艦載武器裝備高海情試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

田 穎

(中國(guó)人民解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066000)

針對(duì)裝備質(zhì)量強(qiáng)調(diào)搞好試驗(yàn)鑒定,對(duì)確保武器裝備質(zhì)量具有重要意義。靶場(chǎng)要著力構(gòu)建先進(jìn)實(shí)用的試驗(yàn)鑒定體系,摸清武器裝備性能底數(shù),確保武器裝備實(shí)戰(zhàn)適用性。依據(jù)習(xí)主席的強(qiáng)軍思想,針對(duì)未來戰(zhàn)爭(zhēng)的變化和新形勢(shì),檢驗(yàn)裝備性能就是要通過獨(dú)立、嚴(yán)格、全壽命、全方位、緊貼實(shí)戰(zhàn)的試驗(yàn)考核,把住“關(guān)口”,摸清“底數(shù)”,即切實(shí)摸清裝備性能底數(shù)、效能底數(shù),為裝備實(shí)戰(zhàn)化運(yùn)用奠定基礎(chǔ);貫徹“緊貼作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)對(duì)手、作戰(zhàn)環(huán)境”要求,則要堅(jiān)持面向?qū)崙?zhàn)和全程覆蓋的基本原則。性能試驗(yàn)重點(diǎn)考核裝備戰(zhàn)技性能達(dá)標(biāo)度,進(jìn)一步突出復(fù)雜電磁環(huán)境、復(fù)雜地理環(huán)境、復(fù)雜氣象環(huán)境和近似實(shí)戰(zhàn)環(huán)境等條件下的檢驗(yàn)考核,充分檢驗(yàn)裝備性能指標(biāo)及其邊界條件,兼顧考核裝備作戰(zhàn)與保障效能。針對(duì)艦載武器裝備邊界條件試驗(yàn),迫切需要研究高海情試驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)施方法、綜合評(píng)估等,為靶場(chǎng)實(shí)施高海情試驗(yàn)奠定理論基礎(chǔ)。

1 高海情對(duì)艦載武器裝備的影響分析

1.1 高海情(況)下有效使用武器的要求

海情(況)條件屬于水面艦船環(huán)境條件中的氣候環(huán)境，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)風(fēng)等氣象因素的量化都有明確定義,并根據(jù)海浪的有無、波峰的形狀、峰頂?shù)钠扑槌潭?即浪花的大小),對(duì)海情(況)的等級(jí)進(jìn)行了規(guī)定。不同的海情(況),除了對(duì)艦載武器的彈道飛行、目標(biāo)尋的造成影響,還會(huì)通過水面艦船的傾斜和搖擺,影響艦載武器裝備的操作使用。因此,高海況條件下水面艦船對(duì)艦載武器裝備有效使用的要求,主要包含兩個(gè)方面的內(nèi)容:

一是在發(fā)射裝置正常工作的最高等級(jí)海況下,導(dǎo)彈、魚雷、艦炮制導(dǎo)彈藥等在彈道飛行過程中,受到海洋環(huán)境的影響,是否能夠按照預(yù)定彈道飛行,并完成預(yù)定功能的要求。

二是水面艦船受海況影響造成的傾斜和搖擺,對(duì)艦載武器裝備發(fā)射裝置(導(dǎo)彈、艦炮、魚雷和深彈發(fā)射裝置等)正常使用條件和不破壞條件的要求。

在主要現(xiàn)役或新研驅(qū)護(hù)艦研制總要求中,根據(jù)不同型號(hào)驅(qū)逐艦、護(hù)衛(wèi)艦等對(duì)有效使用武器(導(dǎo)彈、火炮等)的海況給出了相應(yīng)的具體要求。

