水雷垂直上浮攻擊目標(biāo)毀傷概率影響因素研究

邵 琳，張 旭，李 博

(海軍大連艦艇學(xué)院 水武與防化系，遼寧 大連 116018)

0 引言

沉底雷在水底原位爆炸，隨著水深的增加，爆炸點(diǎn)距離水面目標(biāo)增大，目標(biāo)毀傷概率降低，無法在較深海區(qū)打擊水面目標(biāo)。為了在更大深度范圍海區(qū)有效打擊水面目標(biāo)，提高目標(biāo)毀傷概率，可以使用上浮水雷。上浮水雷可以布設(shè)在大深度范圍海區(qū)，沉于水底或采用短索錨系水中待機(jī)，當(dāng)引信發(fā)現(xiàn)識(shí)別目標(biāo)并滿足動(dòng)作條件時(shí)，水雷主動(dòng)上浮攻擊目標(biāo)，在目標(biāo)附近爆炸毀傷目標(biāo)。上浮水雷能否毀傷目標(biāo)主要取決于2方面因素：1)目標(biāo)經(jīng)過水雷時(shí)，引信是否正確動(dòng)作；2)引信動(dòng)作后，水雷是否能夠快速上浮至目標(biāo)附近并在其破壞半徑內(nèi)準(zhǔn)確引爆[1-2]。目前，俄羅斯、日本等國(guó)家大量裝備了上浮水雷，其中大多數(shù)上浮水雷采用了無制導(dǎo)快速垂直上浮攻擊方式。這類上浮水雷相對(duì)于其他類型上浮水雷，雖然動(dòng)作半徑小，但是工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)門檻和研制生產(chǎn)成本相對(duì)較低，可以大量裝備使用，在布雷作戰(zhàn)中可以代替沉底雷完成水雷封鎖任務(wù)。上浮水雷雖然可以在大深度范圍海區(qū)有效打擊水面目標(biāo)，但是水雷的上浮引信動(dòng)作時(shí)機(jī)、上浮攻擊速度、距離和上浮誤差角度對(duì)其目標(biāo)毀傷概率影響很大，需要深入分析研究這些影響因素，掌握上浮水雷垂直攻擊目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)，準(zhǔn)確評(píng)估水雷的目標(biāo)毀傷概率。

1 上浮攻擊模型

在水雷初始位置o建立坐標(biāo)系o-xyz如圖1所示，oy指向目標(biāo)航向,ox指向目標(biāo)右舷,oz垂直海平面向上，坐標(biāo)系滿足右手法則。圖中M為上浮水雷、T為目標(biāo)艦船。對(duì)引信動(dòng)作條件、上浮攻擊方式進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立目標(biāo)模型如圖1。

1.1 簡(jiǎn)化模型

上浮引信是否動(dòng)作可以采用以下方法進(jìn)行判別：1)簡(jiǎn)化模型根據(jù)水雷引信最佳動(dòng)作時(shí)機(jī)。如圖2所示，可以取水雷在上浮爆炸t1時(shí)刻，目標(biāo)位置點(diǎn)與水雷爆炸點(diǎn)的距離最短，此時(shí)上浮爆炸t1時(shí)刻，目標(biāo)位置點(diǎn)的期望為T1(r,0)，其中r為目標(biāo)位置點(diǎn)與水雷待機(jī)點(diǎn)的最短距離。2)簡(jiǎn)化模型將水雷引信動(dòng)作半徑rd作為判別條件。當(dāng)r≤rd，水雷動(dòng)作；當(dāng)r>rd，水雷不動(dòng)作。

引信動(dòng)作區(qū)域?yàn)閇3-4]

1.2 目標(biāo)位置點(diǎn)推算誤差

水雷對(duì)目標(biāo)艦船攻擊過程中，目標(biāo)艦船在水雷爆炸時(shí)刻的實(shí)際位置，如圖2所示，計(jì)算如下。

目標(biāo)艦船位置的誤差為

ΔT1=(Δx0+sinΔα·(UT+ΔU)·t,

Δy0+((cosΔα-1)UT·t+cosΔα·ΔU·t))

(2)

由式(2)可見，目標(biāo)位置點(diǎn)推算誤差主要與目標(biāo)的位置誤差、速度誤差、航向誤差、水雷攻擊的上浮時(shí)間相關(guān)。

1.3 水雷爆炸點(diǎn)散布誤差

(3)

