反潛巡邏機使用航空自導深彈攻潛效能及方法研究

李居偉，謝力波，劉鈞賢

（海軍航空大學青島校區(qū)，山東 青島266041）

0 引言

反潛巡邏機作為一種重要的戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)反潛兵力，其主要任務是獨立或協(xié)同其他反潛兵力，在指定海區(qū)進行晝夜巡邏、檢查和監(jiān)視，對敵潛艇實施搜索、跟蹤、定位和攻擊。反潛巡邏機具有機動性強、航程遠、留空時間長等特點，可裝備多種搜潛設備，具有很強的信息處理能力。可掛載多種反潛武器，具有很強的對潛攻擊能力。目前世界上至少有20余個國家（地區(qū)）的海（空）軍裝備有反潛巡邏飛機[1]。

航空自導深彈是一型典型的攻潛武器，與航空反潛魚雷相比具有體積小、價格便宜等優(yōu)勢，反潛飛機的攜帶較大?？捎糜诖驌籼幱谒妗⑼夤?、潛望鏡和水下等各種狀態(tài)時的潛艇目標。由于安裝有自導和控制系統(tǒng)，并可以多枚連續(xù)投放，與普通航空深彈相比其攻潛效果有了質(zhì)的飛躍[2]。

當反潛巡邏機裝備航空自導深彈之后，在攻潛作戰(zhàn)中如何合理有效地使用，以提高攻潛效果是必須深入研究的問題。本文將圍繞這一問題，針對水下潛艇目標，通過反潛巡邏機使用航空自導深彈攻潛效能仿真分析，研究總結(jié)具體攻潛方法。

1 基本攻潛過程和瞄準方法

反潛巡邏機使用航空深彈攻擊目標潛艇的一般攻擊過程為：對潛搜索、潛艇目標識別、采用不同定位設備跟蹤目標、測定運動要素、解算投彈諸元、為深彈裝定參數(shù)、投放深彈、檢查戰(zhàn)果[3-4]。

針對水下潛艇目標，反潛巡邏機一般采用一定間隔連投多枚自導深彈的方式投彈攻擊，以便更好發(fā)揮深彈的自導性能。瞄準和投彈方法為[5]：以目標分布中心為瞄準點，根據(jù)設定的投彈間隔和投彈數(shù)量，連續(xù)投放數(shù)枚深彈，使最后一枚深彈入水時，各枚深彈水面落點連線的中心與瞄準點重合（不考慮投彈瞄準系統(tǒng)的誤差）。如圖1所示。

圖1 深彈連投攻擊水下目標瞄準方法示意圖Fig.1 Schematic diagram of aiming method of depth charge releasing sequentially to attack underwater target

圖1中的“目標分布范圍”是依據(jù)上述水下目標探測設備的定位結(jié)果得到。投彈航向是指飛機投放深彈的航向與正北方向（Y軸正向）的夾角。

2 攻潛效能評估模型

2.1 潛艇目標定位模型

以目標位置測量值為中心，按照隨機分布的形式：其采用距離上瑞利分布（σq＞0）和方向上均勻分布 （U（0，2π））的形式來表示。 在仿真計算時，首先通過瑞利分布獲取目標點到分布中心（記為（x0，y0））的距離d，而后根據(jù)均勻分布獲取兩者的相對方位α，進而計算目標點坐標為

2.2 自導深彈投彈散布模型

采用已有的成熟方法建立了航空自導深彈的空中彈道模型，仿真了反潛巡邏機的投彈落點，進而參照現(xiàn)有的航空轟炸武器投放散布經(jīng)驗公式[6]，采用回歸分析的方法，給出了航空自導深彈投放散布規(guī)律的模擬公式：

2.3 自導深彈水下彈道模型

由于航空自導深彈不帶動力裝置，其搜索彈道相對簡單，就是在重力作用下的垂直下沉。

根據(jù)深彈的自上而下的攻潛彈道特點，其主動自導受到潛艇目標舷角的影響相對較小。在模擬中假設其主動自導作用距離為固定值，當潛艇目標進入深彈的自導作用范圍內(nèi)時認為發(fā)現(xiàn)目標。

自導深彈發(fā)現(xiàn)目標后，將彈體轉(zhuǎn)向目標，采用純追蹤法跟蹤目標。

2.4 自導深彈命中判定模型

將攻潛武器視為點狀，當武器進入等效毀傷面內(nèi)認為命中目標。結(jié)合深彈自上而下的攻潛彈道的特點，目標被彈面可以簡化為橢球體的水平面投影，稱之為等效毀傷面。此處為了計算簡便將該等效毀傷面近似為一個長方形。如圖2所示。

