護(hù)航編隊使用火箭助飛聲誘餌對抗聲自導(dǎo)魚雷仿真分析

劉 峰, 沈治河

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護(hù)航編隊使用火箭助飛聲誘餌對抗聲自導(dǎo)魚雷仿真分析

劉 峰1, 沈治河2

(1. 研究生管理大隊 海軍大連艦艇學(xué)院, 遼寧 大連, 116018; 2. 科研部 海軍大連艦艇學(xué)院, 遼寧 大連, 116018)

以水面艦艇護(hù)航編隊對抗聲自導(dǎo)魚雷為背景, 分析了單艦艇使用火箭助飛聲誘餌對抗來襲魚雷, 建立了聲自導(dǎo)魚雷攻擊水面艦艇編隊和火箭助飛聲誘餌對魚雷實施誘騙的數(shù)學(xué)模型, 并對聲自導(dǎo)魚雷攻擊水面艦艇編隊的追蹤彈道進(jìn)行仿真, 分析了不同護(hù)航艦艇使用火箭助飛聲誘餌對抗聲自導(dǎo)魚雷的過程, 得出了魚雷能夠成功命中編隊艦艇的幾種態(tài)勢, 并求取了一種典型態(tài)勢下火箭助飛聲誘餌能夠有效保護(hù)編隊艦艇的最佳投放位置, 為編隊合理使用火箭助飛聲誘餌提供參考。

聲自導(dǎo)魚雷; 火箭助飛聲誘餌; 艦艇編隊; 仿真

0 引言

火箭助飛聲誘餌是水面艦艇防御聲自導(dǎo)魚雷的重要手段。它的工作原理主要是通過發(fā)射裝置將聲誘餌發(fā)射到距艦艇一定的距離、舷角上, 誘餌入水后會產(chǎn)生較高聲源級的噪聲, 并能夠接收和應(yīng)答魚雷發(fā)出的主動信號, 從而實現(xiàn)將魚雷引離艦艇, 達(dá)到有效對抗的目的。但通常情況下, 聲誘餌只能為單艦艇提供近程防御, 而在現(xiàn)代海戰(zhàn)中, 水面艦艇主要以編隊的形式活動, 因此, 研究火箭助飛聲誘餌在編隊防御魚雷中的使用將具有更加廣泛的適用性和實際意義。

本文將以護(hù)航編隊為背景, 通過仿真的手段對編隊使用火箭助飛聲誘餌對抗聲自導(dǎo)魚雷的過程進(jìn)行分析。

1 護(hù)航編隊使用火箭助飛聲誘餌存在的問題

護(hù)航編隊使用火箭助飛聲誘餌存在的問題主要在于, 對于單艦艇來說, 火箭助飛聲誘餌的使用相對簡單, 只要將魚雷引離艦艇即可。而編隊中, 火箭助飛聲誘餌的使用不僅要保證發(fā)射艦艇自身安全, 還應(yīng)該保證魚雷穿過誘餌后不能搜捕到被護(hù)航艦艇和其他護(hù)航艦艇。要做到這一點(diǎn), 就必須對聲誘餌對抗聲自導(dǎo)魚雷過程進(jìn)行仿真, 通過對魚雷彈道的分析, 得出既能保證發(fā)射艦艇自身安全, 又能有效掩護(hù)被護(hù)航艦艇的誘餌投放位置。

2 對抗模型的建立

2.1 對抗態(tài)勢

編隊對魚雷的防御態(tài)勢可以通過魚雷的位置分為2種情況, 如圖1所示。

圖1 護(hù)航編隊對聲自導(dǎo)魚雷的2種防御態(tài)勢

1) 在警戒圓外發(fā)現(xiàn)魚雷(魚雷I)。此態(tài)勢下, 可能是潛艇在編隊近程警戒圓之外直接對被護(hù)航艦艇實施魚雷攻擊, 也可能是潛艇對近程警戒圓艦艇實施魚雷攻擊, 因此很難進(jìn)行準(zhǔn)確地判斷, 但無論魚雷針對何種目標(biāo), 護(hù)航艦艇均應(yīng)采取積極的攔截和對抗措施。與單艦防御不同, 其所采取的對抗措施應(yīng)不使魚雷穿過誘餌后具有捕捉被護(hù)航艦艇的可能性。而此時被護(hù)航艦艇也應(yīng)實施規(guī)避機(jī)動, 力爭拉大與魚雷之間的距離。

