尾流自導魚雷最小開機距離及其應用

野學范，李本昌，張孝芳，孫曉磊

（海軍潛艇學院，山東 青島 266042）

自導魚雷在攻擊過程中準確地選擇末段自導開機距離（時機）是影響攻擊效果的重要環節。這是因為如果魚雷自導開機過早，有可能產生不利于平臺對目標繼續探測和魚雷導引的狀況[1-2]，或者由于魚雷的變深行為導致過早被暴露的可能，由此，不僅會給目標提供較為充裕的對抗時間，還可能遭到目標對發射臺的反擊；如果開機過晚，則又可能影響魚雷對目標的正常搜索，甚至失去魚雷搜索發現目標的機會。所以，恰當地確定魚雷自導開機距離是作戰使用中一個不容忽視的問題。

末段聲自導魚雷攻擊如此，末段尾流自導魚雷攻擊也是如此。由于魚雷自身技術的要求，以及作戰使用過程中諸多不確定因素的影響，要想恰到好處地選擇魚雷自導開機時機，首先必須依據魚雷的技術要求、作戰使用的可能情況確定魚雷所需要的最小開機距離。以此為目的，本文試圖研究末段尾流自導魚雷的最小開機距離及其應用問題。

1 尾流自導最小開機距離概念

由于魚雷技術和作戰使用的需要，尾流自導魚雷開機后通常需要完成下列動作:變深，以從導引時的深度或預設定的深度上浮到滿足魚雷自導檢測的深度上；變速，以使用規定的速度檢測和跟蹤目標；自導自適應，以建立尾流自導的檢測基準等，而完成這些任務都需要一定的時間過程。所以，從本質上來說，確定魚雷自導開機距離的主要依據是魚雷自導開機點與預定的射擊瞄準點[3-4]（目標尾流中的一點）之間的距離。如果魚雷正常完成這一系列工作之后正好進入目標尾流，那么魚雷自導開機點與魚雷進入目標尾流點之間的距離就稱為尾流自導的最小開機距離。

顯而易見，在作戰應用中，無論采用尾流自導射擊，還是采用線導加尾流自導射擊，最小開機距離都是確定魚雷自導開機最晚時機的重要依據。也就是說，只有在魚雷與射擊瞄準點之間的距離大于最小開機距離時控制魚雷自導開機才是有效的，否則攻擊失敗是不可避免的。因此，研究這一最小距離是研究尾流自導魚雷自導開機時機的前提條件和重要依據。

2 影響尾流自導最小開機距離的主要因素

由于在攻擊應用中，很多不確定性因素的存在，必將使得魚雷最小開機距離與這些因素密切相關。例如，不同的發射（導引）深度，會使魚雷上浮過程需要的時間不同，從而影響完成自導開機過程的時間。因此，魚雷自導的最小開機距離實際上是關于各種相關因素的函數，而并不是通過簡單的定性分析就能確定的參數。其中，主要的影響因素在于以下幾個方面。

2.1 魚雷航行深度的影響

魚雷航行深度與最小開機距離之間存在著一定的關系。原因在于:魚雷在自適應前有一個爬升變深的過程。因此，從不同深度爬升到自導開機后的戰斗深度所需要的時間是不同的。同時，魚雷在以一定的俯仰角爬升的過程中，在水平方向上必然存在著速度的分量。因此，發射深度越大，由速度水平分量產生的水平移動距離亦隨之增大。

2.2 魚雷航向誤差的影響

魚雷航向誤差是指在水平面上向左或向右偏離平均航跡的角度[5]。魚雷航程與航向誤差余弦的乘積和最小開機距離之間存在正比例關系，這種誤差將影響魚雷進入目標尾流的距離。

