魚雷變速對潛艇防御魚雷時間影響分析＊

孫國振 陳路偉

（91388部隊93分隊 湛江 524022）

1 引言

隨著電動力在魚雷發(fā)動機的應(yīng)用與發(fā)展，魚雷可以實現(xiàn)10%～100%轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級變速[1]，而熱動力系統(tǒng)亦可實現(xiàn)較小范圍的變速。魚雷動力裝置決定著魚雷的航速、航程、航深、航跡和噪聲等性能，同時影響著魚雷作戰(zhàn)效能。魚雷速度固定容易被艦艇探測其航行軌跡，并實施有效攔截，魚雷變速不僅可以躲避反魚雷武器攻擊，還可以通過改變速度，改變魚雷自噪聲，使艦艇探測跟蹤難度加大。魚雷的速度決定于動力裝置，魚雷速度越大，噪聲越大，自導(dǎo)效果也會隨之降低，達到一定程度，便無法自導(dǎo)。

魚雷在水下航行會受到噪聲干擾、水流的影響，魚雷速度的改變會使魚雷輻射噪聲發(fā)生改變[2]，輻射噪聲對潛艇魚雷報警聲納的報警距離產(chǎn)生影響，魚雷航速越大，報警距離就越遠[3]。魚雷的較強噪聲雖然容易被潛艇探測，同樣可以作為隱藏魚雷的手段，較強的噪聲可以吸引目標潛艇進行防御攻擊，突然的變速可以隱藏魚雷準確位置，造成目標潛艇無法鎖定魚雷，大大提高了攻擊能力。魚雷的攻擊效能不僅體現(xiàn)在目標探測方面，而且體現(xiàn)在攻擊能力方面；魚雷的攻擊能力體現(xiàn)在發(fā)起攻擊的時間，本文著重討論魚雷速度與攻擊時間的關(guān)系。

2 魚雷速度對輻射噪聲的影響

魚雷輻射噪聲是主要由螺旋槳噪聲和發(fā)動機產(chǎn)生的機械噪聲，可以用經(jīng)驗公式表示其聲源級[4]。

其中SLT表示魚雷噪聲級；vt為魚雷航速；ft為魚雷工作頻率；R表示潛艇與魚雷距離；T為魚雷重量。圖1為魚雷航速與自身輻射噪聲之間的關(guān)系曲線。

圖1 魚雷航速與魚雷輻射噪聲關(guān)系

通過二戰(zhàn)時所測量的魚雷噪聲譜可以看出，魚雷的噪聲級與魚雷航速的關(guān)系可以線性表示[3]，與經(jīng)驗公式描述類似，表示如下：

其中vmin為魚雷最小速度；vmax為魚雷最大速度；SL0為零點噪聲級，由觀測得到。潛艇通過魚雷的噪聲進行探測來襲魚雷，而魚雷噪聲在水下傳播，而潛艇會受到自身噪聲干擾，潛艇探測聲納一般為被動聲納，被動聲納方程表示如下。

其中，TL表示聲傳播損失；DI表示空間增益；DT表示檢測域；NL潛艇自噪聲級，噪聲在水下傳播損失是由球面波擴展和海水吸收引起的，經(jīng)驗公式[5]如下：

其中fmc為潛艇探測聲納系統(tǒng)工作的中心頻率。

3 魚雷速度與潛艇魚雷報警距離的關(guān)系

假設(shè)魚雷速度在vmin時，潛艇對魚雷的最遠探測距離為R0，由公式計算出ND0＝NL－DI＋DT，并為固定值，進而得到魚雷速度與最遠探測距離的關(guān)系式：

魚雷為了更好地攻擊目標潛艇，盡量避開潛艇的魚雷探測聲納，所以魚雷的攻擊過程可以分為隱身過程和全速過程；在隱身過程中，通過控制魚雷的速度控制魚雷的輻射噪聲，魚雷距潛艇的距離Rs應(yīng)大于相應(yīng)的R：