圖2 潛艇等效毀傷面示意圖Fig.2 Schematic diagram of equivalent destructive surface of submarine

圖中l(wèi)和b分別為潛艇長度和寬度。采用文獻[7]對潛艇等效毀傷體的表示方法，對于觸發(fā)式的自導深彈，其等效毀傷面長度和寬度即為潛艇目標的長度和寬度。

2.5 潛艇目標運動模型

使用航空自導深彈攻擊水下目標時，由于攻擊過程與目標深度特征關(guān)系密切，此時主要考慮目標采取一種典型的機動規(guī)避運動——加速轉(zhuǎn)向并速潛。

設潛艇在首枚深彈自導開機時發(fā)現(xiàn)深彈的主動自導信號時開始規(guī)避。設此刻深彈的水平位置為（X0，Y0），潛艇水平位置為（Xq0，Yq0），航向為βq0，則潛艇應轉(zhuǎn)航向為θs

潛艇按照最大加速度將速度增加到最大航速為vqmax。

潛艇的旋回半徑rq可由如下經(jīng)驗公式表示[8]：

令相對方位角為Δβ＝βq0－θs，當－π＜Δβ＜－π／6或π＜Δβ＜2π－π／6時，潛艇向右轉(zhuǎn)向；π／6＜Δβ≤π或－2π＋π／6＜Δβ≤－π時，潛艇向左轉(zhuǎn)向。當潛艇航向達到轉(zhuǎn)向要求，即超出了上述向左或向右的轉(zhuǎn)向判定時，潛艇保持航向不變，作直線運動。

2.6 命中概率計算

根據(jù)目標定位模型模擬目標分布規(guī)律；根據(jù)目標運動模型計算攻潛過程中目標潛艇的位置。根據(jù)深彈投彈散布規(guī)律模擬投彈落點散布；根據(jù)水下彈道模型和目標檢測模型，計算自導深彈與目標的相對關(guān)系；根據(jù)命中判定模型給出深彈是否命中目標的判定。采用蒙特卡洛法計算至少命中一枚深彈概率的計算流程如圖3所示。

圖3中的初始條件包括：目標分布規(guī)律（包括目標位置、深度、航速和航向）、目標尺寸、反潛飛機飛行高度和速度、深彈自導作用距離、一次連投深彈數(shù)量和投彈間隔，以及仿真次數(shù)等。

圖3 命中概率計算流程Fig.3 Calculation flow of hit probability

3 攻潛方法

根據(jù)仿真分析可知，影響反潛巡邏機使用航空自導深彈攻擊水下目標命中概率的主要因素有：目標初始航速和目標定位精度（稱為目標狀態(tài)），以及投彈航向、投彈數(shù)量和投彈間隔（稱為投彈參數(shù)）。其中，投彈參數(shù)是反潛飛機能夠控制的方面。因此，攻潛方法研究就是在根據(jù)不同的目標狀態(tài)合理選擇投彈參數(shù)。

3.1 投彈航向的影響

取σq＝100 m，目標的初始航速為3 kn。投彈間隔為100 m，不同投彈數(shù)量下，投彈航向與命中概率的關(guān)系如圖4。

命中概率與投彈航向的關(guān)系不大，這是由于潛艇目標速度較低，且加速能力較小，同時自導深彈下沉速度較快，在此期間潛艇位移較小。

圖4 投彈航向與命中概率的關(guān)系Fig.4 Relation between bomb releasing course and hit probability

3.2 投彈數(shù)量和投彈間隔的確定

以初始航速為3 kn的目標為攻擊對象，不同目標定位精度時，較為合理的投彈參數(shù)見表1。

表1 基本投彈參數(shù)表Table 1 Basic bomb dropping parameters table

改變目標初始航速（7 kn和10 kn）時，仿真計算不同目標定位精度下的投彈標準，與表1基本一致。因此，認為表中投彈數(shù)量和投彈間隔具有普遍意義。

根據(jù)投彈數(shù)量和投彈間隔的數(shù)量關(guān)系，表1的仿真結(jié)果基本符合如下規(guī)律。

其戰(zhàn)術(shù)意義：使連續(xù)投放的數(shù)枚深彈最大程度地覆蓋目標分布范圍。

4 結(jié)束語

1）投彈航向?qū)撔Ч挠绊懖伙@著，具體使用中可不必過多考慮。

2）連投多枚深彈攻潛時，應當盡量覆蓋目標散布區(qū)域。具體標準可參照表1。

3）隨著目標定位精度的降低，雖然投彈數(shù)量不斷增加，但深彈的攻潛效果卻顯著降低。因此，當目標定位精度不高時，不宜僅使用自導深彈攻擊。