水面艦艇與反潛巡邏機(jī)協(xié)同檢查搜潛隊(duì)形配置研究

唐 晨,孫秀文,吳 剛

(海軍指揮學(xué)院,江蘇 南京 210016)

搜潛是反潛作戰(zhàn)的重要前提。隨著潛艇降噪、規(guī)避搜潛等方面技術(shù)的發(fā)展,搜索發(fā)現(xiàn)潛艇變得更加困難。艦機(jī)協(xié)同檢查搜潛,由于可以實(shí)現(xiàn)兵力優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、提高搜索發(fā)現(xiàn)效能,在檢查搜潛中運(yùn)用較為普遍。水面艦艇與反潛巡邏機(jī)協(xié)同檢查搜潛是一種常見(jiàn)的搜潛編組形式,主要在搜索海域范圍廣、潛艇存在可能性大、搜索時(shí)間比較長(zhǎng)時(shí)使用。其中,水面艦艇主要使用艦殼聲吶、拖曳線列陣聲吶等裝備搜潛;反潛巡邏機(jī)主要使用聲吶浮標(biāo)、磁探儀等裝備搜潛。檢查搜潛的目的是搜索發(fā)現(xiàn)指定海域中的潛艇,或是將指定海域搜掃干凈,盡可能地排除里面的潛艇。對(duì)水面艦艇與反潛巡邏機(jī)協(xié)同檢查搜潛問(wèn)題進(jìn)行建模分析,得出較優(yōu)化的隊(duì)形配置,對(duì)搜潛實(shí)踐具有一定的理論指導(dǎo)意義。受篇幅所限,這里研究討論水面艦艇使用艦殼聲吶與反潛巡邏機(jī)布設(shè)聲吶浮標(biāo)協(xié)同檢查搜潛的隊(duì)形配置。

1 水面艦艇與反潛巡邏機(jī)協(xié)同檢查搜潛的一種隊(duì)形

水面艦艇與反潛巡邏機(jī)協(xié)同檢查搜潛時(shí),水面艦艇位于搜索帶一端,采用單橫隊(duì)直航向機(jī)動(dòng)搜索潛艇;反潛巡邏機(jī)在搜索帶的兩側(cè)布設(shè)聲吶浮標(biāo)陣,以發(fā)現(xiàn)低速向搜索帶兩側(cè)規(guī)避的潛艇,如圖1所示。這里的隊(duì)形,實(shí)際上是指水面艦艇與反潛巡邏機(jī)布設(shè)的聲吶浮標(biāo)陣的隊(duì)形。

圖1 隊(duì)形示意圖

2 水面艦艇與反潛巡邏機(jī)協(xié)同檢查搜潛隊(duì)形建模分析

不妨假設(shè)在寬為、長(zhǎng)為的搜索帶內(nèi),可能存在某潛艇。上級(jí)計(jì)劃派遣水面艦艇與反潛巡邏機(jī)實(shí)施協(xié)同檢查搜潛,現(xiàn)需要配置協(xié)同檢查搜潛隊(duì)形。要確定搜潛隊(duì)形,主要需要解決兩個(gè)大問(wèn)題:一是水面艦艇的隊(duì)形和位置點(diǎn);二是聲吶浮標(biāo)的陣形和位置點(diǎn)。

2.1 水面艦艇的隊(duì)形和位置點(diǎn)

為建模方便,設(shè)定為同型艦艇。水面艦艇位于搜索帶的一端,采用單橫隊(duì)搜索,其聲吶作用區(qū)的寬度至少要覆蓋搜索帶的寬度,如圖2所示。因此,水面艦艇的隊(duì)形寬度為

=-2

(1)

式中:為水面艦艇的隊(duì)形寬度;為水面艦艇聲吶的作用距離。

圖2 水面艦艇隊(duì)形示意圖

由已有文獻(xiàn)可知,相鄰艦艇聲吶作用區(qū)應(yīng)有一定的重疊,以有效防止?jié)撏乃媾炌еg區(qū)域逃脫。如圖3所示,水面艦艇的隊(duì)形寬度為

=(-1)

(2)

式中，為水面艦艇的數(shù)量;為間隔系數(shù),通常∈[1,2]。由(1)、(2)式,可得水面艦艇的數(shù)量為

(3)

當(dāng)確定水面艦艇的數(shù)量和隊(duì)形寬度后,易得各水面艦艇的具體位置點(diǎn)。

圖3 水面艦艇隊(duì)形示意圖

2.2 聲吶浮標(biāo)的陣形和位置點(diǎn)