2.3 魚雷速制及其誤差的影響

1）魚雷速制。魚雷速制的不同造成的影響主要表現在兩方面:一是魚雷上浮過程所需時間不同；二而是魚雷自導自適應過程所消耗航程不同。

2）魚雷速度誤差。在確保魚雷完成自導開機過程的前提下，魚雷航速誤差是確定自導開機最小距離應顧及的重要因素，通常應以正向誤差為基準。

2.4 目標散布的影響

目標散布是由潛艇測量目標運動要素誤差引起的，目標散布區的大小與海上目標的定位誤差、戰術態勢、射擊區的地理位置及水文氣象條件、目標信息的延時時間等因素有關。

在潛艇攻擊中，目標方位（航向）、距離誤差對魚雷直航段航程影響較大，自然也就對最小開機距離產生較大影響；而目標航速誤差影響只表現在魚雷尾流進入點相對目標艦尾的偏移量，且該偏移量不會使進入點超出目標尾流有效范圍，因此魚雷尾流進入點的偏移問題可以忽略，航速誤差產生的影響可以不計。[6]

3 尾流自導最小開機距離數學模型

3.1 計算模型

依據上述各種因素及其表現形態，可建立尾流自導最小開機距離的數學模型如下:

圖1 尾流自導魚雷射擊示意圖

如圖1所示，Dmin為尾流自導最小開機距離，d1為魚雷完成變深時航行航程，d2為魚雷完成自適應航行主航程，d3為魚雷完成變高速時航行航程，dΔ4為開機點散布誤差，dΔ5為目標運動要素誤差引起的魚雷直航段航程誤差，vΔ1為開機前速度誤差，v1為低速，a為魚雷從低速轉至高速的加速度，v2為高速，hΔ為魚雷深度誤差，H為魚雷巡航深度，h為預設定的戰斗深度，t0為魚雷開機前的航行時間，t1為魚雷完成變深所需時間，t2為魚雷自適應時間，t3為魚雷完成變高速所需時間（t2、t3設為20′），α為魚雷變深時俯仰角（設為 30°），β為魚雷自適應蛇行機動時與主航向夾角（設為 45°），x為魚雷方位失準角。ΔSlΔDg、ΔSlΔXm分別為目標距離誤差、航向誤差引起的魚雷直航段航程誤差，由于數學描述很長，且文獻[6]中已有詳細描述，在此不再展開。

3.2 仿真計算和分析

采用目標速度20Kn，魚雷速度30 Kn，設定魚雷航向誤差為5度，利用上述數學模型分別仿真計算魚雷設定深度5m、25m時自導最小開機距離。

表1 魚雷航向誤差5度設定深度5m/25m時自導最小開機距離（m）

結果表明，正橫附近，魚雷航向正向誤差影響自導開機距離較小，因此自導最小開機距離較小；隨著攻擊目標舷角的增大或減小，魚雷航向誤差引起的正向誤差均呈增大趨勢，目標距離越遠魚雷航向引起的正向誤差也越大，此時自導最小開機距離自然越大；魚雷設定深度雖也對其產生影響，但影響較小。

采用目標速度20 Kn，魚雷速度30 Kn，魚雷航程誤差3%，分別仿真計算魚雷設定深度5m、25m時自導最小開機距離，結果如下:

表2 魚雷航程誤差3%設定深度5m/25m魚雷自導最小開機距離（m）

結果表明，距離越遠，目標舷角越大，魚雷航程正向誤差影響自導開機距離越大，因此自導最小開機距離越大；設定深度影響同上。

采用目標速度20m/30m，目標距離誤差10%、航向誤差5度，魚雷速度30 Kn、設定深度25m、航向誤差2度、航程誤差3%，仿真計算結果如表3。

表3 目標速度20 Kn /30 Kn綜合要素誤差影響下的最小開機距離（米）

結果表明，綜合要素誤差對魚雷自導最小開機距離的影響是:目標距離越遠、攻擊目標舷角越大，魚雷自導開機距離受綜合要素誤差正向影響越大，因此魚雷自導最小開機距離越大。

綜合比較三個表中的數據不難看出:目標距離誤差、航向誤差的影響是主要的，魚雷航向誤差、航程誤差以及設定深度的影響是次要的。

采用目標速度10-35 Kn，進行重復仿真計算和統計分析，綜合要素誤差對自導最小開機距離的影響與表3呈相同的變化規律；且目標速度越大綜合要素誤差對自導最小開機距離影響越大。在魚雷自導開機任務充分完成的基礎上，必須考慮各種隨機誤差的干擾，以保證魚雷完成自導自適應之前不出現穿越目標尾流的可能。

