被動聲自導(dǎo)魚雷極限射距影響因素仿真分析*

許兆鵬 張亦楠 武志東 王向陽

(1.海軍潛艇學(xué)院 青島 266042)(2.91352部隊(duì) 威海 264200)

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被動聲自導(dǎo)魚雷極限射距影響因素仿真分析*

許兆鵬1張亦楠1武志東1王向陽2

(1.海軍潛艇學(xué)院 青島 266042)(2.91352部隊(duì) 威海 264200)

依據(jù)被動聲自導(dǎo)魚雷的射擊模型,建立起極限射距的表達(dá)式,進(jìn)而得出影響其值大小的主要因素。通過仿真對各影響因素進(jìn)行了定量研究,找出它們對極限射距的影響規(guī)律。此研究可為指揮員在作戰(zhàn)使用時提供必要的參考,以期充分靈活地利用研究成果,提高被動聲自導(dǎo)魚雷的命中概率。

被動聲自導(dǎo)魚雷; 極限射距; 作用距離; 目標(biāo)舷角

Class Number TP391.9

1 引言

在魚雷攻擊中適宜的射距和合適的魚雷射向是確保魚雷命中目標(biāo)的關(guān)鍵。所謂射距即發(fā)射魚雷時敵我之間的距離。有時按提前角確定的魚雷射向?qū)嵤┥鋼?并不一定都能命中目標(biāo)。這是因?yàn)轸~雷攜帶的動力能源是有限的,魚雷極限射程也是有限的,因此射距也必有限制,其最大允許值就是極限射距。如果發(fā)射魚雷時,敵我的距離大于極限射距,即便是魚雷射向合適,魚雷也不可能命中目標(biāo)。極限射距嚴(yán)格定義是“在一定射擊條件下,魚雷從發(fā)射至命中目標(biāo)所消耗的航程正好是魚雷極限射程,則發(fā)射魚雷時發(fā)射平臺與目標(biāo)之間的距離稱極限射距[1]?！?/p>

以往對魚雷極限射距的研究主要是針對直航魚雷、尾流自導(dǎo)雷和線導(dǎo)雷[2～6],目前在使用被動聲自導(dǎo)魚雷時,對極限射距的考慮還不夠充分,因此十分有必要對其進(jìn)行深入研究,從而為指揮員在使用被動聲自導(dǎo)魚雷時提供必要的參考,以確保較高的命中概率。

2 極限射距

如圖1所示,ds和Ws分別為射擊時的目標(biāo)位置點(diǎn)和發(fā)射平臺位置點(diǎn),目標(biāo)的航向?yàn)镠d,魚雷出管時的射向?yàn)镠l;θ為魚雷直航時的命中角,φ為提前角,Xds為發(fā)射魚雷時的敵舷角;CT為魚雷被動聲自導(dǎo)作用距離,用r表示,Sl1為魚雷搜索段航程,Sl2為自導(dǎo)追蹤段航程[7],Dsj為極限射距;T為魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時的位置點(diǎn)。

圖1 被動聲自導(dǎo)魚雷攻擊示意圖

在三角形WsdsC中,由余弦定理可得:

(1)

整理得:

(2)

其中m為目標(biāo)速度與魚雷速度之比。

(3)

其中,Vl為魚雷速度,Vd為目標(biāo)速度。

Sl1=Slj-Sl2

(4)

其中,Slj為魚雷的極限射程。Sl2有明確的表達(dá)式,即:

(5)

其中,Xd為魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時的目標(biāo)舷角。

通過式(2)、式(4)和式(5)不難看出,被動聲自導(dǎo)魚雷的極限射距Dsj與Vd、Vl、Slj、r和Xd密切相關(guān),上述各參數(shù)即為影響魚雷極限射距的主要因素。

在上述各參數(shù)中Vd可通過指控系統(tǒng)計(jì)算得出,Vl和Slj根據(jù)所采用被動聲自導(dǎo)魚雷的型號可提前確定。而r與發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時的目標(biāo)舷角Xd有很大的關(guān)系,其隨著Xd的不同而變化。這是因?yàn)轸~雷接近目標(biāo)所處的目標(biāo)舷角(或命中角)不同,魚雷自導(dǎo)裝置發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離r會有較大的差異。

通常在計(jì)算過程中,近似地取魚雷自導(dǎo)裝置發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時的目標(biāo)舷角為直航段時對目標(biāo)的命中角,即Xd等于θ,如圖1所示,可認(rèn)為魚雷自導(dǎo)扇面中線發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。則如上所述,在Vd、VL、Slj已知的條件下,Dsj可表示為Xd和r的函數(shù),亦可以表示為θ和r的函數(shù)。因此要想求得極限射距,關(guān)鍵是要求出魚雷在不同Xd或θ條件下的被動聲自導(dǎo)作用距離r。

3 被動聲自導(dǎo)作用距離

以往在計(jì)算直航雷極限射距的過程中r通常取定值,其常常取目標(biāo)正橫方向上的被動聲自導(dǎo)作用距離,而實(shí)際上r是隨著Xd的不同而變化的,這樣勢必會帶來一定的誤差,因此必須首先求出不同目標(biāo)舷角所對應(yīng)的r之后才可以較準(zhǔn)確地計(jì)算極限射距。

影響r的主要因素有水文條件[8]、目標(biāo)輻射噪聲、魚雷自噪聲、海洋噪聲,同時還與魚雷自導(dǎo)裝置性能密切相關(guān)[9]。

在理想的水文條件下,r主要取決于聲傳播損失。理論計(jì)算可參照被動聲納方程[10]:

TL=SL-NL+GL-DT

(6)

其中TL為聲傳播損失,SL為目標(biāo)聲源級,NL為魚雷自噪聲干擾級,GL為魚雷自導(dǎo)裝置處理增益,DT為魚雷自導(dǎo)裝置檢測閾,式中忽略了海洋噪聲的影響。

TL可表示為擴(kuò)展損耗20lgr和吸收損耗βr的和,即

TL=20lgr+βr

(7)

其中,β為聲波傳播衰減系數(shù)。

β= (1.2488×10-5-6.0535×10-7t+1.4767×10-8t2

-1.5352×10-10t3)×(1-1.764×10-5h)f2

(8)

其中t為海水的溫度,f為魚雷中心工作頻率。

因此,式(6)可寫成:

20lgr+βr=SL-NL+GL-DT

(9)

上式亦稱魚雷被動自導(dǎo)方程,其中:

NL=96lgVl-33lgf-23.51lgh

(10)

SL=60lgVd+9lgT-20lgf+20lgk(Xd)+35.8

(11)

T為目標(biāo)的重量,k(Xd)為目標(biāo)聲源級,與舷角有關(guān)[11]。

k(Xd)= 0.3+3.9655sinXd-105.1651sin2Xd

+1093.9709sin3Xd-5596.9957sin4Xd

+16776.5741sin5Xd-31451.003sin6Xd

+37358.4773sin7Xd-27319.4625sin8Xd

+11221.651sin9Xd-1981.3219sin10Xd

(12)

或近似用以下公式表示:

k(Xd)=sin|Xd|+0.3

(13)

將以上各項(xiàng)參數(shù)代入魚雷被動聲自導(dǎo)方程,即可求出不同Xd所對應(yīng)的r,之后可進(jìn)一步求在不同命中角條件下的解極限射距。

4 仿真及分析

假設(shè)魚雷的極限射程為10km,航速為30kn,聲自導(dǎo)裝置的處理增益GL為20dB,自導(dǎo)裝置檢測閾DT為10dB,魚雷中心工作頻率為30kHz,魚雷搜索深度h為15m;攻擊海區(qū)為等溫層,水溫t為5℃;目標(biāo)艦船排水量3000t。仿真時目標(biāo)速度分四種情況即16kn、18kn、20kn和22kn,首先可以求出不同的目標(biāo)舷角條件下魚雷的被動聲自導(dǎo)作用距離,仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 被動聲自導(dǎo)魚雷作用距離

從圖2可以看出,在目標(biāo)速度一定的情況下,正橫方向上r最大,首尾方向上r逐漸減小,這一點(diǎn)充分說明魚雷自導(dǎo)裝置具有一定的指向性,其受目標(biāo)舷角的影響較大。此外,目標(biāo)舷角一定的情況下,目標(biāo)速度越高則r越大,這是因?yàn)槟繕?biāo)速度越高,其輻射噪聲越高,魚雷自導(dǎo)裝置就越容易在較遠(yuǎn)的距離上發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

圖3 被動聲自導(dǎo)魚雷極限射距

依據(jù)上面的結(jié)果進(jìn)一步可以計(jì)算出不同速度和命中角條件下的極限射距,如圖3所示。

從圖3可以看出,在目標(biāo)速度一定的情況下,Dsj隨θ的增大而逐漸減小。此外,當(dāng)θ較小時,Dsj隨目標(biāo)速度的增大而增大;當(dāng)θ較大(該仿真中約大于90°)時,Dsj隨目標(biāo)速度的增大而減小。

5 結(jié)語

被動聲自導(dǎo)魚雷極限射距與諸多因素有關(guān),這里僅僅對幾個主要影響因素進(jìn)行了研究。指揮員在使用被動聲自導(dǎo)魚雷時,必須綜合態(tài)勢、敵我速度、魚雷性能等方面,在此基礎(chǔ)上除了確定魚雷射向外,必須顧及到射距,使射距控制在極限射距之內(nèi)。這就需要指揮員充分把握影響到極限射距的各個因素,熟悉其影響規(guī)律,從而能在使用被動聲自導(dǎo)魚雷時做到心中有數(shù),以提高魚雷的命中概率。

[1] 趙加余.潛艇攻擊常識[M].青島:海軍潛艇學(xué)院,2003:11-16.

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[11] 趙加余.潛艇攻擊[M].青島:海軍潛艇學(xué)院,2003:11-16.

Analyasis on the Simulation of Effecting Factors About the Utmost Firing Distance of the Passive Acoustic Homing Torpedo

XU Zhaopeng1ZHANG Yinan1WU Zhidong1WANG Xiangyang2

(1. Navy Submarine Academy, Qingdao 266042)(2. No. 91352 Troops of PLA, Weihai 264200)

The expression of utmost firing distance is established based on the attacking model of passive acoustic homing torpedo. Then the mainly effecting factors are gotten. Quantitative research is carried out about the effecting factors by simulation and the effecting rule is gotten. Necessary reference is given by this research to the commanding officer during operation, in order to apply this conclusion fluently, so that the hit probability could be improved.

passive acoustic homing torpedo, utmost firing distance, effecting range, relative angle of target

2015年6月3日,

2015年7月25日

許兆鵬,男,博士,講師,研究方向:潛艇指控系統(tǒng)。張亦楠,女,碩士,講師,研究方向:潛艇攻擊。武志東,男,博士,講師,研究方向:魚雷攻擊。王向陽,男,碩士,助教,研究方向:魚水雷。

TP391.9

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.022