火箭助飛魚雷水下射擊禁區(qū)建模與仿真

林宗祥1, 周 明2, 孫永侃1, 高冬飛3

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火箭助飛魚雷水下射擊禁區(qū)建模與仿真

林宗祥, 周 明, 孫永侃, 高冬飛

(1. 海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所, 遼寧大連, 116018; 2. 海軍大連艦艇學(xué)院水武與防化系, 遼寧大連, 116018; 3. 中國(guó)人民解放軍91278部隊(duì), 遼寧大連, 116000)

射擊禁區(qū)是影響火箭助飛魚雷作戰(zhàn)使用安全的重要因素。給出了火箭助飛魚雷射擊禁區(qū)的定義及劃分原則; 結(jié)合火箭助飛魚雷水下彈道特點(diǎn), 建立了火箭助飛魚雷初始搜索段、跟蹤段和再搜索段的射擊禁區(qū)解算模型。仿真分析了不同因素對(duì)火箭助飛魚雷水下射擊禁區(qū)的影響, 仿真結(jié)果表明, 魚雷自導(dǎo)作用距離、魚雷航速以及目標(biāo)最大航速是影響射擊禁區(qū)大小的主要影響因素。最后, 從不利角度出發(fā)對(duì)火箭助飛魚雷水下射擊禁區(qū)的計(jì)算公式進(jìn)行了簡(jiǎn)化。

火箭助飛魚雷; 水下射擊禁區(qū)

0 引言

作為水面艦艇中遠(yuǎn)程對(duì)潛攻擊的主戰(zhàn)武器, 火箭助飛魚雷可以極大提高水面艦艇對(duì)潛艇的遠(yuǎn)距離打擊能力。為確?；鸺w魚雷作戰(zhàn)使用的安全, 提高其作戰(zhàn)效能, 有必要對(duì)火箭助飛魚雷的射擊禁區(qū)進(jìn)行深入研究。本文主要對(duì)火箭助飛魚雷的水下射擊禁區(qū)進(jìn)行建模。

1 火箭助飛魚雷射擊禁區(qū)劃分原則

1.1 定義

火箭助飛魚雷的彈道可以分為空中彈道和水下彈道兩部分, 因此, 其射擊禁區(qū)也可分為空中禁區(qū)和水下禁區(qū)兩部分。

1) 空中禁區(qū)

火箭助飛魚雷射擊時(shí), 在射擊方向一定范圍內(nèi), 由于火箭助飛魚雷空中飛行、分離裝置墜落、雷傘分離以及魚雷入水等原因, 可能誤傷己方艦船的區(qū)域稱為火箭助飛魚雷的空中射擊禁區(qū)。空中禁區(qū)在垂直面上的界限是從火箭助飛魚雷空中彈道的最高點(diǎn)至水面。

2) 水下禁區(qū)

火箭助飛魚雷入水后, 在入水點(diǎn)一定范圍內(nèi)由于魚雷搜索捕獲目標(biāo)過(guò)程中無(wú)敵我識(shí)別能力等原因可能誤傷己方目標(biāo)的區(qū)域稱為火箭助飛魚雷的水下禁區(qū)?；鸺w魚雷水下禁區(qū)的界限是從水平面至魚雷水下工作的最大深度。

1.2 火箭助飛魚雷射擊禁區(qū)的劃分原則

火箭助飛魚雷射擊禁區(qū)的劃分應(yīng)遵循安全性和實(shí)用性兩個(gè)原則。

1) 安全性原則

安全性是指火箭助飛魚雷的射擊禁區(qū)應(yīng)保證攻擊區(qū)域內(nèi)己方艦船的安全。確保作戰(zhàn)海區(qū)內(nèi)己方及友軍艦船的安全, 減少不必要的損失是研究火箭助飛魚雷射擊安全、劃定射擊禁區(qū)的主要目的。因此, 必須把安全性原則放在突出位置。確保安全性的基本要求是: 在確定火箭助飛魚雷各個(gè)階段射擊禁區(qū)時(shí), 應(yīng)充分考慮最不利因素和可能出現(xiàn)的最不利結(jié)果?；鸺w魚雷的射擊禁區(qū)應(yīng)具有足夠的安全性, 確保己方艦船位于射擊禁區(qū)以外時(shí), 被火箭助飛魚雷誤傷的概率極小。

2) 實(shí)用性原則

火箭助飛魚雷射擊禁區(qū)的實(shí)用性是指火箭助飛魚雷的射擊禁區(qū)應(yīng)最大限度地降低其對(duì)作戰(zhàn)使用的影響和限制, 且便于制定和判別。一個(gè)實(shí)用的射擊禁區(qū)才能對(duì)火箭助飛魚雷的作戰(zhàn)使用具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義和使用價(jià)值。因此, 要最大限度地克服和減少射擊禁區(qū)對(duì)作戰(zhàn)使用的不利影響, 使射擊禁區(qū)對(duì)艦機(jī)協(xié)同和直升機(jī)引導(dǎo)的影響降至最低。此外, 實(shí)用性還體現(xiàn)在對(duì)射擊禁區(qū)制定的簡(jiǎn)易性和判定的易行性, 從而有利于作戰(zhàn)人員劃定和判別火箭助飛魚雷的射擊禁區(qū)。