2.2.1 聲吶浮標(biāo)的陣形

聲吶浮標(biāo)配置在搜索帶的兩側(cè),采取直線陣,配置方向與水面艦艇的航向平行。配置時(shí),反潛巡邏機(jī)與水面艦艇的行動(dòng)應(yīng)有效協(xié)同,以保證潛艇在規(guī)避水面艦艇搜索時(shí),能夠進(jìn)入聲吶浮標(biāo)作用區(qū)。實(shí)現(xiàn)協(xié)同的方法是使反潛巡邏機(jī)活動(dòng)周期與水面艦艇通過(guò)浮標(biāo)障礙所需要的時(shí)間相等,即聲吶浮標(biāo)陣的長(zhǎng)度等于水面艦艇在浮標(biāo)工作時(shí)間內(nèi)的航程。

=

(4)

式中，為聲吶浮標(biāo)陣的長(zhǎng)度;為水面艦艇的搜索速度;為聲吶浮標(biāo)工作時(shí)間。并且相鄰聲吶浮標(biāo)作用區(qū)應(yīng)有一定的重疊,以有效防止?jié)撏穆晠雀?biāo)之間區(qū)域逃脫。如圖4所示,聲吶浮標(biāo)陣的長(zhǎng)度為

=(-1)

(5)

式中，為聲吶浮標(biāo)的作用距離;為聲吶浮標(biāo)的數(shù)量;為間隔系數(shù),通常∈[1,2]。

由(4)、(5)式,可得需要的聲吶浮標(biāo)的數(shù)量為

(6)

圖4 聲吶浮標(biāo)陣形示意圖

2.2.2 聲吶浮標(biāo)的位置點(diǎn)

確定了聲吶浮標(biāo)的陣形,還需要確定聲吶浮標(biāo)的位置點(diǎn)。先確定左右兩側(cè)基準(zhǔn)浮標(biāo)相對(duì)于側(cè)翼艦艇的位置點(diǎn)。有了基準(zhǔn)浮標(biāo)的位置點(diǎn),根據(jù)聲吶浮標(biāo)的間隔和布設(shè)方向,就可以依次確定其他聲吶浮標(biāo)的位置,最終可以完成整個(gè)隊(duì)形配置。

基準(zhǔn)浮標(biāo)為點(diǎn)、點(diǎn)的聲吶浮標(biāo),如圖5所示。確定基準(zhǔn)浮標(biāo)的位置,即要確定聲吶浮標(biāo)和側(cè)翼艦艇的最小間隔,以及基準(zhǔn)浮標(biāo)到水面艦艇隊(duì)列線的距離。

圖5 隊(duì)形配置示意圖

1)聲吶浮標(biāo)和側(cè)翼艦艇的最小間隔

聲吶浮標(biāo)陣與水面艦艇的航向平行,如圖5所示。當(dāng)聲吶浮標(biāo)在側(cè)翼艦艇正橫位置時(shí),與側(cè)翼艦艇的間隔最小。該間隔要保證水面艦艇航行噪音和聲吶工作不能干擾浮標(biāo)工作。因此,

=

(7)

式中，為水面艦艇航行噪音和聲吶工作不干擾浮標(biāo)工作的最小距離,可以通過(guò)實(shí)測(cè)獲得。

2)基準(zhǔn)浮標(biāo)到水面艦艇隊(duì)列線的距離

水面艦艇的作用是發(fā)現(xiàn)水面艦艇搜索帶內(nèi)的潛艇,聲吶浮標(biāo)陣的作用是發(fā)現(xiàn)企圖向水面艦艇搜索帶兩側(cè)規(guī)避的潛艇。水面艦艇與聲吶浮標(biāo)陣協(xié)同時(shí),要使規(guī)避水面艦艇搜索的潛艇進(jìn)入聲吶浮標(biāo)陣。因此,聲吶浮標(biāo)陣應(yīng)該布設(shè)在潛艇最有可能規(guī)避水面艦艇搜索的航向前方。

首先,確定潛艇最為有利的規(guī)避航向。

(8)

式中，為潛艇的規(guī)避速度。如圖6所示。

圖6 左側(cè)艦艇與潛艇相對(duì)運(yùn)動(dòng)示意圖

其次,確定潛艇可能逃脫水面艦艇搜索的區(qū)域。

圖7 潛艇可能逃脫水面艦艇搜索的區(qū)域示意圖

最后,確定基準(zhǔn)浮標(biāo)到水面艦艇隊(duì)列線的距離。

圖8 隊(duì)形配置示意圖

將圖8左下側(cè)區(qū)域放大,并作相應(yīng)的輔助線,如圖9所示,可知基準(zhǔn)浮標(biāo)到水面艦艇隊(duì)列線的距離為

=||+||

(9)

