大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面分析

吳福初，石文星，吳杰

（海軍航空工程學(xué)院a.指揮系；b.研究生管理大隊(duì)，山東煙臺(tái)264001）

大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面分析

吳福初a，石文星b，吳杰a

（海軍航空工程學(xué)院a.指揮系；b.研究生管理大隊(duì)，山東煙臺(tái)264001）

根據(jù)潛艇魚雷攻擊海上活動(dòng)目標(biāo)的特點(diǎn)，在建立潛艇魚雷攻擊陣位計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合潛艇魚雷性能，計(jì)算給出了航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面，為航渡過程中編隊(duì)指揮員如何優(yōu)化近程反潛兵力的配置提供了依據(jù)。

魚雷攻擊；威脅扇面；大型艦船；海上航渡

潛艇水下威脅是大型艦船海上航渡過程中面臨的最大威脅之一[1]。本文以大型艦船遠(yuǎn)海防衛(wèi)作戰(zhàn)為背景，針對(duì)航渡過程中如何構(gòu)建大型艦船近程反潛屏障，確保大型艦船免遭潛艇魚雷攻擊的問題，在建立潛艇魚雷攻擊海上活動(dòng)目標(biāo)極限占位舷角、魚雷最大有效射距模型，計(jì)算魚雷攻擊陣位的基礎(chǔ)上，從為編隊(duì)指揮員配置大型艦船近程反潛兵力提供依據(jù)的目的出發(fā)，對(duì)航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面進(jìn)行了研究。提出了航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面的概念，并給出了大型艦船受典型潛艇魚雷攻擊威脅扇面的大小，為編隊(duì)指揮員優(yōu)化大型艦船近程反潛兵力的配置提供了依據(jù)。

1 潛艇魚雷攻擊陣位分析

潛艇魚雷攻擊陣位[2]，是指潛艇對(duì)目標(biāo)實(shí)施魚雷攻擊時(shí)，其與目標(biāo)的相對(duì)位置，由潛艇魚雷攻擊舷角α和最大有效射距D表征。

1.1 潛艇魚雷攻擊可占位舷角計(jì)算模型

潛艇魚雷攻擊可占位舷角，是指潛艇采用一定速度機(jī)動(dòng)，能占領(lǐng)魚雷攻擊陣位條件下，其相對(duì)于目標(biāo)的初始舷角。顯然，在潛艇水下航速大于目標(biāo)航速下，潛艇可在任意舷角，通過機(jī)動(dòng)成功占位，對(duì)目標(biāo)實(shí)施魚雷攻擊[3]。而當(dāng)潛艇航速小于目標(biāo)航速時(shí)，潛艇只能在目標(biāo)航向前方的一定舷角范圍內(nèi)成功占領(lǐng)魚雷攻擊陣位，對(duì)目標(biāo)實(shí)施魚雷攻擊。根據(jù)潛艇魚雷攻擊海上活動(dòng)目標(biāo)的特點(diǎn)[4]，潛艇魚雷攻擊可占位舷角由潛艇魚雷攻擊可占位臨界角和占位增角構(gòu)成。

1.1.1 潛艇魚雷攻擊可占位臨界角

潛艇魚雷攻擊可占位臨界角ε，是指在潛艇航速小于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度條件下，潛艇全速航行能夠與目標(biāo)相遇，所能占領(lǐng)的最大目標(biāo)舷角，見圖1。

圖1 潛艇魚雷攻擊可占位臨界角示意圖Fig.1 Schematic diagram of submarine torpedo attack possible occupying critical angle