1.2 海浪對(duì)艦載武器平臺(tái)的影響分析

高海情下,不同船型艦船在各種航態(tài)(不同海況、航速、航向)下橫搖、縱搖和垂蕩(升沉)運(yùn)動(dòng)具有一定規(guī)律,是一個(gè)隨機(jī)過程,它的橫搖、縱搖、垂蕩與海況(風(fēng)浪)等級(jí)、干擾波浪周期、船舶線型及航速航向等若干因素有關(guān)[1];深入研究航向、航速、海情和艦船噸位與艦船搖擺的關(guān)系,有利于進(jìn)一步研究高海情對(duì)艦載武器裝備的影響。以兩種艦船為例，仿真研究小型艦船和大型艦船在高海情下的不同表現(xiàn),小型艦船,例如“中國(guó)漁政32 號(hào)”，在五級(jí)海情下,橫搖角達(dá)40°,開動(dòng)減搖鰭后,橫搖角小于4°,減搖效果達(dá)90%;而大型艦船在全球航行,活動(dòng)范圍廣,遇到大風(fēng)浪的機(jī)會(huì)多,高海情下作業(yè)的概率大,能在高海情下保持較小的縱橫搖和艏艉升沉,如橫搖作業(yè)最大橫搖角比較小。通過長(zhǎng)峰波作用在船上的橫搖、縱搖力矩?cái)?shù)學(xué)建模與仿真計(jì)算,對(duì)在高海情(五級(jí)有義波高3.1 m、六級(jí)有義波高3.8 m)、不同航速、不同航向下的橫搖力矩和縱搖力矩進(jìn)行分析,結(jié)合船舶耐波性理論,得到航向、航速、海情、船型與艦船搖擺的關(guān)系。高海情下艦船運(yùn)動(dòng)規(guī)律詳見表1。

表1 高海情下艦船運(yùn)動(dòng)規(guī)律表

1.3 高海情對(duì)艦載武器裝備(導(dǎo)彈、艦炮)的主要影響分析

以反艦導(dǎo)彈、艦空導(dǎo)彈、艦炮武器等艦載武器裝備為研究對(duì)象,海情、浪高與風(fēng)速等高海情因素直接影響雷達(dá)的跟蹤性能[2],根據(jù)艦載武器裝備的組成和作戰(zhàn)流程,高海情(況)時(shí)艦艇平臺(tái)受橫搖、縱搖、偏航、升沉運(yùn)動(dòng)都會(huì)加劇,通過數(shù)學(xué)建模和仿真計(jì)算得出:對(duì)反艦導(dǎo)彈武器的發(fā)射前準(zhǔn)備和導(dǎo)彈飛出射箱(筒)會(huì)有明顯的影響;在導(dǎo)彈飛行過程中,海浪對(duì)導(dǎo)彈的飛行、彈載雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)等都有影響[3]。對(duì)艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的影響體現(xiàn)在對(duì)雷達(dá)跟蹤目標(biāo)精度、對(duì)導(dǎo)彈初始裝訂參數(shù)精度、對(duì)導(dǎo)彈發(fā)射角度、對(duì)制導(dǎo)精度、對(duì)引信性能、對(duì)殺傷概率等方面[4]。高海情下的艦艇搖擺對(duì)艦炮武器系統(tǒng)的影響體現(xiàn)在對(duì)目標(biāo)跟蹤傳感器跟蹤、對(duì)火控解算和對(duì)艦炮發(fā)射環(huán)節(jié)等方面的影響[5-6]。具體高海情對(duì)反艦導(dǎo)彈、艦空導(dǎo)彈、艦炮武器系統(tǒng)的影響詳見表2所示。

表2 高海情對(duì)艦載武器裝備的影響分析表

2 艦載武器裝備高海情試驗(yàn)總體設(shè)計(jì)

2.1 高海情試驗(yàn)總體設(shè)計(jì)思路

高海情條件下,風(fēng)、海浪、涌、艦艇搖擺等諸多因素,對(duì)艦載武器裝備的跟蹤精度、動(dòng)態(tài)精度、射擊精度、命中概率、毀傷概率等都有不同程度的影響;目前開展靶場(chǎng)高海情試驗(yàn)存在的主要問題集中在靶標(biāo)(包括空靶、海靶等)、測(cè)控(光測(cè)、遙測(cè)等)、航區(qū)、試驗(yàn)陣地等各個(gè)方面,大致表現(xiàn)在高海情環(huán)境的出現(xiàn)與武器裝備具備試驗(yàn)條件不同步，靶場(chǎng)現(xiàn)有試驗(yàn)保障條件無法達(dá)到高海情環(huán)境要求，高海情環(huán)境與試驗(yàn)安全保障要求相互制約等三個(gè)方面,致使有時(shí)難以或無法開展相應(yīng)的高海情試驗(yàn)。鑒于高海情下靶場(chǎng)開展艦載武器裝備試驗(yàn)存在的諸多現(xiàn)實(shí)問題,根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的隨機(jī)化、重復(fù)性和局部控制等三大原則[7]和基本原理,高海情試驗(yàn)總體設(shè)計(jì)思路是:采用綜合試驗(yàn)的模式,充分利用各種試驗(yàn)手段獲得的試驗(yàn)信息,對(duì)武器裝備高海情性能進(jìn)行綜合評(píng)定;以實(shí)際高海情條件下的完全高海情試驗(yàn)為基礎(chǔ),結(jié)合進(jìn)行非完全高海情試驗(yàn),全面考核武器裝備的高海情性能。總體設(shè)計(jì)思路詳見圖1所示,其中完全高海情試驗(yàn)是指在完全高海情條件下,進(jìn)行的完整武器裝備運(yùn)用試驗(yàn),能夠?qū)ξ淦餮b備的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行考核檢驗(yàn),如實(shí)彈射擊試驗(yàn);不完全(模擬)高海情試驗(yàn)是指在非完全高海情條件下,進(jìn)行的武器裝備運(yùn)用試驗(yàn),能夠?qū)ξ淦餮b備使用的一個(gè)或若干個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行考核檢驗(yàn),如武器裝備對(duì)海試驗(yàn)、帶飛試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)、仿真試驗(yàn)等,最后進(jìn)行綜合試驗(yàn)評(píng)估。