總之, 作為矛盾的兩個(gè)方面, 安全性和實(shí)用性既對(duì)立統(tǒng)一, 又不可偏頗。實(shí)用性原則是建立在安全性原則基礎(chǔ)上的, 脫離射擊禁區(qū)的安全性談實(shí)用性是沒(méi)有意義的。同樣, 片面強(qiáng)調(diào)安全性而忽略作戰(zhàn)使用的實(shí)用性也是不可取的。

2 火箭助飛魚雷水下射擊禁區(qū)建模

火箭助飛魚雷的水下彈道一般分為初始搜索段、追蹤段和再搜索段等。

2.1 初始搜索段禁區(qū)建模

由于火箭助飛魚雷的落水點(diǎn)距離目標(biāo)較近, 其初始搜索彈道一般采用圖形搜索彈道。典型的圖形搜索彈道有環(huán)形搜索彈道、擴(kuò)展環(huán)形搜索彈道、“8”字形搜索彈道等, 如圖1所示。

不論是擴(kuò)展環(huán)形搜索彈道還是“8”字形搜索彈道, 其均是以最基本的環(huán)形搜索彈道為基礎(chǔ)。因此, 本文以環(huán)形搜索彈道為例建立火箭助飛魚雷初始搜索段禁區(qū)模型。

以魚雷環(huán)形搜索旋回圓的圓心為中心, 以魚雷至搜索扇面的最大距離為半徑作圓, 如圖3所示。圖中, 魚雷向右旋回搜索,為魚雷開(kāi)始旋回搜索點(diǎn),為魚雷旋回搜索中心, 大圓半徑為旋回中心至魚雷搜索扇面的最大距離。則以為圓心, 以為半徑的圓就是魚雷初始搜索形成的射擊禁區(qū)。

圖3 火箭助飛魚雷初始搜索段禁區(qū)

Fig. 3 Forbidden zone of a RAT in initial search phase

2.2 追蹤段射擊禁區(qū)建模

追蹤段射擊禁區(qū)是由于魚雷追蹤目標(biāo)過(guò)程跟蹤可能危及己方目標(biāo)的區(qū)域。典型的魚雷追蹤彈道有尾追式彈道、固定提前角彈道以及比例導(dǎo)引彈道等。采用不同的追蹤彈道, 魚雷從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)至與目標(biāo)相遇所耗費(fèi)的時(shí)間也不同。一般情況下, 尾追式彈道所耗費(fèi)的時(shí)間最多。相應(yīng)地, 采用尾追式彈道魚雷追蹤目標(biāo)的航程最遠(yuǎn), 形成的追蹤段射擊禁區(qū)也最大。因此, 下面以尾追式彈道為例分析火箭助飛魚雷追蹤段的射擊禁區(qū)。

魚雷從初始搜索段轉(zhuǎn)入追蹤段是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程, 初始搜索段射擊禁區(qū)的遠(yuǎn)界與追蹤段射擊禁區(qū)的近界必然是相連的。因此, 求解追蹤段射擊禁區(qū)的關(guān)鍵是確定追蹤段射擊禁區(qū)的遠(yuǎn)界。追蹤段射擊禁區(qū)的遠(yuǎn)界是魚雷追蹤至與目標(biāo)相遇時(shí)距離旋回中心的最大可能距離。

(4)

圖4 追蹤段彈道初始狀態(tài)

Fig. 4 Initial trajectory situation in pursuit phase

2.3 再搜索段射擊禁區(qū)建模

若魚雷在追蹤過(guò)程中丟失目標(biāo), 則進(jìn)入再搜索段。根據(jù)丟失目標(biāo)時(shí)的不同態(tài)勢(shì), 再搜索彈道可能采用不同的搜索策略。典型的再搜索策略如下: 魚雷從當(dāng)前位置向丟失目標(biāo)方向直航搜索, 到達(dá)目標(biāo)丟失位置時(shí), 轉(zhuǎn)入環(huán)形搜索。

魚雷再搜索彈道的2種極端情況是: 1) 魚雷剛開(kāi)始進(jìn)入追蹤彈道即丟失目標(biāo); 2) 魚雷追蹤目標(biāo)至雷目相遇時(shí)丟失目標(biāo)。顯然, 在這2種極端情況下形成的再搜索段射擊禁區(qū)的區(qū)域最大。本文以典型的再搜索策略為例建立再搜索射擊禁區(qū)模型。

魚雷再搜索段射擊禁區(qū)建模的重點(diǎn)是確定射擊禁區(qū)的遠(yuǎn)界。魚雷采取典型搜索策略時(shí), 2種極端情況下魚雷再搜索時(shí)的環(huán)形搜索初始點(diǎn)都是目標(biāo)丟失位置點(diǎn)。顯然, 情況2目標(biāo)丟失位置點(diǎn)離魚雷初始搜索旋回中心距離比情況1遠(yuǎn), 因此, 其形成的再搜索射擊禁區(qū)遠(yuǎn)界也更遠(yuǎn)。

