài)勢時，才使用二次轉(zhuǎn)角射擊。那么，在魚雷武器系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，如何把這一原則變成系統(tǒng)能夠自動選擇的依據(jù)呢?

圖2 大舷角條件下尾流自導(dǎo)二次轉(zhuǎn)角射擊

按照上述原則，當(dāng)確定了射擊瞄準(zhǔn)點(diǎn)之后，可首先按照當(dāng)前的發(fā)射態(tài)勢和魚雷的彈道參數(shù)求解一次轉(zhuǎn)角射擊的射擊參數(shù)。如果一次轉(zhuǎn)角射擊的命中角θ∈［θmin，θmax］范圍內(nèi)，則采用一次轉(zhuǎn)角射擊。否則，就需要采用二次轉(zhuǎn)角射擊。即一次轉(zhuǎn)角射擊的命中角是否利于魚雷自導(dǎo)探測的要求是武器系統(tǒng)判斷是否采用二次轉(zhuǎn)角射擊的重要依據(jù)。

3 二次轉(zhuǎn)角射擊的解算原理及模型

二次轉(zhuǎn)角射擊的實(shí)質(zhì)就是兩次解相遇問題，即魚雷發(fā)射出管后，經(jīng)一次轉(zhuǎn)角航行一定距離第一次與二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)相遇;到達(dá)二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)完成二次轉(zhuǎn)角航行一定距離后第二次與預(yù)定命中點(diǎn)相遇。控制這一過程的參數(shù)是:魚雷一次轉(zhuǎn)角ω1、二次轉(zhuǎn)角ω2、二次轉(zhuǎn)角前的航程ST12和自導(dǎo)開機(jī)距離。

為了求解這些參數(shù)，在給定了二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)T所處目標(biāo)的舷別、與未來相遇點(diǎn)C之間的距離Dc和魚雷到達(dá)二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)后的航向(由期望的命中角θ確定)后，首先需要按照相遇條件解算出魚雷到達(dá)二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)T時，相對于同時刻瞄準(zhǔn)點(diǎn)Cs的舷角Xr和距離Dr，以便確定魚雷一次轉(zhuǎn)角的瞄準(zhǔn)點(diǎn)M's。

在圖3中，根據(jù)相遇原理，在目標(biāo)運(yùn)動要素一定的條件下，要想使魚雷到達(dá)二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)T后能按照給定的命中角θ與預(yù)定瞄準(zhǔn)點(diǎn)Cs在未來某時刻于C點(diǎn)相遇，那么T點(diǎn)和預(yù)定瞄準(zhǔn)點(diǎn)Cs之間必須滿足:ΔTCsC為一相遇三角形，且 CsC=m·Dc。其中，m=Vm/VT。

由此，只要求解出T點(diǎn)相對于同一時刻瞄準(zhǔn)點(diǎn)Cs的舷角Xr和距離Dr，就確定出魚雷發(fā)射時刻，二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)T對應(yīng)于瞄準(zhǔn)點(diǎn)Ms的相對位置M's。

根據(jù)圖3的幾何關(guān)系，有:

圖3 二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)與瞄點(diǎn)的幾何關(guān)系

本文以發(fā)射點(diǎn)Ws作為基準(zhǔn)點(diǎn)建立以正東和正北為座標(biāo)軸的直角坐標(biāo)系，則瞄準(zhǔn)點(diǎn)Ms(x1，y1)的坐標(biāo)可通過以下方法計(jì)算:

一次轉(zhuǎn)角瞄準(zhǔn)點(diǎn)M's(x2，y2)的坐標(biāo):

一次轉(zhuǎn)角瞄準(zhǔn)點(diǎn)M's(x2，y2)相對發(fā)射點(diǎn)的態(tài)勢:

用該組參數(shù)替代一次轉(zhuǎn)角射擊方程的態(tài)勢參數(shù)，即可解算出魚雷一次轉(zhuǎn)角ω1和二次轉(zhuǎn)角前的航程ST1。進(jìn)而，求解魚雷的二次轉(zhuǎn)角:

二次轉(zhuǎn)角前的航程:ST12=ST1。

魚雷完成二次轉(zhuǎn)角后，即執(zhí)行自導(dǎo)開機(jī)指令。在所需要航程不大于其最大航程的條件下，就可滿足射擊條件。

4 預(yù)定相遇態(tài)勢的選擇問題

由二次轉(zhuǎn)角射擊的目的和原理易知，實(shí)現(xiàn)二次轉(zhuǎn)角射擊的關(guān)鍵在于選擇合適的二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)。

描述預(yù)定相遇態(tài)勢的關(guān)鍵參數(shù)是:所需要的命中角、二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)T相對于瞄準(zhǔn)點(diǎn)Ms的舷別，以及該點(diǎn)與預(yù)定相遇點(diǎn)C之間的距離。當(dāng)已知這三個參數(shù)之后，預(yù)定相遇態(tài)勢則確定。

4.1 預(yù)定命中角

各種自導(dǎo)方式的魚雷由于檢測機(jī)理的不同，總是存在一定范圍的有利相遇態(tài)勢。并且同一自導(dǎo)方式，對于不同型號，由于在算法原理和工藝水平上的差異，這種有利相遇態(tài)勢的范圍也存在較大差異。但對于一定型號的魚雷，這一范圍卻是確定的，本文用命中角θ∈［θmin，θmax］來描述其有利相遇態(tài)勢。

由于目標(biāo)速度不同，所以僅僅依賴使用者根據(jù)當(dāng)前的敵我態(tài)勢，很難判斷一次轉(zhuǎn)角射擊能否滿足魚雷的命中角度要求。為此，當(dāng)確定對目標(biāo)射擊時，平臺武器系統(tǒng)按照作戰(zhàn)使用者確定的目標(biāo)運(yùn)動要素、射擊瞄準(zhǔn)點(diǎn)和魚雷性能，首先利用一次轉(zhuǎn)角射擊的參數(shù)解算方程計(jì)算一次轉(zhuǎn)角射擊的射擊參數(shù)，然后判斷解算的魚雷命中角度θ的大小。如果解算的命中角θ∈［θmin+Δθ，θmax－Δθ］，系統(tǒng)自動采用一次轉(zhuǎn)角射擊方式射擊;否則，如果θ＜θmin+Δθ，或者θ＞θmax－Δθ，說明一次轉(zhuǎn)角射擊的命中過小或過大，不能滿足魚雷自導(dǎo)探測的要求，應(yīng)自動轉(zhuǎn)為二次轉(zhuǎn)角射擊。

在上述關(guān)系式中，Δθ是魚雷命中角范圍的邊界修正量［7］。因?yàn)楸M管魚雷技術(shù)要求θ∈［θmin，θmax］就能保證魚雷自導(dǎo)的檢測和跟蹤，但在組織射擊時，如果解算的命中角正好處于魚雷有利命中角邊界附近，而采用的目標(biāo)運(yùn)動要素又存在目標(biāo)航向誤差，就有可能使得魚雷的實(shí)際命中角處于魚雷技術(shù)要求的角度范圍之外，而不能滿足魚雷自導(dǎo)檢測和跟蹤的要求。所以，對魚雷命中角范圍邊界增加一定的修正量Δθ是十分必要的，其取值需要以目標(biāo)航向誤差為依據(jù)。

4.2 二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)相對于目標(biāo)的舷別

為了減小魚雷的航程消耗，魚雷二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)可選擇在發(fā)射艇所處目標(biāo)舷別的同一舷，即潛艇攻擊目標(biāo)右舷時，二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)也在目標(biāo)右舷，反之則在目標(biāo)左舷。為了避開攻擊障礙，也可以選擇在發(fā)射艇所處目標(biāo)舷別的異舷，即潛艇攻擊目標(biāo)右舷時，二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)在目標(biāo)的左舷，反之則在目標(biāo)的右舷，此時魚雷的航程消耗增大，所以除非特別需要，一般不做異舷選擇。