式中xM=h·Δα，yM=h·Δβ，如圖3所示。

Δα1-α/2=Δβ1-α/2=επ/180

式中ε可取設(shè)計(jì)指標(biāo)中的上浮角度誤差af。z1-α/2根據(jù)水雷爆炸點(diǎn)水平散布的置信度進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)置信度1-α為80%，則有z1-α/2=1.281 6，σM=0.0272 4·h。

由式(3)可見，水雷爆炸點(diǎn)散布誤差主要與上浮誤差角度、上浮攻擊距離等因素相關(guān)。

2 毀傷概率模型

2.1 毀傷概率計(jì)算模型

水雷對(duì)目標(biāo)艦船的毀傷概率用于評(píng)估單枚水雷對(duì)指定條件目標(biāo)艦船的毀傷能力。

Ph0=Pd·Pm

式中：Ph0為目標(biāo)毀傷概率；Pd為動(dòng)作概率；Pm為命中概率。

單枚水雷對(duì)在r通過的目標(biāo)艦船的命中概率為

(4)

目標(biāo)毀傷區(qū)域?yàn)?/p>

(5)

式中：lT為船長(zhǎng)；wT為船寬；rh為水雷毀傷半徑。

單枚水雷對(duì)在r通過的目標(biāo)艦船的毀傷概率為

Ph0=Pd·Pm(r)

2.2 毀傷概率影響因素

水雷對(duì)目標(biāo)的毀傷概率主要與水雷動(dòng)作半徑rd、爆炸威力、破壞半徑rh、目標(biāo)艦船尺度形狀l×w和抗水中爆炸的能力、所要求的對(duì)目標(biāo)艦船的毀傷程度、水雷爆炸點(diǎn)散布誤差、目標(biāo)位置點(diǎn)推算誤差、水雷爆炸點(diǎn)及與目標(biāo)位置點(diǎn)的相對(duì)位置等諸多復(fù)雜因素相關(guān)[8]。其中，水雷動(dòng)作半徑rd、破壞半徑rh、目標(biāo)艦船尺度形狀l×w、水雷爆炸點(diǎn)散布誤差、目標(biāo)位置點(diǎn)推算誤差可以進(jìn)行量化，進(jìn)而可以量化分析目標(biāo)艦船毀傷概率的影響因素[3-6]。

水雷引信推算目標(biāo)艦船在最短r處通過，目標(biāo)位置點(diǎn)推算誤差為△T1，單枚水雷對(duì)在r通過的目標(biāo)艦船的毀傷概率為

Ph0=Pd·Pm(r+△T1)

(6)

(7)

3 影響因素分析

根據(jù)上面簡(jiǎn)化模型，對(duì)具體水雷攻擊目標(biāo)進(jìn)行毀傷概率影響因素分析時(shí)，水雷動(dòng)作半徑rd、破壞半徑rh、目標(biāo)艦船尺度形狀l×w等量化參數(shù)是不變的，在下面分析中取值為rd=30 m，rh=30 m，l×w=70m×10 m。主要是分析水雷引信動(dòng)作時(shí)機(jī)、動(dòng)作概率、水雷爆炸點(diǎn)散布誤差、目標(biāo)位置點(diǎn)推算誤差對(duì)毀傷概率的影響。水雷對(duì)目標(biāo)的毀傷概率主要受到目標(biāo)通過水雷的最短距離r、艦船航行速度VT、目標(biāo)位置點(diǎn)推算誤差σT、水雷上浮誤差角度ε、水雷上浮攻擊距離z、水雷引信動(dòng)作概率Pd(r)等具體參數(shù)影響。

3.1 水雷引信動(dòng)作時(shí)機(jī)對(duì)毀傷概率的影響

水雷的毀傷概率與引信動(dòng)作時(shí)機(jī)和相應(yīng)動(dòng)作概率相關(guān)。下面分析引信2種動(dòng)作時(shí)機(jī)下的單雷目標(biāo)毀傷概率。

第1種動(dòng)作時(shí)機(jī)：目標(biāo)通過水雷時(shí)滿足“最佳動(dòng)作時(shí)機(jī)”。當(dāng)引信滿足“最佳動(dòng)作時(shí)機(jī)”時(shí)動(dòng)作，水雷會(huì)正好在目標(biāo)位于(r,0)時(shí)爆炸。單雷目標(biāo)毀傷概率Ph0=Pd(rT0)·Pm(r,0)，此時(shí)目標(biāo)毀傷概率最高，但r過大時(shí)毀傷概率將不能滿足要求。