圖1 總體設(shè)計(jì)思路框圖

2.2 艦載武器裝備高海情試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

一個(gè)優(yōu)化的試驗(yàn)方案,既要滿足對(duì)被試實(shí)裝戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能評(píng)價(jià)的要求,又要考慮試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、試驗(yàn)設(shè)施、試驗(yàn)裝備等實(shí)際條件,以相對(duì)較小的代價(jià)獲取相對(duì)最大的試驗(yàn)效益[7]。針對(duì)反艦導(dǎo)彈、艦空導(dǎo)彈、艦炮武器等艦載武器裝備高海情試驗(yàn)總體方案設(shè)計(jì),在明確試驗(yàn)任務(wù)的基礎(chǔ)上,按照預(yù)定的戰(zhàn)役背景和戰(zhàn)術(shù)要求、接近武器實(shí)際使用條件下進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì),根據(jù)預(yù)定要對(duì)付的敵方威脅目標(biāo)級(jí)威脅源的類型、數(shù)量、性能和戰(zhàn)術(shù)特征,敵我對(duì)抗態(tài)勢(shì)、作戰(zhàn)方式、氣象、地理和電子環(huán)境條件等各種變量,構(gòu)建試驗(yàn)?zāi)Ｐ?選擇合適的試驗(yàn)變量和試驗(yàn)水平,統(tǒng)計(jì)推斷在作戰(zhàn)范圍內(nèi)試驗(yàn)總體性能,保證試驗(yàn)總體性參數(shù)估計(jì)或參數(shù)檢驗(yàn)所要求的試驗(yàn)樣本量,充分考核其高海情下等邊界作戰(zhàn)使用條件。工程實(shí)踐應(yīng)用中,應(yīng)考慮戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)中的風(fēng)險(xiǎn)、精度或置信水平要求以及試驗(yàn)中的各類因子水平要求,選擇和控制影響試驗(yàn)的各種因子及其水平,合理選擇試驗(yàn)樣本,制定優(yōu)化可行的試驗(yàn)方案。試驗(yàn)樣本量的確定首先要滿足武器裝備主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)的充分考核,并采用貝葉斯或序貫截尾假設(shè)檢驗(yàn)方法,減少外場(chǎng)試驗(yàn)樣本量。同時(shí),制定綜合試驗(yàn)航區(qū)方案、試驗(yàn)安全分析、試驗(yàn)保障總體方案、試驗(yàn)可行性和充分性分析等。

定義高海情條件下實(shí)彈射擊試驗(yàn)為A類試驗(yàn)—真正高海情條件—艦艇上武器裝備—真實(shí)靶標(biāo)—實(shí)彈射擊試驗(yàn),全面考核了艦載武器裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能,其試驗(yàn)結(jié)果最為真實(shí)可靠。不完全高海情條件下的試驗(yàn)大致可以分為B、C、D、E類,其中B類試驗(yàn)—真正高海情條件—艦艇上武器裝備—虛擬靶標(biāo)—非實(shí)彈射擊試驗(yàn);C類試驗(yàn)—非高海情條件下—武器裝備或安裝在搖擺臺(tái)上或在艦艇上加裝減搖鰭—真實(shí)靶標(biāo)—實(shí)彈射擊試驗(yàn);D類試驗(yàn)—真正高海情條件—艦艇上導(dǎo)彈武器裝備—虛擬靶標(biāo)—實(shí)彈射擊試驗(yàn);E類試驗(yàn)—模擬高海情條件—艦炮武器裝備安裝在搖擺臺(tái)—虛擬靶標(biāo)—非實(shí)彈射擊試驗(yàn);B、C、D、E類試驗(yàn)結(jié)果,考核了艦載武器裝備的部分戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，詳見表3所示。