由速度三角形[5]可知，若潛艇與目標(biāo)有唯一相遇點(diǎn)，則潛艇的航向?yàn)榇怪庇跐撏ё畲笏俣葓A切線的方向。由此可得

式中：ε為潛艇魚雷攻擊可占位臨界角；v潛為潛艇最大接敵速度；v航為目標(biāo)航渡速度。

1.1.2 潛艇魚雷攻擊占位增角

實(shí)際作戰(zhàn)過程中，潛艇對(duì)目標(biāo)實(shí)施魚雷攻擊時(shí)，并不需要潛艇本身與目標(biāo)相遇，而只需潛艇占領(lǐng)魚雷攻擊陣位，即可對(duì)目標(biāo)實(shí)施攻擊。因此，實(shí)際對(duì)抗過程中，魚雷的有效射程能夠擴(kuò)大潛艇實(shí)際的占位攻擊范圍，從而形成了潛艇魚雷攻擊目標(biāo)的占位增角。

潛艇魚雷攻擊占位增角Δε，是指潛艇對(duì)目標(biāo)實(shí)施魚雷攻擊時(shí)，魚雷最大有效航程所能擴(kuò)大的潛艇可占位舷角，見圖2。

圖2 潛艇占位增角示意圖Fig.2 Schematic diagram of submarine torpedo add angle

設(shè)某時(shí)刻潛艇位于目標(biāo)右舷，沿垂直于潛艇最大速度圓切線MA的航向航行，并在P點(diǎn)對(duì)位于點(diǎn)N的目標(biāo)實(shí)施魚雷攻擊。如果魚雷航行完最大有效航程R魚時(shí)，恰好于C點(diǎn)命中目標(biāo)，則潛艇航向反向延長(zhǎng)線有一點(diǎn)Q，使?jié)撏軌蛟赒點(diǎn)上通過接敵機(jī)動(dòng)，占領(lǐng)點(diǎn)P對(duì)目標(biāo)進(jìn)行魚雷攻擊。此時(shí)，潛艇所處的舷角，即為潛艇對(duì)目標(biāo)實(shí)施魚雷攻擊的可占位最大舷角。

設(shè)某時(shí)刻潛艇與目標(biāo)之間的距離MQ為S，從點(diǎn)N（潛艇占領(lǐng)攻擊陣位時(shí)，目標(biāo)所在位置點(diǎn)）分別作平行于直線QC、MA的輔助線NE和NF，并連接EQ和NP。

在極限射擊三角形△PNC中，可得

在△NFC中可得

由圖2可知，QA=PF；而

在△MQA中可得潛艇魚雷攻擊占位增角Δε為

1.1.3 潛艇魚雷攻擊可占位極限舷角

潛艇魚雷攻擊可占位極限舷角ρ，是指潛艇以最大航速通過接敵機(jī)動(dòng)，能夠占領(lǐng)魚雷攻擊陣位，對(duì)目標(biāo)實(shí)施魚雷攻擊的最大初始目標(biāo)舷角，見圖2。

由圖2可知，潛艇魚雷攻擊可占位極限舷角ρ為

由式（6）可看出，當(dāng)潛艇水下航速低于目標(biāo)航速情況下，潛艇實(shí)施魚雷攻擊的極限可占位角ρ，取決于目標(biāo)的航速v航、潛艇水下接敵速度v潛、魚雷航速v魚、魚雷最大有效航程R魚及潛艇與目標(biāo)間的距離S。

1.2 潛艇魚雷最大有效射距計(jì)算模型

潛艇魚雷最大有效射距D，是指潛艇攻擊海上活動(dòng)目標(biāo)時(shí)，其發(fā)射的魚雷恰好在其最大有效航程上與目標(biāo)相遇的情況下，潛艇與目標(biāo)之間的距離。由于魚雷在水中航行的速度較小，通常不能忽略魚雷航行過程中目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)[8]，從而造成潛艇位于不同舷角時(shí)，其魚雷的最大有效射距不同。因此，要計(jì)算潛艇對(duì)海上活動(dòng)目標(biāo)實(shí)施魚雷攻擊的陣位，必須對(duì)潛艇位于目標(biāo)不同舷角時(shí)，其魚雷的最大有效射距進(jìn)行求解。

