火箭懸浮深彈攔截尾流自導(dǎo)魚雷研究

陳顏輝，孫振新

(1.江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222061;2.解放軍92330部隊(duì)，山東 青島 266102)

潛射尾流自導(dǎo)魚雷由于其制導(dǎo)方式的特殊性，傳統(tǒng)水聲對(duì)抗器材難以有效發(fā)揮防御作用，而使用普通火箭深彈也只能獲得較低的攔截概率。利用火箭助飛式懸浮深彈可在魚雷航向的前方形成一個(gè)攔截陣，深彈引信探測(cè)到魚雷經(jīng)過時(shí)便會(huì)引爆炸藥，從而摧毀來襲魚雷［1］，這種攔截方式對(duì)魚雷定位精度的要求大大降低，攔截效果也遠(yuǎn)高于普通火箭深彈。但若水面艦艇所布放的懸浮深彈陣未能準(zhǔn)確覆蓋魚雷彈道，那么攔截效果仍會(huì)大打折扣?？梢?，提高攔截效果的關(guān)鍵就是能夠確切估測(cè)來襲魚雷的彈道分布，以此為基礎(chǔ)確定懸浮深彈射擊要素并布陣攔截。

1 尾流自導(dǎo)魚雷攻擊原理

火箭懸浮深彈主要攔截處于自導(dǎo)搜索段的尾流自導(dǎo)魚雷。單純的尾流自導(dǎo)魚雷不具備線導(dǎo)導(dǎo)引功能，在捕獲目標(biāo)尾流之前，其搜索彈道是由潛艇火控系統(tǒng)在發(fā)射前預(yù)先裝定好的，彈道參數(shù)的設(shè)置取決于魚雷的使用條件和具體的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。

潛艇在實(shí)施尾流自導(dǎo)魚雷攻擊時(shí)，要先確定目標(biāo)有效尾流長(zhǎng)度。艦船尾流長(zhǎng)度與很多因素有關(guān)。實(shí)際尾流雖然長(zhǎng)，但強(qiáng)度變化很大，能夠被魚雷尾流自導(dǎo)裝置探測(cè)到的有效尾流要短得多，如在三級(jí)海況下，中型水面艦船航速為vs時(shí)，一般可按180vs估算有效尾流長(zhǎng)度。

魚雷只要在艦船有效尾流內(nèi)任何一點(diǎn)進(jìn)入，都可以認(rèn)為是成功捕獲尾流。但在實(shí)際態(tài)勢(shì)下，潛艇火控系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素的解算誤差會(huì)導(dǎo)致尾流瞄準(zhǔn)點(diǎn)出現(xiàn)散布，魚雷航行過程中的多種不確定因素也會(huì)導(dǎo)致其實(shí)際彈道與理論彈道偏離。因此，為確保魚雷能夠可靠捕獲目標(biāo)尾流，潛艇通常將瞄準(zhǔn)點(diǎn)取在有效尾流的中點(diǎn)處，如在三級(jí)海況下，一般可將距艦艇180vs/2處確定為中型水面艦船的尾流瞄準(zhǔn)點(diǎn)［2］。另外，為使尾流自導(dǎo)裝置能夠可靠識(shí)別目標(biāo)尾流邊界，通常還要求魚雷的尾流進(jìn)入角θ控制在30°～150°范圍內(nèi)。

2 尾流自導(dǎo)魚雷彈道預(yù)測(cè)

態(tài)勢(shì)想定如圖1所示:令水面艦艇以初速vs勻速直航，航行至W點(diǎn)時(shí)在右舷Xs方向上的T點(diǎn)發(fā)現(xiàn)魚雷報(bào)警，雷艦距離Dt。令魚雷航速vt、航向指向提前點(diǎn)C，期望瞄準(zhǔn)點(diǎn)C'對(duì)應(yīng)的尾流長(zhǎng)度為Ds。

圖1中，水面艦艇只要能夠測(cè)得魚雷的提前角φ就可求得魚雷的實(shí)際攻擊航向［3］。利用圖中各角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可得到關(guān)于提前角φ的表達(dá)式如下:

圖1 尾流自導(dǎo)魚雷攻擊示意圖

其中，X's為期望瞄準(zhǔn)點(diǎn)C'對(duì)應(yīng)的魚雷報(bào)警舷角;φ'為期望瞄準(zhǔn)點(diǎn)C'與提前點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的魚雷方位線夾角。

圖中的提前點(diǎn)C位于水面艦艇當(dāng)前位置點(diǎn)W的后方，在魚雷報(bào)警距離比較遠(yuǎn)的情況下，提前點(diǎn)C也可能位于W點(diǎn)的前方，這與提前角φ存在如下對(duì)應(yīng)關(guān)系:

在式(1)中，由于魚雷報(bào)警時(shí)的舷角Xs為已知，因此只要求得X's和φ'兩個(gè)變量就可得到魚雷的提前角φ。文獻(xiàn)［4］中X's和φ'的表達(dá)式分別為:

將式(2)和式(3)代入式(1)則可求得魚雷提前角φ。其中影響 φ 的自變量分別為 vs、Xs、vt、Dt、Ds，只要能夠確定這5個(gè)變量就能得到準(zhǔn)確的提前角φ，再結(jié)合雷艦距離估計(jì)值Dt就能預(yù)測(cè)出魚雷彈道。

在這5個(gè)變量中，前2個(gè)變量(vs、Xs)為實(shí)測(cè)值，均可準(zhǔn)確地獲取，而后3個(gè)變量(vt、Dt、Ds)為估測(cè)值，可能與實(shí)際值偏差相對(duì)較大，決定φ值的準(zhǔn)確程度。通過仿真分析這3個(gè)參數(shù)的影響效果可知，由vt的估測(cè)誤差所引起的魚雷彈道散布并不明顯，主要是由Dt估值引起的距離變化以及Ds估值引起的航向變化造成的魚雷彈道預(yù)測(cè)散布。在實(shí)際對(duì)抗中，水面艦艇難以更為準(zhǔn)確地估測(cè)出瞄準(zhǔn)點(diǎn)真實(shí)尾流長(zhǎng)度Ds，因此加強(qiáng)對(duì)Dt的估測(cè)精度是提高對(duì)魚雷彈道預(yù)測(cè)效果的重要途徑［5，6］。

3 火箭懸浮深彈射擊要素求解

火箭懸浮深彈投放距離一般較遠(yuǎn)，考慮到投放過程中由多種因素造成陣心偏移，其有效遮攔寬度不能完全遮蓋魚雷彈道散布扇面，就會(huì)大大降低深彈陣的攔截效能，而引起陣心偏移的最大可能因素就是對(duì)魚雷彈道的預(yù)測(cè)偏差，文獻(xiàn)［4］中給出了魚雷彈道預(yù)測(cè)散布的影響效果。在實(shí)際對(duì)抗中，將不同估測(cè)參數(shù)代入式(1)并求得魚雷彈道散布扇面后，可將扇面中心魚雷航線作為深彈布陣基準(zhǔn)來確定射擊要素——射擊提前角η和射程d，在此基礎(chǔ)上形成攔截寬度以遮蓋全部的彈道散布扇面(見圖2陰影區(qū)域)，即可實(shí)施有效攔截。

根據(jù)火箭懸浮深彈“線定位”的攔截特點(diǎn)，求解η和d時(shí)，可在固定某一要素的情況下求取另一要素，而無需像普通火箭深彈“點(diǎn)定位”攔截那樣同時(shí)求取兩要素。如圖2所示，假設(shè)火箭懸浮深彈射程d為固定值，則深彈射向與魚雷彈道夾角θ的表達(dá)式為

進(jìn)一步可求得射擊提前角η的表達(dá)式為

其中，魚雷有利提前角φ由式(1)決定。

圖2 攔截尾流自導(dǎo)魚雷布陣中心點(diǎn)示意

在火箭懸浮深彈射程d為固定值的情況下，按照式(5)調(diào)整射擊提前角η就可將懸浮深彈布放在魚雷航線上。

但是，實(shí)際對(duì)抗中按照式(5)投放的懸浮深彈能否攔截成功也是有條件的，尤其是雷艦距離Dt既不能過遠(yuǎn)也不能過近。如果魚雷報(bào)警過遠(yuǎn)，水面艦艇W點(diǎn)與魚雷航線TC之間的最短距離Dsm(即垂距)大于火箭懸浮深彈的最大射程dmax，則無法將懸浮深彈成功布放于魚雷航線上;如果魚雷報(bào)警過近，受火箭懸浮深彈從發(fā)射要素解算到入水后引信開機(jī)的延遲時(shí)間td影響，其最近攔截點(diǎn)與魚雷當(dāng)前位置點(diǎn)T之間距離Dtb小于魚雷在延遲時(shí)間內(nèi)的航程vttd，也無法構(gòu)成有效攔截。因此在滿足式(5)基礎(chǔ)上，火箭懸浮深彈能夠成功攔截來襲魚雷還應(yīng)具備以下約束條件:

4 仿真檢驗(yàn)與結(jié)果分析

假設(shè)中型水面艦艇航速vs=18kn，潛艇按照有利提前角發(fā)射尾流自導(dǎo)魚雷，魚雷航速vt=50kn，利用式(1)、式(5)和式(6)仿真并描述不同態(tài)勢(shì)下射擊提前角η隨報(bào)警舷角XW變化曲線。

圖3和圖4給出了仿真得到的部分結(jié)果，其中的深彈射距為d=1500m，對(duì)應(yīng)的延遲時(shí)間為td=15s。圖3是Ds=1200m時(shí)不同雷艦距離Dt對(duì)應(yīng)的η－XW變化曲線;圖4是Ds=400m時(shí)不同雷艦距離Dt對(duì)應(yīng)的η－XW變化曲線。

圖3 尾流長(zhǎng)度Ds較大時(shí)的η－XW變化曲線

通過仿真可以證實(shí)，按照模型計(jì)算所得射擊要素布放的火箭懸浮深彈均能準(zhǔn)確攔截來魚雷。另從仿真結(jié)果還可得出以下規(guī)律:

1)分析兩圖中η－XW曲線變化規(guī)律可知，射擊提前角η隨著雷艦距離Dt的增大而增大;當(dāng)魚雷從艏艉附近入射時(shí)η為最小值;當(dāng)魚雷從正橫附近入射時(shí)η為最大值。

2)分析兩圖中Dt=8000m對(duì)應(yīng)的η－XW曲線可知，當(dāng)雷艦距離Dt較大時(shí)會(huì)存在射擊盲區(qū)，魚雷彈道位置可能超出深彈攔截遠(yuǎn)界，只有進(jìn)一步提高深彈射程才能有效攔截。這種射擊盲區(qū)首先在正橫方位出現(xiàn)，隨著雷艦距離的增大而向艏艉兩側(cè)擴(kuò)展。

3)分析圖4中Dt=4000m對(duì)應(yīng)的η－XW曲線可知，當(dāng)雷艦距離Dt較小時(shí)也會(huì)存在射擊盲區(qū)，魚雷彈道位置可能超過火箭懸浮深彈攔截近界，只有進(jìn)一步降低深彈射程才能有效攔截。這種射擊盲區(qū)首先在艏艉方位出現(xiàn)，隨著雷艦距離的接近而向正橫擴(kuò)展。

圖4 尾流長(zhǎng)度Ds較小時(shí)的η－XW變化曲線

4)分析圖3中Dt=3000m對(duì)應(yīng)的η－XW曲線可知，當(dāng)雷艦距離Dt較小且瞄準(zhǔn)點(diǎn)尾流長(zhǎng)度Ds較大時(shí)，射擊提前角η可能會(huì)發(fā)生正負(fù)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這主要是由于雷艦距離較近，尾流自導(dǎo)魚雷的瞄準(zhǔn)點(diǎn)位于水面艦艇當(dāng)前位置點(diǎn)后方所致(見圖1)。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)尾流自導(dǎo)魚雷的典型攻擊方式和彈道特征，從估測(cè)魚雷彈道散布和攔截要素解算角度分析了火箭懸浮深彈運(yùn)用規(guī)律。當(dāng)敵潛艇采取不同方式發(fā)射尾流自導(dǎo)魚雷時(shí)，火箭懸浮深彈的運(yùn)用規(guī)律也必然會(huì)有所不同，例如對(duì)尾流自導(dǎo)魚雷的帶角射擊、鉗形攻擊和線導(dǎo)導(dǎo)引攻擊等特殊情形該如何實(shí)施攔截，均有待作進(jìn)一步探索。

［1］ 周明，闞榮才，孫續(xù)文．懸浮式深彈攔截尾流自導(dǎo)魚雷研究［J］．艦船科學(xué)技術(shù)，2009，31(2):80－82．

［2］ 趙正業(yè)．潛艇火控原理［M］．北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2003．

［3］ 袁志勇，周浩，吳茂林．魚雷最大航向估計(jì)在反魚雷中的應(yīng)用［J］．海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，16(2):20-23．

［4］ 陳顏輝，李海英．兩種懸浮深彈攔截尾流自導(dǎo)魚雷的應(yīng)用［J］．艦船科學(xué)技術(shù)，2011，33(1):85-87．

［5］ 陳顏輝，孫振新．水面艦艇純機(jī)動(dòng)規(guī)避尾流自導(dǎo)魚雷方法［J］．魚雷技術(shù)，2010，18(1):68-71．

［6］ 黃文斌，陳顏輝，孫振新．水面艦艇規(guī)避尾流自導(dǎo)魚雷模型［J］．火力與指揮控制，2010，35(9):120-123．