表3 高海情試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)表

反艦導(dǎo)彈、艦空導(dǎo)彈、艦炮武器的高海情試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)主要分為完全高海情試驗(yàn)設(shè)計(jì)和不完全高海情試驗(yàn)設(shè)計(jì),其中完全高海情試驗(yàn)設(shè)計(jì)目的是在真正高海情條件下、全武器裝備參加的實(shí)彈射擊試驗(yàn),能夠全面考核跟蹤傳感器的跟蹤性能、火控解算精度、艦載武器裝備的作戰(zhàn)性能、有效使用武器能力等,摸清裝備性能底數(shù);不完全高海情試驗(yàn)設(shè)計(jì)目的是在不完全高海情條件下,分別進(jìn)行虛擬射擊、模擬試驗(yàn)、帶飛試驗(yàn)等試驗(yàn)?zāi)Ｊ降脑囼?yàn)方案設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)試驗(yàn)航路,為試驗(yàn)提供空靶、海靶、水下靶標(biāo)等保障條件,確保試驗(yàn)航區(qū)、試驗(yàn)陣地的有效,選擇合適的試驗(yàn)變量和樣本量,并且保障試驗(yàn)安全和試驗(yàn)的可操作性,得出不完全(模擬)高海情武器裝備試驗(yàn)考核結(jié)果。艦載武器裝備高海情試驗(yàn)設(shè)計(jì)可以采用多因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和序貫試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[7]。

靶場(chǎng)艦載武器裝備高海情多因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)一般采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法:虛擬設(shè)計(jì)、模擬試驗(yàn)、帶飛試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)等不完全高海情試驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)原則則采用拉丁超立試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[7]。統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)是基于試驗(yàn)鑒定中的置信水平γ和兩類風(fēng)險(xiǎn)(研制方風(fēng)險(xiǎn)α、使用方風(fēng)險(xiǎn)β)要求,對(duì)試驗(yàn)所需的樣本容量進(jìn)行計(jì)算的試驗(yàn)設(shè)計(jì),分三種情況采用不同的統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法:一是給定置信水平要求的試驗(yàn)設(shè)計(jì),二是給定兩類風(fēng)險(xiǎn)要求的試驗(yàn)設(shè)計(jì),三是給定聯(lián)合要求的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。外場(chǎng)小子樣試驗(yàn)采用序貫試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,彌補(bǔ)外場(chǎng)試驗(yàn)的試驗(yàn)周期長(zhǎng)和試驗(yàn)消耗大的缺陷,明確停止和判決兩個(gè)法則,停止法則是尋求在對(duì)總體進(jìn)行逐次抽樣的過程中何時(shí)停止抽樣;判決法則即根據(jù)停止時(shí)得到的序貫樣本對(duì)總體應(yīng)如何作出判斷和選擇,以達(dá)到減少試驗(yàn)航次數(shù)和保精度降低風(fēng)險(xiǎn)的兩個(gè)目標(biāo)。

反艦導(dǎo)彈、艦空導(dǎo)彈、艦炮武器的高海情試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)詳見圖2所示。

圖2 反艦導(dǎo)彈、艦空導(dǎo)彈、艦炮武器的高海情試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)圖

3 應(yīng)用案例：艦炮武器裝備高海情試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1 艦炮武器裝備高海情實(shí)彈射擊試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

艦炮武器裝備高海情試驗(yàn),是指在真實(shí)高海情條件下,實(shí)裝、實(shí)彈對(duì)實(shí)靶進(jìn)行射擊的試驗(yàn),全面驗(yàn)證被試裝備在實(shí)際高海情下的目標(biāo)跟蹤傳感器跟蹤性能、火控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精度、射擊精度和命中概率等戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能,重點(diǎn)設(shè)計(jì)在高海情條件下的試驗(yàn)保障,提供空靶、海靶、水下靶標(biāo),確保試驗(yàn)航區(qū)、試驗(yàn)陣地的有效,選擇合適的試驗(yàn)變量和樣本量,并且保障試驗(yàn)安全和試驗(yàn)的可操作性,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出實(shí)際高海情條件下的試驗(yàn)結(jié)論。以高海情下艦炮武器系統(tǒng)射擊精度試驗(yàn)為例,其目的是考核武器系統(tǒng)在接近實(shí)戰(zhàn)使用條件下,對(duì)典型目標(biāo)設(shè)計(jì)的命中概率、毀傷概率和毀傷效能等性能是否達(dá)到作戰(zhàn)要求,根據(jù)艦炮武器使命任務(wù),其射擊精度指標(biāo)[8]分為對(duì)空(直接命中/間接命中體制)、對(duì)海(固定/活動(dòng)目標(biāo))、對(duì)岸(可見/不可見目標(biāo))。不同的目標(biāo)類型、不同的射擊方式、不同的彈藥,其試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)方法、評(píng)估模型等有所差別。常用典型目標(biāo)試驗(yàn)航路設(shè)計(jì)詳見表4所示。