設(shè)某時(shí)刻目標(biāo)位于點(diǎn)M，以速度v航沿MC方向運(yùn)動(dòng)，潛艇位于目標(biāo)右舷，雙方在各自運(yùn)動(dòng)過程中始終保持航向、航速不變。設(shè)潛艇于Q點(diǎn)占領(lǐng)攻擊陣位，其發(fā)射的魚雷以速度v魚，沿QC方向運(yùn)動(dòng)，且恰好航行完最大有效航程R魚（通常取魚雷最大航程的80%）于C點(diǎn)命中目標(biāo)，則D為潛艇位于該舷角上魚雷的最大有效射距，α為潛艇發(fā)射魚雷時(shí)的攻擊舷角。見圖3。

圖3 魚雷射擊三角形Fig.3 Torpedo firing triangle

由圖3所示的魚雷射擊三角形[5]可得

即在魚雷實(shí)際航程不大于其最大有效航程的條件下，當(dāng)目標(biāo)航程與魚雷航程的比值和目標(biāo)航速與魚雷航速的比值相等時(shí)，魚雷可命中目標(biāo)。

在射擊三角形△MQC中，由正弦定理得：

由式（8）可得潛艇位于不同攻擊舷角時(shí)，其魚雷攻擊目標(biāo)的最大有效射距D為：

2 大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面

大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面，是指潛艇能夠?qū)蕉芍写笮团灤瑢?shí)施魚雷攻擊的區(qū)域，是一定條件下潛艇所能占領(lǐng)魚雷攻擊陣位的集合。其大小由大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面角和潛艇魚雷最大有效射距確定。計(jì)算和分析大型艦船受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面，是大型艦船航渡過程中，編隊(duì)指揮員確定近程反潛區(qū)兵力配置，構(gòu)建大型艦船近程反潛屏障的前提和基本依據(jù)。

2.1 目標(biāo)受潛艇魚雷攻擊威脅扇面角計(jì)算模型

目標(biāo)受潛艇魚雷攻擊威脅扇面角θ，是指潛艇在其極限占位角范圍內(nèi)，通過機(jī)動(dòng)能夠占領(lǐng)魚雷攻擊陣位對(duì)目標(biāo)實(shí)施魚雷攻擊時(shí)，目標(biāo)受潛艇魚雷攻擊威脅的最大角度，見圖4（圖中陰影部分即為目標(biāo)受潛艇魚雷攻擊威脅扇面）。

圖4 目標(biāo)受潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.4 Schematic diagram of the threat sector of target by enemy submarine torpedo

由圖4可知：潛艇魚雷攻擊的最大舷角α′為

在△NFC中，而，因此，

航渡中目標(biāo)受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面角θ為

由式（13）可以看出，航渡過程中目標(biāo)受潛艇魚雷攻擊威脅扇面角的大小，由潛艇接敵的最大航速v潛、目標(biāo)航渡速度v航以及潛艇魚雷航速v魚決定。

2.2 大型艦船受典型潛艇魚雷攻擊威脅扇面

2.2.1 大型艦船受攻擊型核潛艇魚雷攻擊威脅扇面

核動(dòng)力攻擊型潛艇具有水下航速高、持續(xù)航行時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)[7]，其水下航速通常大于大型艦船編隊(duì)的航渡速度[8]。從理論上講，大型艦船編隊(duì)航渡過程中，核動(dòng)力攻擊型潛艇可以通過機(jī)動(dòng)，從任意舷角對(duì)大型艦船實(shí)施魚雷攻擊。依據(jù)構(gòu)建的大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面計(jì)算模型，結(jié)合典型核動(dòng)力攻擊型潛艇及其魚雷性能，得出大型艦船采用18 kn航速時(shí)，受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面如圖5所示。

圖5 大型艦船受核動(dòng)力攻擊型潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.5 Schematic diagram of the threat sector of the large ship byAmerican nuclear-powered attack submarine torpedo