第2種動(dòng)作時(shí)機(jī)：目標(biāo)通過水雷時(shí)滿足“動(dòng)作半徑時(shí)機(jī)”。當(dāng)引信滿足“動(dòng)作半徑時(shí)機(jī)”時(shí)動(dòng)作，在規(guī)定條件下，目標(biāo)毀傷概率可滿足規(guī)定值，此時(shí)水雷在目標(biāo)位于(r,yT)時(shí)爆炸。單雷毀傷概率Ph0=Pd(rd)·Pm(r,yT)，且r≤rd

(8)

式中：VT為目標(biāo)的航速；VM為水雷的平均上浮速度；z為上浮攻擊的距離。

當(dāng)引信滿足“最佳動(dòng)作時(shí)機(jī)”時(shí)，且r≤rd，目標(biāo)毀傷概率可達(dá)到滿足規(guī)定的最大值。

3.2 目標(biāo)通過水雷的最短距離對(duì)毀傷概率的影響

引信按第1種動(dòng)作時(shí)機(jī)動(dòng)作且Pd(rT0)=1，水雷在目標(biāo)位于(r,0)時(shí)爆炸。當(dāng)水雷上浮誤差角度為4°、上浮攻擊距離為150 m時(shí)，目標(biāo)通過水雷的最短距離r與其毀傷概率Ph0的關(guān)系如圖4所示。

3.3 水雷上浮誤差角度對(duì)毀傷概率的影響

引信按第1種動(dòng)作時(shí)機(jī)動(dòng)作且Pd(rT0)=1，水雷在目標(biāo)位于(r,0)時(shí)爆炸。當(dāng)水雷上浮誤差角度分別為1°、2°、3°、4°時(shí)，毀傷概率Ph0如圖5所示。上浮誤差角度越大，命中概率越“理想”，即毀傷半徑內(nèi)毀傷概率為1，半徑外為0。

3.4 水雷上浮攻擊距離對(duì)毀傷概率的影響

引信按第1種動(dòng)作時(shí)機(jī)動(dòng)作且Pd(rT0)=1，水雷在目標(biāo)位于(r,0)時(shí)爆炸。當(dāng)上浮攻擊距離分別為50 m、80 m、110 m、140 m、170 m、200 m時(shí)，毀傷概率Ph0如圖6所示。上浮攻擊距離越大，命中概率越“理想”。

3.5 目標(biāo)航行速度對(duì)毀傷概率的影響

引信按第2種動(dòng)作時(shí)機(jī)動(dòng)作，上浮攻擊距離為150 m，當(dāng)r分別為0、10 m、20 m、30 m時(shí)，毀傷概率P0如圖7所示。目標(biāo)航行速度和目標(biāo)通過水雷最短距離兩者綜合對(duì)毀傷概率產(chǎn)生影響。目標(biāo)航行速度越快，毀傷概率越低；目標(biāo)通過水雷最短距離小于10 m時(shí)對(duì)毀傷概率沒有影響，目標(biāo)通過水雷最短距離為20～30 m時(shí)對(duì)毀傷概率影響較大，且距離越大，毀傷概率越低。

4 結(jié)束語

建立水雷上浮攻擊模型和目標(biāo)毀傷概率計(jì)算模型，分析水雷對(duì)目標(biāo)毀傷概率主要影響因素和規(guī)律。通過影響因素分析，總結(jié)歸納得出以下結(jié)論：1)對(duì)具體水雷攻擊目標(biāo)進(jìn)行毀傷概率影響因素分析時(shí)，主要是分析水雷引信動(dòng)作時(shí)機(jī)、動(dòng)作概率、水雷爆炸點(diǎn)散布誤差和目標(biāo)位置點(diǎn)推算誤差對(duì)毀傷概率的影響；2)在水雷上浮攻擊過程中，引信動(dòng)作時(shí)機(jī)和動(dòng)作概率、上浮攻擊距離、上浮誤差角度和目標(biāo)通過水雷的最短距離、目標(biāo)航行速度會(huì)對(duì)目標(biāo)毀傷概率可造成較大影響，在分析目標(biāo)毀傷概率時(shí)，必需考慮這些參數(shù)的影響；3)水雷爆炸點(diǎn)散布誤差主要與上浮誤差角度、上浮攻擊距離等因素相關(guān)，角度越小、上浮距離越短，散布誤差越小，命中概率在相對(duì)距離上分布越理想，并近似成階梯狀；4)目標(biāo)航行速度和目標(biāo)通過水雷的最短距離兩者綜合對(duì)毀傷概率影響很大，根據(jù)簡(jiǎn)化模型計(jì)算和分析毀傷概率時(shí)需重點(diǎn)考慮。