表4 常用典型目標(biāo)試驗(yàn)航路設(shè)計(jì)表

3.2 艦炮武器裝備不完全高海情試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

不完全(模擬)高海情下武器裝備試驗(yàn),考慮三種試驗(yàn)?zāi)Ｊ?一是虛擬射擊,在高海情條件下,實(shí)裝、實(shí)彈對(duì)虛擬靶標(biāo)進(jìn)行射擊的試驗(yàn);二模擬試驗(yàn),是在非高海情條件下,模擬高海情條件,海試中在艦艇上應(yīng)用減搖鰭裝置“增搖”模擬高海情,陸試中采用模擬艦艇搖擺試驗(yàn)臺(tái)上模擬高海情,實(shí)裝、實(shí)彈對(duì)真實(shí)靶標(biāo)進(jìn)行射擊的試驗(yàn);三是半實(shí)物仿真試驗(yàn),在非高海情下,應(yīng)用模擬艦艇搖擺試驗(yàn)臺(tái)和艦炮武器模擬測(cè)試系統(tǒng),與實(shí)裝構(gòu)成靶場(chǎng)聯(lián)合試驗(yàn)系統(tǒng),模擬搖擺臺(tái)模擬復(fù)雜高海情,艦炮武器模擬測(cè)試系統(tǒng)模擬復(fù)雜多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,艦炮武器實(shí)裝對(duì)真實(shí)目標(biāo)實(shí)彈射擊。研究三種模式的試驗(yàn)方案,分別得出不完全(模擬)高海情下武器裝備試驗(yàn)考核結(jié)果，可為高海情試驗(yàn)的綜合評(píng)估提供驗(yàn)前信息。

以陸上半實(shí)物仿真試驗(yàn)為例,將被試艦炮武器裝備與模擬艦艇搖擺試驗(yàn)臺(tái)、艦炮武器模擬測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成互聯(lián)互通、閉合的試驗(yàn)系統(tǒng)環(huán)路,搖擺臺(tái)提供三次正弦波疊加的、橫搖和縱搖的搖擺角,搖擺周期根據(jù)需要任意設(shè)定,構(gòu)建所需的高海情試驗(yàn)環(huán)境;艦炮武器模擬測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建各種復(fù)雜試驗(yàn)航路,如零捷徑、比例導(dǎo)引的反艦導(dǎo)彈、超聲高速飛行的低空目標(biāo)、機(jī)動(dòng)飛行空中目標(biāo)、多目標(biāo)、爬升、俯沖以及各種組合航路等,以及外場(chǎng)試驗(yàn)真實(shí)航路的復(fù)現(xiàn)仿真試驗(yàn)航路;實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多變的試驗(yàn)航路設(shè)計(jì),構(gòu)建仿真條件下的高海情試驗(yàn)。

半實(shí)物仿真試驗(yàn)原理[8]詳見圖3所示,不完全高海情模擬射擊試驗(yàn)方案表詳見表5所示。

表5 不完全高海情射擊模擬試驗(yàn)方案表

圖3 艦炮武器系統(tǒng)半實(shí)物仿真試驗(yàn)原理圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過詳細(xì)分析海浪對(duì)艦載武器平臺(tái)的影響,特別是高海情對(duì)反艦導(dǎo)彈、艦空導(dǎo)彈、艦炮武器等主要影響因素,根據(jù)高海情有效使用武器的實(shí)際作戰(zhàn)要求,綜合考慮未來戰(zhàn)爭(zhēng)條件以及其他因素,提出了靶場(chǎng)開展高海情試驗(yàn)的總體設(shè)計(jì)思路,構(gòu)建了完全高海情試驗(yàn)和不完全高海情試驗(yàn)結(jié)合的綜合試驗(yàn)方法,并具體給出了反艦導(dǎo)彈、艦空導(dǎo)彈、艦炮武器等艦載武器裝備的高海情試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,為后期開展艦載武器裝備高海情實(shí)戰(zhàn)化考核，摸清裝備性能底數(shù)，提高試驗(yàn)質(zhì)量奠定理論基礎(chǔ)。