火箭深彈使用非觸發引信反魚雷作戰效能分析

劉德才，時進發，朱紅波，趙修平

（1.海軍大連艦艇學院 水武與防化系，遼寧 大連 116018；2.海軍航空工程學院 飛行器工程系，山東 煙臺 264001）

在不改變武器系統的前提下，如何賦予火箭深彈反魚雷功能，并提高現有深彈武器系統的反魚雷效能，增加水面艦艇與潛艇對抗中的生存概率？研究認為，火箭深彈使用編碼聲非觸發引信可解決這一難題。

1 火箭深彈反魚雷效能計算與分析

引信是影響火箭深彈作戰效能最重要的因素之一。深彈引信一般有以下幾種：水壓定時引信、撞擊定時引信、機械聯合引信和電子聯合引信。

以上幾種引信均采用的是“定時+觸發”爆炸機制。采用此類爆炸機制的引信，深彈散布和目標散布都比較大，攔截、毀傷魚雷的概率均較低[1]。

1.1 反魚雷效率指標描述

深彈爆炸可對聲自導魚雷產生軟、硬兩種殺傷作用。硬殺傷是指使魚雷動力、自導等機件失靈，喪失航行和追蹤能力；軟殺傷是指深彈爆炸聲源或形成的氣幕作為假目標誘騙魚雷，并以氣幕阻隔、衰減信號傳播，降低魚雷自導作用距離，使魚雷降低或喪失追蹤我艦的能力[2]。實驗表明，一枚裝有30 kg 左右TNT 當量的深彈爆炸時，在70 m 半徑內對自導魚雷引信有破壞作用，爆炸后形成水中氣幕，在自導魚雷作用距離以內具有干擾作用[3]。使用深彈對魚雷射擊的目的就是使魚雷喪失毀傷能力或實施誘騙。

火箭深彈反魚雷作戰效能計算，是在聲納具有對魚雷報警功能的條件下進行的。反魚雷效率指標指的是火箭深彈干擾魚雷概率和至少一發深彈毀傷魚雷的概率綜合。

1.2 深彈毀傷干擾魚雷概率基本數模

在三維直角坐標系中：Z軸為魚雷方位方向、X軸垂直于Z軸，Y軸垂直向地心，坐標原點在魚雷中心，符合右手法則。坐標軸水平面如圖1所示，深彈毀傷、干擾魚雷概率為P。

圖1 計算火箭深彈攔截魚雷坐標圖

式中：φ(X)為魚雷分布概率密度，X=(x,y,z)T；Pxij(X)為各發深彈毀傷魚雷概率；Pzij(X)為深彈干擾魚雷概率。[4]

1.3 傳統引信深彈反魚雷射擊效能計算

火箭深彈毀傷魚雷目標的能力與深彈類型有關。在計算深彈對魚雷毀傷概率的基礎上，對深彈爆炸點散布沿三維空間計算其毀傷魚雷的概率并進行綜合，從而求出火箭深彈反魚雷作戰效能。

火箭深彈在目標區爆炸形成的爆炸噪聲和爆炸氣泡，可以對主、被動聲制導引信魚雷構成干擾，由于爆炸只有在魚雷制導搜索扇面形成干擾。因此，分析傳統引信深彈對魚雷的干擾效能，需要在目標散布分析的基礎上，對干擾能力的形成進行分析。

1.3.1 計算條件

目標深度誤差為魚雷航行深度與深彈深度相對誤差，取±7 m。水平面分布誤差包括：現在點坐標誤差和射擊諸元誤差。現在點坐標誤差由聲納報警距離誤差和報警方位誤差形成。報警距離現為估計值，且受水聲、艦艇航行狀態影響，其誤差均方差也無實測參數，分析計算時取1cab。報警方位誤差亦無實測參數，計算時取1°。仰角和方向設定誤差均方差均為0.5°；仰角和方向跟蹤誤差均方差分別取0.5°和0.7°；仰角和方向不修正誤差均方差分別取0.8°和0.5°。