2) 在警戒圓內(nèi)發(fā)現(xiàn)魚雷(魚雷II)。此態(tài)勢下, 潛艇仍然有可能是在編隊近程警戒圓之外直接對被護(hù)航艦艇實施魚雷攻擊, 也有可能是潛艇已經(jīng)突破了編隊近程警戒圓。無論潛艇的位置在哪, 魚雷的攻擊目標(biāo)顯然都已確定為被護(hù)航艦艇, 而這時, 警戒艦艇在魚雷防御中的作用大大減小, 被護(hù)航艦艇將不得不更多地依靠自身機(jī)動和自身的魚雷防御系統(tǒng)實施防御。

2.2 模型的建立

對于每艘護(hù)航艦艇來說, 其對抗坐標(biāo)系如圖2[1-3]。

圖2 火箭助飛聲誘餌對抗來襲魚雷坐標(biāo)系

2.2.1 被護(hù)航艦艇位置

設(shè)被護(hù)航艦艇初始位置坐標(biāo)

2.2.2 護(hù)航艦艇位置

2.2.3 魚雷位置

魚雷初始位置坐標(biāo)

2.2.4 火箭助飛聲誘餌位置

2.2.5 魚雷與被護(hù)航艦艇的位置關(guān)系(與護(hù)航艦艇的位置關(guān)系同)

2.2.6 魚雷與聲誘餌的位置關(guān)系

2.2.7 聲納探測距離

聲納的探測距離可通過被動聲納方程得出[4]

1) 水面艦艇的輻射噪聲

2) 傳播損失

影響傳播損失的因素較多, 可以用下面的公式近似取得

3) 環(huán)境噪聲

環(huán)境噪聲來自于海洋環(huán)境和自噪聲, 可由下式近似計算取得。

2.2.8 魚雷搜捕與命中

2) 魚雷自導(dǎo)邏輯設(shè)定

b. 魚雷首次捕獲目標(biāo)時, 在確認(rèn)時間5 s鐘內(nèi), 如果同時有多個目標(biāo)進(jìn)入魚雷的自導(dǎo)扇面內(nèi), 以噪聲輻射強(qiáng)度大的為優(yōu)先跟蹤對象;

c. 魚雷在追蹤到目標(biāo)后, 追逐的方式為尾追法;

d. 在已捕捉目標(biāo)的狀態(tài)下, 若自導(dǎo)扇面內(nèi)又出現(xiàn)新目標(biāo), 則認(rèn)為自導(dǎo)裝置并不識別, 繼續(xù)跟蹤原目標(biāo);

e. 在再搜索過程中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)按首次發(fā)現(xiàn)目標(biāo)處理;

f. 若魚雷航程耗盡或我方艦被擊中, 則魚雷一次攻擊結(jié)束。

3) 魚雷捕獲和命中的判斷

3 仿真計算

3.1 仿真思路

在實際作戰(zhàn)中, 魚雷的航向信息是非常難獲得的, 很難判斷出魚雷攻擊的目標(biāo)究竟是護(hù)航艦艇或者是被護(hù)航艦艇, 因此, 本文對魚雷所有可能威脅到編隊的航向都進(jìn)行逐一仿真, 進(jìn)而找出能夠應(yīng)對多種可能威脅的誘餌投放位置。

3.2 參數(shù)設(shè)定

1) 編隊航行機(jī)動

2) 魚雷運(yùn)動要素

3.3 仿真結(jié)果及分析

圖4則更復(fù)雜一些, 在魚雷的威脅航向中, 存在以下4種情況: 1) 直接捕捉并命中被護(hù)航艦艇; 2) 捕捉到誘餌, 穿過誘餌后命中2號護(hù)航艦艇; 3) 捕捉到誘餌, 穿過誘餌后命中1號護(hù)航艦艇; 4) 直接捕捉并命中4號護(hù)航艦艇。

如圖5所示, 對于3號艦艇來說, 當(dāng)在較小的舷角發(fā)現(xiàn)魚雷時, 由于聲誘餌發(fā)射存在距離上的限制, 因此艦艇只能對自身提供保護(hù), 而對被護(hù)航艦艇則無能為力。