其中，α可由當前的海洋環(huán)境和目標決策決定，目標決策可以分為安全方式、折中方式和冒險方式。安全方式是確保魚雷在要求的距離內(nèi)無法被目標潛艇探測到，此時α＞1.5；折中方式則為在安全與攻擊效率之間尋求最佳方案，1＜α＜1.5；危險方式，α＜1。

圖2 魚雷航速與目標潛艇魚雷報警距離關(guān)系圖示

4 魚雷航速與潛艇反應(yīng)時間關(guān)系

常規(guī)魚雷的速度假設(shè)為vx，由式（5）得到目標潛艇魚雷報警距離Rx，反應(yīng)時間為tx＝Rx／vx，經(jīng)計算得到圖3，由圖3可以看出反應(yīng)時間是隨著魚雷速度增加而增加，原因是由于魚雷速度變大，使得魚雷輻射噪聲增大，潛艇發(fā)現(xiàn)距離變遠，魚雷速度與發(fā)現(xiàn)距離之間比例關(guān)系小于1，導(dǎo)致反應(yīng)時間增大。

此時魚雷變速可以解決這個問題，魚雷以低速行進至探測距離臨界點，然后以最大速度對目標實施攻擊，可以有效縮短潛艇反應(yīng)時間。當魚雷速度為vmin，到達距潛艇β R0（β≥1）時，加速至vmax。而β是由從魚雷暴露到預(yù)計攻擊至潛艇的時間決定，計算方法如下：

圖3 魚雷航速對其攻擊時間的影響

從vmin加速至vmax，加速度為a，時間為

其中，tw為全速過程時間。將上式整理可得：

雖然tw＋ta決定了整個攻擊的時間，但是ta為定值，所以對tw取最小值即可，通過計算可以得到β＝1。

魚雷以最大速度攻擊目標時，由式（5）計算得到Rmax＝vmaxtmax，進而得到被潛艇探測到的反應(yīng)時間tmax＝Rmax／vmax，為了更好地理解魚雷航速對潛艇探測時間的影響，令ts＝tmax－tw，得到魚雷航速與潛艇探測時間的變化情況，如圖4所示。

圖4 魚雷航速與潛艇探測時間的變化情況

由圖（4）可以看出在魚雷速度在30kn時變速可以得到縮短反應(yīng)時間的極值，當艦艇與目標潛艇的距離小于R0時，無論魚雷是否變速，都應(yīng)當以最大速度攻擊目標，因為速度的變化不能提供隱身功能。

5 結(jié)語

本文通過對魚雷變速所引起的連鎖反應(yīng)進行了分析，魚雷的速度與自身輻射噪聲存在類似線性關(guān)系，魚雷速度越大，自身輻射噪聲越大，越容易被目標潛艇探測發(fā)現(xiàn)，由于輻射噪聲大于魚雷速度的變化，雖然魚雷速度提高了，但是相對目標潛艇的反應(yīng)時間是增加了，目標潛艇更有充分的時間防御來襲魚雷。本文對目標潛艇的反應(yīng)時間進行了深入的分析，得到魚雷在速度為30kn時變速反應(yīng)時間差別最大。本文下一步工作是各類魚雷的發(fā)動系統(tǒng)進行分析比較，得到魚雷速度變化與魚雷輻射噪聲之間更為精準的關(guān)系。

[1]查志武.魚雷動力技術(shù)發(fā)展展望[J].魚雷技術(shù)，2005，13（01）：1－4.

[2]劉孟庵.水聲工程[M].杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

[3]曹震卿，賈躍.魚雷航速對潛艇魚雷報警距離的影響分析[J].魚雷技術(shù)，2011，19（4）：260－262.

[4]查志武，史小鋒，錢志博.魚雷熱動力技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[5]陳劍，魯民月，龐天照.潛艇噪聲水平對聲吶探測性能影響分析[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2009，31（12）：22－25.