采用向魚雷搜索扇面內射擊法，向同一距離連續發射n發深彈，形成固定距離彈幕。一次射擊后經間隔時間?t，再向下一距離射擊，進行連續誘騙干擾，將魚雷向本艦后方拖引。射擊中不解相遇，不進行彈道、氣象修正。

1.3.2 計算模型

1）目標分布和深彈散布。

目標分布和深彈散布是計算毀傷和干擾魚雷概率的基礎[5]。聲納對魚雷報警為方位信息，報警距離為估計值，無深度信息，因而目標分布為水平面二維正態分布，垂直方向在魚雷航行深度區間內均等分布。設Z為魚雷方位方向，分布密度為：

目標分布誤差在水平和方向上不相干，則目標分布密度是均等分布與兩個正態分布密度的乘積：

攔截魚雷使用定時引信深彈，深彈散布密度式為[4]：

則毀傷、干擾魚雷概率基本數學模型(1)可以化為：

2）毀傷魚雷概率。

深彈毀傷魚雷自導裝置，即使其喪失自導能力。毀傷體為半徑為RB的球形體，深彈定時引信炸點落入毀傷體即為毀傷，毀傷概率為炸點落入毀傷體的概率[4]，D為直徑，

3）干擾魚雷概率。

由于深彈爆炸噪聲級為230 dB，遠比水面艦艇輻射噪聲100 dB 大，爆炸噪聲干擾完全覆蓋目標，因此深彈可以對被動目標誘騙[6]。連續發射3枚，持續時間達11 s以上，形成干擾能力。考慮到潛艇魚雷引信有主、被動兩種工作方式，從形成有效干擾能力分析，應考慮對主動聲自導引信的干擾，干擾概率為一次射擊中至少有3枚深彈炸點命中魚雷干擾區的概率。

深彈炸點只有在魚雷搜索扇面以內，才能形成干擾能力，因而干擾區一般在魚雷搜索扇面以內。魚雷搜索區為一錐體，其頂角即魚雷波束角。參考MK-46 魚雷性能，計算時波束角取30°。深彈炸點在距魚雷破壞半徑RB以內即可毀傷魚雷，屬硬殺傷作用，分析軟殺傷作用時，干擾區應在RB以外。

魚雷穿越深彈爆炸氣幕以后，如果在其搜索扇面內未發現其他目標，經過?t時間后進行環形再搜索。在即將開始環形搜索時，進行第二次射擊，深彈氣幕可以形成連續欺騙干擾。兩次射擊間隔為氣幕保留持續時間。干擾區最小距離為RT0。按魚雷速度計算，RT0＞RB深彈氣幕對主動自導魚雷最大作用距離為615 m。干擾概率P表示為：

1.4 編碼聲非觸發引信深彈反魚雷效能計算

使用編碼聲非觸發引信的火箭深彈，由于大大增加了魚雷非觸發毀傷體，從而有效提高了火箭深彈反魚雷作戰能力。

需要指出的是，增加深彈發射數量，可提高毀傷魚雷的效能，但經過研究分析和作戰使用的要求，一次發射通常在6枚之內。這是因為發射數量對效能提高有限，此外艦艇需要有連續抗擊、多次發射的戰術需求。

火箭深彈對潛射魚雷射擊效率與深彈武器系統、探測系統和目標條件等因素有關，在武器系統和目標條件相同的情況下，裝備非觸發引信的深彈對潛射魚雷射擊效率的提高主要體現在對魚雷捕獲能力的提高，計算其對潛射魚雷的毀傷概率，可將其捕獲能力等效到潛射魚雷非觸發等效體，見圖2。

圖2 計算魚雷非觸發等效體圖

LL、WL、HL為計算傳統引信深彈對魚雷射擊效率的等效體長、寬、高。而計算非觸發引信深彈對魚雷射擊效率魚雷等效體描述為：

式中：Lz=Rz·SinΦ為聲非觸發引信深彈軸線垂直方向探測距離；Rz為聲非觸發引信軸線方向探測距離；Φ為聲非觸發引信軸線方向探測張角。可以看出非觸發等效體遠遠大于觸發等效體。