4 魚雷自導最小開機距離的應用

研究尾流自導魚雷最小開機距離的根本目的在于如何根據魚雷技術的需要把握作戰使用方法，而作戰使用過程中所關心的是魚雷自導開機時機問題。在利用開機距離或者開機時間的前提下，為了科學合理地計算這一時機，在以自導方式射擊時，當確定了發射態勢和目標運動要素之后，應首先按照上述模型計算魚雷的最小開機距離，然后依據發射方式和射擊參數的解算結果計算魚雷的自導開機距離。

4.1 自導魚雷射擊的魚雷航程

在計算魚雷最小開機距離的基礎上，確定魚雷自導開機時機可以用魚雷出管后的航程確定，也可以用魚雷出管后的時間確定。無論使用哪一種，都必須計算魚雷從發射到進入預定瞄準點過程中魚雷所經歷的航程 St。為此，還需按照武器系統的射擊控制方法計算魚雷的這一航程。

依據發射態勢和魚雷技術要求，末端尾流自導魚雷射擊模式通常分為一次轉角射擊和二次轉角射擊兩種。當潛艇在當前的位置點通過魚雷一次轉角能夠滿足魚雷的進入角度要求時，采用一次轉角射擊。否則，如果魚雷一次轉角不能保證魚雷以理想的角度進入尾流時,則需要進行第二次轉角射擊。因此，計算魚雷的航程有以下兩種情況。

1）一次轉角射擊時

如圖2所示，利用轉角射擊方程式[7]可求得:

2）二次轉角射擊時

如圖3所示，利用轉角射擊方程式[7]可求得:

圖2 一次轉角射擊

圖3 二次轉角射擊

4.2 極限開機時機及應把握的問題

利用最小開機距離和魚雷進入預定瞄準點的航程很容易確定魚雷的極限開機時機，用魚雷航程可表示為

或者，可用魚雷航行時間表示為

上式考慮的是魚雷不變速時的情形，變速時則應根據變速時機分段計算，由于魚雷變速時機不盡相同，在此不詳細展開分析。

可以看出，以上兩式描述的是魚雷的極限開機時機，即魚雷按此時機開機，正好完成開機后即進入目標尾流；若魚雷在這一時機仍未開機，將直接導致魚雷穿越尾流、丟失目標；若過早于這一時機又將影響隱蔽性的戰術要求。因此，在作戰運用中，應依據各種誤差的干擾程度確定開機時機。一般情況下，確定的開機時機應早于這一時機。

5 結束語

最小開機距離的概念及其算法揭示了尾流自導魚雷射擊控制的技術要求，給出了確定尾流自導魚雷自導開機時機的依據。然而，由于其計算的復雜性，在應用中僅靠作戰使用者的人工計算和估計，將難以滿足高度緊張過程中的應用問題，其必然的要求就是象解算魚雷的其它射擊控制參數一樣，利用作戰系統的技術資源提供實時解算保障。由此，對提高尾流自導魚雷的作戰效能將是十分有益的。

[1]艾東.線導+尾流自導魚雷導引方法應用探討[J].指揮控制與仿真,2010,32(4):47-48.

[2]李剛強,黃文斌.線導魚雷導引方法綜述明[J].魚雷技術,2003,l1(2):38-42.

[3]李本昌.尾流自導魚雷射擊瞄點及射擊解算[J].潛艇學術研究,2000,79(2):33-34.

[4]夏佩倫.一種計算尾流自導魚雷極限射距的方法[J].魚雷技術,2008,16(2):50-52.

[5]王幸軍，李本昌.線導魚雷靶場散布分析[J].魚雷技術，2006,14(2)54-56.

[6]張克輝,溫洪,劉勇.目標運動要素誤差對尾流自導魚雷自導開機距離的影響[J].指揮控制與仿真,2010,32(5):102-104.

[7]趙正業.潛艇火控原理[M].北京:國防工業出版社，2003.