假設(shè)魚雷追蹤目標(biāo)過(guò)程中, 剛好在即將與目標(biāo)相遇的時(shí)刻丟失目標(biāo)。如圖6所示, 根據(jù)追蹤段禁區(qū)分析, 魚雷最不利情況下可追蹤至點(diǎn)時(shí)與目標(biāo)相遇。為簡(jiǎn)化起見(jiàn), 假設(shè)魚雷追蹤至點(diǎn)時(shí)丟失目標(biāo), 則魚雷在點(diǎn)開(kāi)始近距離丟失目標(biāo)后的環(huán)形再搜索。

則

(7)

根據(jù)式(1)~式(7), 代入相關(guān)參數(shù)可得

(9)

火箭助飛魚雷水下射擊禁區(qū)如圖7所示。圖中: 最內(nèi)圈為魚雷初始搜索段形成的禁區(qū); 中間網(wǎng)格狀陰影部分圓環(huán)為魚雷追蹤段形成的射擊禁區(qū)增量; 最外環(huán)橫紋狀陰影部分為魚雷再搜索段形成的射擊禁區(qū)增量。

3 仿真結(jié)果與分析

根據(jù)式(9), 代入不同參數(shù)即可計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的火箭助飛魚雷射擊禁區(qū)半徑。

3.1 射擊禁區(qū)半徑與自導(dǎo)作用距離的關(guān)系

3.2 射擊禁區(qū)半徑與潛艇最大航速的關(guān)系

3.3 射擊禁區(qū)半徑與自導(dǎo)扇面半角的關(guān)系

3.4 射擊禁區(qū)半徑與魚雷航速的關(guān)系

3.5 射擊禁區(qū)半徑與魚雷環(huán)形搜索半徑的關(guān)系

3.6 水下射擊禁區(qū)的簡(jiǎn)化計(jì)算

根據(jù)以上仿真分析可知, 火箭助飛魚雷水下射擊禁區(qū)的主要影響因素為魚雷自導(dǎo)作用距離、魚雷航速以及潛艇最大航速, 魚雷環(huán)形搜索半徑及魚雷自導(dǎo)搜索扇面半角對(duì)射擊禁區(qū)影響很小, 并且水下射擊禁區(qū)隨和的增大而增大。因此, 從不利角度考慮, 只要取和的上限值即可簡(jiǎn)化水下射擊禁區(qū)的計(jì)算。

4 結(jié)束語(yǔ)

射擊禁區(qū)對(duì)火箭助飛魚雷的安全使用具有重要意義。本文建立了火箭助飛魚雷水下射擊禁區(qū)的計(jì)算模型, 并進(jìn)行了仿真計(jì)算。仿真結(jié)果表明,魚雷自導(dǎo)作用距離、魚雷航速以及潛艇最大航速是影響射擊禁區(qū)大小的主要因素。實(shí)際應(yīng)用時(shí), 可進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化。

[1] 崔少波, 賈躍, 趙學(xué)濤, 等. 自導(dǎo)魚雷射擊禁區(qū)研究[J]. 魚雷技術(shù), 2008, 16(2): 52-55. Cui Shao-bo, Jia Yue, Zhao Xue-tao, et al. Study on Shooting Forbidden Zone of Homing Torpedo[J]. Torpedo Technology, 2008, 16(2): 52-55.

[2] 姜?jiǎng)P峰, 周明, 門金柱. 火箭助飛魚雷作戰(zhàn)使用中直升機(jī)安全問(wèn)題初探[J]. 魚雷技術(shù), 2010, 18(1): 72-75. Jiang Kai-feng, Zhou-Ming, Men Jin-zhu. Discussion on Helicopter Security in Operational Application of Rocket Assisted Torpedo[J]. Torpedo Technology, 2010, 18(1): 72-75.

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(責(zé)任編輯: 許 妍)

Modeling and Simulation of Underwater Shooting Forbidden Zone for Rocket Assisted Torpedo

LIN Zong-xiang, ZHOU Ming, SUN Yong-kan, GAO Dong-fei

(1.Operational Software and Simulation Research Institute, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China; 2.Department of Underwater Weaponry and Chemical Defense, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China; 3. 91278Unit, The People′s Liberation Army of China, Dalian 116018, China)

The definition of rocket assisted torpedo (RAT) shooting forbidden zone and the division principle are given. Accordingly, the calculation models of shooting forbidden zones in initial searching phase, pursuing phase and re-searching phase of a rocket assisted torpedo are built by considering the characteristic of its underwater trajectory. The influences of some factors on the shooting forbidden zones are analyzed via simulation, and the result indicates that the torpedo homing distance and velocity, as well as the maximum velocity of target, are the key influencing factors. Further, the expression of RAT underwater shooting forbidden zone is simplified according to infaust instance.

rocket assisted torpedo; underwater shooting forbidden zone

TJ631.8

A

1673-1948(2013)03-0213-06

2012-12-19;

2013-01-09.

林宗祥(1984-), 男, 在讀博士, 研究方向?yàn)樗媾炌Х礉撟鲬?zhàn)輔助決策.