根據基本模型(1)、式(5)，即可計算聲非觸發引信對魚雷的毀傷概率，干擾效率計算原理與常規引信相同。

計算時有關參數取值：目標速度45 kn，海深100 m。系統誤差分別取：探測方位誤差1°，探測距離誤差1%；計算目標舷角誤差5°，計算目標速度誤差1 kn；計算仰角誤差1°，計算旋回角誤差1.2°；仰角與旋回角瞄準誤差0.5°；仰角和旋回角跟蹤誤差0.5°；本艦速誤差1 kn；3個有代表性的射擊距離分別為：880 m、1 200 m和2 800 m，目標舷角取值10°至100°（篇幅所限）。

2 傳統引信和編碼聲非觸發引信深彈反魚雷效能分析

根據目前深彈武器系統裝備情況，在相同條件下，計算一深彈彈道使用傳統引信和編碼聲非觸發引信的反魚雷作戰效能。為分析火箭深彈武器系統相關要素對作戰效能的影響，軟件設計時將武器系統誤差源（計算時有關參數取值）作為輸入量，以便在分析引信效能的同時，找出其他因素對反潛效能的影響，編程計算結果如表1所示。

表1 編碼聲非觸發引信和傳統引信反魚雷毀傷概率比較表

從表1可以看出，無論在任何舷角和距離條件下，使用聲非觸發引信深彈毀傷魚雷概率均比傳統引信毀傷概率要高；在相同舷角條件下，距離越遠，聲非觸發引信毀傷魚雷概率提高越明顯，為遠程火箭深彈發展提供了技術支持[7]；在任何距離上，目標舷角0°或180°（篇幅受限100°以上舷角無列出）附近毀傷概率增加較小，但仍可達20°以上，30～150°附近毀傷概率增加明顯，90°附近增加最大。

從表1中隨機抽樣以6個目標舷角得出表2。可以看出，在相同條件下，裝備編碼聲非觸發引信深彈的反潛射魚雷作戰能力比傳統引信的毀傷概率至少提高41%以上，平均毀傷概率提高50%以上。

用相同方法同樣也可計算出另一種火箭彈道，結果表明，裝備編碼聲非觸發引信后的深彈反魚雷效能至少提高57%以上，平均毀傷概率提高達70%。

表2 深彈毀傷魚雷概率分析比較表

3 結論

通過對編碼聲非觸發引信作戰效能仿真計算和結果分析，得到如下結論：編碼聲非觸發引信能提高深彈捕獲目標能力，提高反魚雷作戰效能；在不改變反潛系統的情況下，賦予各型深彈攔截魚雷功能，可提高反魚雷效果，增加與潛艇對抗中水面艦艇的生存概率；用編碼聲非觸發引信替代傳統引信，可以實現現役火箭式深彈引信通用化，為發展新型遠程火箭深彈提供技術支持。此外，隨著探測、跟蹤技術的發展，火箭深彈的作戰效能將得到進一步提升。計算分析表明，如果采用編碼聲非觸發引信，同時改善武器系統計算、跟蹤和瞄準誤差等，可使深彈武器一次齊射反潛、反魚雷作戰效能提高200%，特別是反潛效能幾乎與自導魚雷作戰效能相當，大大提高了效費比，軍事效益十分明顯。

[1]尤曉航.艦載深彈武器系統發展思路探討[J].指揮控制與仿真,2003,12(6)∶1-3.

[2]賈躍.火箭深彈攔截魚雷實現方法研究[J].水中兵器,2003(1)∶31-32.

[3]劉慷.反潛武器及戰斗使用[M].大連∶海軍大連艦艇學院,1996∶1-4.

[4]揚福渠.火箭深彈射擊效率[M].北京∶國防工業出版社,1992∶47-115.

[5]時進發.艦載深彈武器系統射擊效率分析[J].射擊學報,2006(3)∶12-13.

[6]湯生大,汪順玉.新型火箭深彈發展思路[J].水中兵器,2003(1)∶11-13.

[7]時進發.中遠程火箭深彈大仰角射擊方法探討[J].射擊學報,2006(1)∶50-52.