圖9 隊(duì)形配置左下側(cè)區(qū)域放大圖

其中:

(10)

||=||tan=(||-||)tan=

(-)tan

(11)

將(10)、(11)式,代入(9)式,化簡(jiǎn)得

(12)

3 仿真驗(yàn)證

下面,通過(guò)一個(gè)案例,驗(yàn)證隊(duì)形配置的可行性。不妨假設(shè)在寬為30n mile、長(zhǎng)為60n mile的搜索帶內(nèi),可能存在某潛艇。水面艦艇與反潛巡邏機(jī)等性能參數(shù)如表1所示。

表1 兵力參數(shù)表

3.1 確定水面艦艇的隊(duì)形和位置點(diǎn)

由(1)式,可得水面艦艇的隊(duì)形寬度為20 n mile。由(3)式,若間隔系數(shù)取1.5,可得水面艦艇的數(shù)量為4艘。因此,水面艦艇的實(shí)際間隔為6.7 n mile。

3.2 確定聲吶浮標(biāo)的陣形和位置點(diǎn)

首先,確定聲吶浮標(biāo)的陣形。由(4)式,可得反潛巡邏機(jī)布設(shè)的聲吶浮標(biāo)陣的長(zhǎng)度為24 n mile。由(6)式,若間隔系數(shù)取1.5,可知布設(shè)的數(shù)量為16 pcs,實(shí)際間隔為3 km。據(jù)此,對(duì)于長(zhǎng)為60 n mile的搜索帶的兩側(cè),需要3次布設(shè)聲吶浮標(biāo)。其中,第1次布設(shè)在時(shí)刻,兩側(cè)分別布設(shè)16 pcs,聲吶浮標(biāo)間隔為3 km;第2次布設(shè)在+2,兩側(cè)分別布設(shè)16 pcs,聲吶浮標(biāo)間隔為3 km;第3次布設(shè)在+4,兩側(cè)分別布設(shè)9 pcs,聲吶浮標(biāo)間隔為2.8 km。3次共需要布設(shè)聲吶浮標(biāo)82 pcs。為保證與聲吶浮標(biāo)陣的通信,反潛巡邏機(jī)每次在兩側(cè)聲吶浮標(biāo)陣之間的中心區(qū)域作環(huán)形或8字形航線飛行。

其次,確定聲吶浮標(biāo)的位置點(diǎn)。由(7)式,可得聲吶浮標(biāo)和側(cè)翼艦艇的最小間隔為8 n mile。由(7)、(8)、(12)式,可得基準(zhǔn)浮標(biāo)到水面艦艇隊(duì)列線的距離為3.5 n mile。確定了基準(zhǔn)浮標(biāo)的位置點(diǎn),依次確定其他聲吶浮標(biāo)的位置點(diǎn),即可完成整個(gè)隊(duì)形的配置。

綜上分析,反潛巡邏機(jī)3次布設(shè)聲吶浮標(biāo)陣后,隊(duì)形配置如圖10、11所示。對(duì)于寬為30 n mile、長(zhǎng)為60 n mile的搜索帶,共需要4艘水面艦艇、1架反潛巡邏機(jī)組成協(xié)同檢查搜潛編組執(zhí)行任務(wù),搜索時(shí)間為5 h,兩側(cè)共需要布設(shè)聲吶浮標(biāo)82 pcs。

圖10 第1、2次布設(shè)聲吶浮標(biāo)陣后隊(duì)形配置示意圖

圖11 第3次布設(shè)聲吶浮標(biāo)陣后隊(duì)形配置示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文運(yùn)用相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理和數(shù)學(xué)方法,對(duì)水面艦艇與反潛巡邏機(jī)協(xié)同檢查搜潛進(jìn)行了建模分析,探討了配置原理和計(jì)算公式,并仿真驗(yàn)證了其可行性。在實(shí)際運(yùn)用中,若搜索區(qū)域較大,通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)需要的搜潛兵力較多時(shí),可先將區(qū)域進(jìn)行分區(qū)處理,后再運(yùn)用該模型配置隊(duì)形。在研究過(guò)程中,也存在一些不足,如未研究水面艦艇使用拖曳線列陣聲吶或采取曲折機(jī)動(dòng)等情況,這些問(wèn)題還有待后續(xù)進(jìn)一步研究分析。