雙速制聲自導(dǎo)魚雷射擊提前角及變速時機研究*

胡宏燦，周明，寇祝，林宗祥

（海軍大連艦艇學院，遼寧大連116018）

雙速制聲自導(dǎo)魚雷射擊提前角及變速時機研究*

胡宏燦，周明，寇祝，林宗祥

（海軍大連艦艇學院，遼寧大連116018）

雙速制聲自導(dǎo)魚雷直航搜索階段速度的變化給射擊提前角的計算帶來了新的挑戰(zhàn)，通過對雙速制魚雷直航搜索階段速度配置策略的分析，提出了特定戰(zhàn)位條件下雙速制魚雷射擊有利提前角范圍的概念，建立了在選定射擊提前角的前提下魚雷變速時機的計算模型，仿真結(jié)果表明此方法思路清晰、步驟簡單，結(jié)論合理，為雙速制聲自導(dǎo)魚雷有利提前角和變速時機計算作了理論探討，具有一定的實用價值。

雙速制魚雷，變速時機，有利提前角

0 引言

輕型智能聲自導(dǎo)魚雷是針對淺水近岸復(fù)雜水文環(huán)境研制開發(fā)的新型反潛武器，攻潛過程速度可變是此類魚雷的一大技術(shù)特征。魚雷速制的變化，可有效提高魚雷航程、增加魚雷攻潛隱蔽性，為魚雷的作戰(zhàn)使用提供了更加靈活的方式。同時，攻潛過程中魚雷速度的變化將直接影響魚雷總航程、自導(dǎo)作用距離等關(guān)鍵技術(shù)戰(zhàn)術(shù)參數(shù)，針對單速制魚雷建立的發(fā)射諸元解算模型已不再適用變速制魚雷，分析魚雷變速時機和提前角的關(guān)系、建立魚雷發(fā)射提前角和魚雷變速時機計算模型是雙速制魚雷作戰(zhàn)使用的基礎(chǔ)性問題，也是國產(chǎn)新式魚雷亟需研究的戰(zhàn)術(shù)熱點問題。

1 雙速制聲自導(dǎo)魚雷射擊提前角分析

1.1 魚雷發(fā)射有利提前角原理及雙速制魚雷基本變速策略

根據(jù)魚雷反潛基礎(chǔ)理論，在特定陣位態(tài)勢，射擊條件確定的情況下能夠使魚雷最大程度地遮蓋目標散布的魚雷發(fā)射角度，稱為魚雷發(fā)射有利提前角［1-2］。有利提前角的計算是魚雷反潛最重要的戰(zhàn)術(shù)任務(wù)之一，雙速制魚雷發(fā)射仍然要遵循這一指導(dǎo)性理論。

魚雷配置多速制功能的使用原則就是低速搜索捕獲目標、高速追蹤摧毀目標，多速制魚雷在遠距離實施反潛攻擊時，低速搜索可減小魚雷自身輻射噪聲、敵潛艇魚雷報警距離，同時增加魚雷自導(dǎo)作用距離和航程，提高魚雷攻擊的隱蔽性，有利于對目標的捕獲，故直航搜索段的前期，通常使用低速航行；在雷目距離達到某個閾值時，或魚雷捕獲到目標時，轉(zhuǎn)為高速航行，以保證對目標的快速鎖定和跟蹤，以上即為多速制魚雷速度配置基本策略［3-4］，攻潛陣位態(tài)勢如圖1所示。當魚雷速度變化時，直航搜索階段魚雷平均速度將隨著變速時機的不同而不同，針對單速制魚雷建立的有利提前角計算模型將不再適用。

1.2 雙速制魚雷射擊有利提前角特點分析

以美國某型雙速制魚雷為例，低速航行速度為36 kn，高速為45 kn，假設(shè)當直航段魚雷全程低速36 kn航行時，對應(yīng)的有利提前角為φa1，直航段魚雷全程高速45 kn航行時，對應(yīng)的有利提前角為φa2，如果直航段使用了變速策略，那么無論何時變速，有利提前角將落在φa1～φa2之間，如圖2所示。即雙速制魚雷直航搜索階段使用變速策略時，提前角將不再是個定值，而是一個角度范圍，在此角度范圍區(qū)間內(nèi)，每一個提前角與直航段的特定魚雷平均速度相對應(yīng)，而每一個平均速度與一個魚雷變速時機相對應(yīng)。綜上可知，在一定的戰(zhàn)位態(tài)勢下，雙速制魚雷有利提前角范圍可使用單速制魚雷有利提前角解析計算方法求出，根據(jù)此時艦艇運動參數(shù)，在此范圍內(nèi)選擇適當?shù)挠欣崆敖呛螅瑔栴}將轉(zhuǎn)化為雙速制魚雷直航搜索段變速時機計算問題。