由圖5可以得出如下結(jié)論：

1）航渡過程中，大型艦船受到核動(dòng)力攻擊型潛艇全方位魚雷攻擊的威脅。要消除核動(dòng)力攻擊型潛艇魚雷攻擊對(duì)大型艦船的威脅，編隊(duì)反潛兵力必須以大型艦船為中心實(shí)施全方位防御。[9]

2）航渡過程中，位于不同舷角的潛艇對(duì)大型艦船實(shí)施魚雷攻擊的最大有效射距不同，編隊(duì)指揮員可根據(jù)不同舷角上潛艇魚雷最大有效射距的不同，合理確定反潛兵力的前出距離，從而優(yōu)化兵力的配置，提高反潛兵力的反潛作戰(zhàn)能力和效果。

2.2.2 大型艦船受常規(guī)動(dòng)力潛艇魚雷攻擊威脅扇面

與核動(dòng)力攻擊型潛艇相比，常規(guī)動(dòng)力潛艇水下航速低，持續(xù)航行能力弱[10]。結(jié)合現(xiàn)階段各國(guó)海軍常規(guī)動(dòng)力潛艇及其魚雷性能，依據(jù)構(gòu)建的大型艦船受潛艇魚雷攻擊扇面計(jì)算模型，得出大型艦船采用18 kn航速時(shí)，受潛艇魚雷攻擊威脅扇面如圖6～9所示。

圖6 大型艦船受“A”級(jí)潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.6 Schematic diagram of the threat sector of the large ship by“A”class submarine torpedo

圖7 大型艦船受“B”級(jí)潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.7 Schematic diagram of the threat sector of the large ship by“B”class submarine torpedo

圖8 大型艦船受“C“級(jí)潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.8 Schematic diagram of the threat sector of the large ship by“C”class submarine torpedo

圖9 大型艦船受“D”級(jí)潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.9 Schematic diagram of the threat sector of the large ship by“D”class submarine torpedo

由以上分析可知，與核動(dòng)力攻擊型潛艇相比，常規(guī)動(dòng)力潛艇對(duì)大型艦船實(shí)施魚雷攻擊的威脅扇面較小，主要威脅方向?yàn)榇笮团灤较虻那胺?。?zhàn)時(shí)，編隊(duì)指揮員可根據(jù)常規(guī)動(dòng)力潛艇的主要威脅方向和威脅扇面大小，合理而有重點(diǎn)地配置警戒兵力。

3 結(jié)束語

本文以大型艦船編隊(duì)遠(yuǎn)海防衛(wèi)作戰(zhàn)為背景，以航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面為研究?jī)?nèi)容，在建立潛艇魚雷攻擊陣位計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，對(duì)航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面進(jìn)行了深入的研究。提出了航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面的概念，并給出了大型艦船受典型潛艇魚雷攻擊威脅扇面的大小，可為大型艦船編隊(duì)指揮員優(yōu)化兵力配置提供決策支持和參考。

[1]吳福初，叢紅日，盛文平，等.直升機(jī)使用吊放聲納檢查反潛兵力需求模型[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，26（3）：347-350. WU FUCHU，CONG HONGRI，SHENG WENPING，et al.Force requirement model of helicopter checking-antisubmarine using dipping sonar[J].Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University，2011，26（3）：347-350.（in Chinese）

[2]于雪泳，李長(zhǎng)軍.潛艇占領(lǐng)射擊陣位的繪算和計(jì)算方法研究[J].艦船電子工程，2012，32（8）：37-38. YU XUEYONG，LI CHANGJUN.Research on plotting and calculating method of submarine occupy fire position [J].Ship Electronic Engineering，2012，32（8）：37-38.（in Chinese）

[3]李冬梅，王樹宗.潛艇發(fā)射魚雷的可攻性問題研究[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2004，26（4）：54-56. LI DONGMEI，WANG SHUZONG.A study on the assaultable problem of submarine torpedoing[J].Ship Science and Technology，2004，26（4）：54-56.（in Chinese）