4.3 二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)與預(yù)定相遇點(diǎn)之間的距離

因?yàn)轸~雷到達(dá)二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)后，以直航方式與預(yù)定的瞄準(zhǔn)點(diǎn)接近直到相遇。因此，要想保證魚雷能夠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，魚雷完成二次轉(zhuǎn)角后必須完成自導(dǎo)開機(jī)和自導(dǎo)自適應(yīng)，且自適應(yīng)結(jié)束后，魚雷與預(yù)定相遇點(diǎn)C尚有大于魚雷自導(dǎo)探測半徑的距離，才能保證魚雷自導(dǎo)裝置能夠正常工作。

為此，在確定二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)與預(yù)訂相遇點(diǎn)之間的距離時，必須考慮魚雷完成自導(dǎo)自適應(yīng)過程所需要的航程STz，并且魚雷完成自導(dǎo)自適應(yīng)后與目標(biāo)的距離不能小于魚雷的自導(dǎo)探測距離R0，或者說二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)T與預(yù)定相遇點(diǎn)C之間的最小距離不能小于兩者之和。其物理過程如圖4所示。

圖4 二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)與預(yù)定相遇點(diǎn)的最小距離

除此之外，由于目標(biāo)運(yùn)動要素誤差的存在，為了避免目標(biāo)運(yùn)動要素負(fù)向誤差對魚雷自導(dǎo)自適應(yīng)過程的影響，在滿足上述要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)依據(jù)目標(biāo)運(yùn)動要素的解算精度適量增大二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)與進(jìn)入目標(biāo)尾流點(diǎn)之間的距離。本文把綜合考慮各種因素所需要的這一距離用Dc表示，則基于魚雷自導(dǎo)探測距離的二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)T與預(yù)定相遇點(diǎn)C之間的距離由下式確定:

式中，R0是由魚雷自導(dǎo)方式和自導(dǎo)探測性能確定的常量，對于主動或被動聲自導(dǎo)魚雷取其標(biāo)稱的最大探測距離。對于直航或尾流自導(dǎo)魚雷取值為0。

STz對應(yīng)于魚雷自導(dǎo)開機(jī)的最晚時機(jī)，是指自導(dǎo)開機(jī)時刻魚雷位置點(diǎn)與魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)(或目標(biāo)尾流)時刻魚雷位置點(diǎn)的最小距離，即魚雷完成自導(dǎo)自適應(yīng)過程所需的航程。ΔD是由于魚雷發(fā)射前解算的目標(biāo)方位、距離、航向和速度存在誤差，致使魚雷接近目標(biāo)過程中存在的目標(biāo)位置散布。影響這兩個參數(shù)取值的因素，及其對二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)的影響見文獻(xiàn)［2］。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)魚雷各種自導(dǎo)方式的技術(shù)需要和潛艇機(jī)動能力有限的實(shí)際，提出了潛射魚雷預(yù)定相遇態(tài)勢射擊的概念，給出了潛射魚雷預(yù)定相遇態(tài)勢射擊的技術(shù)方法，可用于特殊情況下潛艇實(shí)施各種自導(dǎo)魚雷射擊。其中，基于魚雷自導(dǎo)探測距離的二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)與預(yù)定相遇點(diǎn)之間的距離的選擇方法，使得二次轉(zhuǎn)向點(diǎn)的選擇更具合理性和針對性，能夠適應(yīng)包括直航魚雷在內(nèi)的各種自導(dǎo)魚雷。該方法不僅有效解決了發(fā)射態(tài)勢與魚雷有利相遇態(tài)勢的矛盾，而且對實(shí)施者提供了極為方便的操作性能。

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