圖1 雙速制魚雷攻潛態(tài)勢圖

圖2 雙速制魚雷提前角范圍示意圖

圖3 單速制魚雷提前角計算陣位圖

2 雙速制聲自導(dǎo)魚雷有利提前角及變速時機計算模型

2.1 雙速制魚雷有利提前角范圍計算模型

由以上分析可知，特定陣位條件下提前角將是個角度范圍，而全程高速和全程低速分別對應(yīng)這個角度范圍的兩個極值。假設(shè)雙速制魚雷低速為Vd，魚雷低速自導(dǎo)作用距離為r1，魚雷高速為Vg，魚雷高速自導(dǎo)作用距離r2，魚雷自導(dǎo)扇面半角為λ，實施反潛攻擊時，敵潛艇航速為Vm，射距為D，敵舷角為Qm，以魚雷目標相對移動線平分極限角為條件，由圖3單速制聲自導(dǎo)魚雷反潛陣位態(tài)勢圖幾何關(guān)系可建立魚雷有利提前角計算模型：

式中Ф1，Ф2：魚雷和目標相對移動線平分魚雷自導(dǎo)扇面極限角的角度值；β：雷目連線和魚雷扇面中心目標連線之間的夾角；θ：魚雷航向與目標航向之間的夾角；

分別使用魚雷高速和低速技術(shù)戰(zhàn)術(shù)指標參數(shù)帶入式（1）～式（6），使用解析迭代法可分別求出全程高速和全程低速分別對應(yīng)的提前角φa1、φa2［1］。

2.2 提前角選定條件下的變速時機計算模型

以目標潛艇當前位置為原點，潛艇航向為X軸，建立笛卡爾坐標系，如圖1所示，則潛艇和魚雷的實時位置可表示為：

潛艇實時位置：

Xm為潛艇橫坐標；Ym為潛艇縱坐標；

假設(shè)魚雷發(fā)射提前角選定為φa∈［φa1，φa2］，魚雷實時位置：

XT為魚雷橫坐標；YT為魚雷縱坐標；

在提前角為φa時，設(shè)對應(yīng)的變速時刻為t1，則t1時刻的魚雷位置T’：

t1時刻的目標位置M’：

t1時刻雷目相距距離：

t1時刻敵舷角為：

也即在變速點t1時刻，魚雷、目標形成了一個新的戰(zhàn)位態(tài)勢圖，以魚雷高速技戰(zhàn)術(shù)數(shù)指標帶入式（1）～式（6），可求得此態(tài)勢下的提前角φ'a，而為了保證變速前后魚雷航向不變，由圖1可知，必須滿足以下關(guān)系式：

式（13）即為在魚雷提前角為φa時變速時機計算的約束條件。

2.3 模型迭代求解步驟

使用迭代法求解以上方程組，仿真計算時提前角φa在區(qū)間［φa1，φa2］內(nèi)變化，仿真步長設(shè)為0.2°；在每一個提前角下，變速時刻t從0開始變化，仿真步長設(shè)為10 s，解出的值，直到此值小于一個閾值為止，則此時對應(yīng)的t1就為當前提前角下魚雷應(yīng)該低速航行時間，也即在特定提前角φa下魚雷變速時機。解算流程圖如圖4所示。

圖4 特定提前角下魚雷變速時機計算仿真流程圖

3 仿真數(shù)據(jù)分析

3.1 計算結(jié)果

以美國某型雙速制魚雷為例，在射距DS=10000m，敵舷角Qm=45°，魚雷低速Vd=36 kn，魚雷低速自導(dǎo)作用距離r1=2 000 m，魚雷高速Vg=45 kn，魚雷高速自導(dǎo)作用距離r2=1 500 m，魚雷自導(dǎo)扇面半角λ=45°，敵航速Vm=12 kn的情況下仿真計算結(jié)果如表1所示。