[4]譚安勝，韓小虎，柏耀平.驅(qū)護(hù)艦編隊(duì)對(duì)潛防御作戰(zhàn)兵力運(yùn)用[J].火力與指揮控制，2005，30（7）：34-37. TAN ANSHENG，HAN XIAOHU，BAI YAOPING.Operational strength application of defence against submarine of destroyer and frigate formation[J].Fire Control and Command Control，2005，30（7）：34-37.（in Chinese）

[5]嚴(yán)代彪，王樹宗，李俊年.潛艇魚雷攻擊時(shí)占位機(jī)動(dòng)參數(shù)的確定[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，29（3）：339-341. YAN DAIBIAO，WANG SHUZONG，LI JUNNIAN.Calculation of maneuver parameters of submarine shooting torpedoing[J].Journal of Wuhan University of Technology，2005，29（3）：339-341.（in Chinese）

[6]黃文斌，劉劍，吳文龍.潛艇對(duì)水面艦艇編隊(duì)威脅判斷[J].火力與指揮控制，2011，36（4）：92-96. HUANG WENBIN，LIU JIAN，WU WENLONG.Threat judge of submarine aiming at surface ship formation[J]. Fire Control and Command Control，2011，36（4）：92-96.（in Chinese）

[7]丁松林，杜源.編隊(duì)對(duì)潛防御及效能評(píng)估[J].情報(bào)指揮控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)，2005，27（5）：49-51. DING SONGLIN，DU YUAN.Formation anti-submarine defense and its efficiency evaluation[J].Information Command Control System&Simulation Technology，2005，27（5）：49-51.（in Chinese）

[8]吳昊，郭萬海.護(hù)航編隊(duì)反潛方法研究及其效能評(píng)估[J].艦船電子工程，2008，28（9）：63-64. WU HAO，GUO WANHAI.Research on the method of anti-submarine for formation of ships in the course of escort and its efficiency evaluating[J].Ship Electronic Engineering，2008，28（9）：63-64.（in Chinese）

[9]叢紅日，肖明強(qiáng)，李韜，等.大型艦艇編隊(duì)反潛模型研究[J].艦船電子工程，2012，32（5）：40-42. CONG HONGRI，XIAO MINGQIANG，LI TAO，et al. Research on antisubmarine model of aircraft carrier formation[J].Ship Electronic Engineering，2012，32（5）：40-42.（in Chinese）

[10]張磊，朱琳，顧欣.艦艇編隊(duì)艦機(jī)協(xié)同反潛警戒模型研究[J].指揮控制與仿真，2012，34（2）：18-22. ZHANG LEI，ZHU LIN，GU XIN.Guard model of naval ship formation antisubmarine research in the surface ship and helicopter coordination[J].Command Control&Simulation，2012，34（2）：18-22.（in Chinese）

Threat Sector Analysis of the Large Shipby Submarine Tor pedo Attack

ThreatSe

WU Fu-chua,SHI Wen-xingb,WU Jiea

（Naval Aeronautical and Astronautical University a.Department of Command; b.Graduate Student’Brigade,Yantai Shandong 264001,China）

According to the characteristics of submarine torpedo attacking active target in marine navigation,on the basis of building the calculation model about finding attacking position of submarine torpedo and the function of submarine torpedo,the threat sector of submarine torpedo to the large ship was calculated.The result could help squadron commander to optimize configuration of short range antisubmarine troops in maritime navigation.

torpedo attack;threat sector;large ship;maritime navigation

E911

A

2014-03-04；

2014-04-10

全軍軍事學(xué)研究生課題（424124）

吳福初（1965-），男，教授，博士。

1673-1522（2014）03-0291-05

10.7682/j.issn.1673-1522.2014.03.019

book=98,ebook=98