圖3 1號艦聲誘餌對抗示意圖

圖4 2號艦聲誘餌對抗示意圖

圖5 3號艦聲誘餌對抗示意圖

對于4號艦艇來說, 其發(fā)現(xiàn)的魚雷多是進(jìn)行追趕攻擊, 在仿真中大多數(shù)情況下魚雷對被護(hù)航艦艇基本上威脅很小, 4號艦艇只需進(jìn)行自身的防護(hù), 所以聲誘餌的投放只要能夠確保自身安全即可。圖6(a)中的誘餌顯然沒有對艦艇實施有效的保護(hù), 魚雷在穿過誘餌后立即捕捉到了艦艇, 而圖6(b)中的誘餌則對魚雷威脅航向進(jìn)行了覆蓋, 有效地保護(hù)了艦艇。

圖6 聲誘餌處于不同位置時4號艦對抗示意圖

由于仿真的數(shù)據(jù)量較大, 限于篇幅, 本文將數(shù)據(jù)加以總結(jié), 選取了1號艦艇在5 000 m處發(fā)現(xiàn)魚雷時火箭助飛聲誘餌的最佳投放位置(見表1), 可為火箭助飛聲誘餌在編隊防御魚雷作戰(zhàn)中決策參考。表中, 當(dāng)魚雷位于1號艦艇的舷角處于110o~ 170o之間時, 無論誘餌如何投放, 被護(hù)航艦艇總是有可能被魚雷捕獲并命中。

表1 魚雷距離5 000 m時聲誘餌投放位置

4 結(jié)束語

由于仿真對抗結(jié)果與性能參數(shù)的設(shè)定和魚雷的自導(dǎo)邏輯密切相關(guān), 而不同魚雷的性能參數(shù)和自導(dǎo)邏輯可能會有較大的不同, 所以本文在仿真時只采用了一些最基本的參數(shù)和邏輯。因此, 今后還需進(jìn)一步的完善仿真程序, 做出更有針對性的仿真結(jié)果。

[1] 劉峰, 沈治河. 火箭助飛聲誘餌對抗聲自導(dǎo)魚雷作戰(zhàn)仿真分析[J]. 水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù), 2007, 15(1): 16-20. Liu Feng, Shen Zhi-he. The Analysis of Rocket-Assisted Acoustic Decoy Simulation in Anti-Acoustic Homing Torpedo Operation[J]. Mine Warfare & Ship Self-Defence, 2007, 15(1): 16-20.

[2] 賈躍, 宋保維, 梁慶衛(wèi). 火箭助飛聲誘餌對抗魚雷的艦艇規(guī)避優(yōu)化模型及其生存概率分析[J]. 兵工學(xué)報, 2008, 29(5): 637-640.

Jia Yue, Song Bao-wei, Liang Qing-wei. Evadable Opti mization Model and Survival Probability Analysis of Warship with Rocket Assist Acoustic Decoy Countering Torpedo[J]. Acta Armamentarii, 2008, 29(5): 637-640.

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[4] 劉亞光, 孟憲禹. 聲納原理[M]. 大連: 海軍大連艦艇學(xué)院, 1998.

[5] 劉伯勝. 水聲學(xué)原理[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社, 1993.

Simulation of Convoy Warship Formation Defending Against Acoustic Homing Torpedo with Rocket Assisted Acoustic Decoy

LIU Feng1, SHEN Zhi-he2

(1. Graduate Management Team, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China; 2. Office of Research and Development, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China)

To address a convoy warship formation defending against an acoustic homing torpedo, the process of single warship trapping an incoming torpedo by using a rocket assisted acoustic decoy is analyzed, consequently a mathe- matical model about an acoustic homing torpedo attacking a warship formation and a rocket assisted acoustic decoy trapping an incoming torpedo is established. The tracking trajectory of the torpedo in attacking a warship formation is simulated, and the processes of trapping a torpedo by the decoys from different convoy warships are analyzed. As a result, some torpedo postures with which the torpedo can successfully hit the warship formation are obtained, and the best launching position of the decoy for effectively protesting the formation in a typical situation is achieved.

acoustic homing torpedo; rocket assisted acoustic decoy; warship formation; simulation

TJ630

A

1673-1948(2012)02-0134-05

2011-09-11;

2011-10-14.

劉 峰(1980-), 男, 在讀博士, 主要研究方向為水面艦艇防御戰(zhàn)術(shù).

(責(zé)任編輯: 許 妍)