表1 仿真結(jié)果

3.2 數(shù)據(jù)分析

在以上戰(zhàn)位態(tài)勢和魚雷技術(shù)參數(shù)條件下，可選擇的魚雷發(fā)射角度范圍為9.7°～11.7°，仿真時提前角以0.2°步進，使用迭代的方法，時間步長設(shè)置為10 s，可計算出每個提前角下魚雷低速航行時間，也即變速時機。仿真數(shù)據(jù)驗證了變速時機隨提前角的增大而延后這一先驗規(guī)律，但是變速時機并不隨提前角成線性變化關(guān)系。

3.3 提前角選擇一般規(guī)律

在魚雷技戰(zhàn)術(shù)指標一定、陣位態(tài)勢確定的情況下，魚雷發(fā)射提前角的選擇涉及到魚雷變速具體策略，這是另一魚雷戰(zhàn)術(shù)熱點問題，需要考慮潛艇水聲對抗、機動原則和魚雷再搜索彈道等具體問題，這里僅分析一下提前角選擇的一般規(guī)律。根據(jù)反潛理論，當使用較小提前角發(fā)射時（意味著魚雷變速時機早），接敵速度快，目標散布區(qū)域小，魚雷自導(dǎo)扇面遮蓋目標散布區(qū)域大，捕獲概率相對較高，也即變速時機提前，可以提高魚雷的捕獲概率；但是考慮到目前潛艇都有完善的水聲對抗措施，潛艇在發(fā)現(xiàn)有來襲魚雷時，會作出相應(yīng)的對抗。這樣一來，在雷目預(yù)定相遇點捕獲到目標的概率會降低，在這種情況下為了提高命中概率，魚雷需要留有較大的剩余航程才能實施再搜索彈道、反對水聲抗措施。綜上分析可知，提前角的選擇在考慮雷目預(yù)定相遇點捕獲概率的同時，還要兼顧剩余航程的保留，這一戰(zhàn)術(shù)博弈問題還需要進一步深入研究。

4 結(jié)束語

本文從雙速制魚雷攻潛特點分析入手，論證了提前角和變速時機的關(guān)系，提出了多速制魚雷有利提前角范圍的概念，這一概念的提出增加了水面艦艇攻潛戰(zhàn)術(shù)使用的靈活性；建立了雙速制魚雷提前角和變速時刻計算模型，在特定戰(zhàn)場態(tài)勢下進行了仿真計算，結(jié)果表明此方法概念清晰，計算簡單，結(jié)論合理可信，為雙速制聲自導(dǎo)魚雷有利提前角和變速時刻的計算做了有益的探討。文中提到的方法和思路對多速制魚雷提前角及變速時機計算問題也有一定的借鑒作用。

［1］孟慶玉，張靜遠.魚雷作戰(zhàn)效能分析［M］.第1版.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［2］賈躍，李鐵，李文哲.反潛理論基礎(chǔ)［M］.第1版.大連：海軍大連艦艇學院，2007.

［3］趙正業(yè).潛艇魚雷攻擊［M］.北京：海軍司令部，1993.

［4］吳和聲，徐杏欽.高科技背景下的魚雷武器［J］.魚雷技術(shù)，2003，11（3）：12-18.

Study of Firing Advance Angle and Speed Changing Moment for Daul-speed Accoustic Homing Torpeto

HU Hong-can，ZHOU Ming，KOU Zhu，LIN Zong-xiang
（Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China）

In this paper,the antisubmarine characteristic of daul-speed accoustic homing torpedo in target searching sectionis analysed firstly，a conception of advance angle range is presented according to speed changing in straight-running segment，then the caculation model of speed changing moment is structured based on the course stay the same befor and after the torpedo speed changing，F(xiàn)inally the mathematical model is emulated using the iterative method and the result show that the model is reasonalble and convenient.

daul-speed torpeto，opportune moment of speed changing，advance angle

TJ630；E843

A

1002-0640（2015）02-0115-03

2013-12-05

2014-01-24

全軍研究生課題基金資助項目（2010JY0719-416）

胡宏燦（1975-），男，山東人，在讀博士。研究方向：魚雷反潛和嵌入式技術(shù)。