雙速制聲自導魚雷調速策略優選研究

胡宏燦, 周 明, 林宗祥, 寇 祝

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雙速制聲自導魚雷調速策略優選研究

胡宏燦1, 周 明2, 林宗祥2, 寇 祝2

(1．海軍大連艦艇學院 航海系, 遼寧 大連, 116018; 2．海軍大連艦艇學院 水武與防化系, 遼寧 大連, 116018)

雙速制魚雷速度使用策略決定著魚雷射擊諸元的解算。本文以魚雷變速時雷目距離大于敵方潛艇魚雷報警距離為前提條件, 滿足攻擊用時短, 剩余航程大為依據, 通過仿真計算給出了特定態勢下的魚雷速度配置方案。仿真結果表明, 該方法概念清晰, 計算簡單, 結論合理可信, 具有一定的實用價值。

魚雷; 聲自導; 雙速制; 調速策略

0 引言

為提高淺水近岸復雜水文條件下的反潛能力, 世界各國相繼研制了輕型智能聲自導魚雷。新型魚雷具有發射載體多樣、多目標識別和智能水聲對抗能力強等特點, 同時還兼具變速功能。魚雷速制的變化, 可有效提高魚雷航程、增加魚雷攻潛隱蔽性, 為魚雷的作戰使用提供了更加靈活的方式。攻潛過程中速度的變化使得魚雷總航程、自導作用距離等關鍵技術戰術指標不再是恒值, 針對單速制魚雷建立的發射諸元解算模型已不再適用雙速制魚雷, 如何利用魚雷的雙速制特點, 建立魚雷直航搜索段速度配置模型, 以充分發揮魚雷的作戰效能, 是國產雙速制魚雷亟需研究的戰術熱點問題。

1 雙速制聲自導魚雷對潛射擊特點分析

雙速制魚雷在遠距離實施反潛攻擊時, 為減小魚雷自身輻射噪聲、敵潛艇魚雷報警距離, 同時增加魚雷自導作用距離和航程, 提高魚雷攻擊的隱蔽性, 在直航搜索段的前期, 通常使用低速航行; 在雷目距離達到某個閥值時, 或魚雷捕獲到目標時, 轉為高速航行, 以保證對目標的快速鎖定和跟蹤, 以上即為雙速制魚雷速度配置基本策略[1-3]。根據魚雷反潛基礎理論, 在特定陣位態勢射擊條件確定的情況下, 能夠使魚雷最大程度的遮蓋目標散布的魚雷發射角度, 稱為魚雷發射有利提前角[4]。有利提前角的計算是魚雷反潛最重要的戰術任務之一, 雙速制魚雷發射仍然要遵循這一指導性理論。由圖1陣位幾何關系可知, 提前角與魚雷速度、敵潛艇速度、射距、敵舷角、魚雷自導作用距離以及魚雷自導扇面角有關, 是上述參量的函數[5]。當魚雷為單速制時, 以上參量可知或可測, 模型可建立。而對雙速制魚雷而言, 由于魚雷直航搜索階段存在速度的改變, 故求雙速制魚雷有利提前角必須先求魚雷發射到雷目預定相遇點的平均速度, 而直航段的平均速度又決定于魚雷直航搜索段的速度配置方案, 速度配置方案又主要體現在魚雷直航搜索階段的魚雷變速時機上, 變速時機直接影響魚雷高速、低速航行距離、直航階段平均雷速, 達到預定相遇點時的魚雷剩余航程等戰術參量, 因此變速時機是雙速制魚雷作戰使用時需要解算的一個關鍵參量。

圖1 魚雷攻潛態勢圖

2 雙速制聲自導魚雷速度配置方案優選思路

根據魚雷反潛理論, 無論雙速制魚雷速度配置方案如何, 最后都要計算出發射提前角這一核心戰術參數, 在敵舷角、射距、自導作用距離、自導扇面角度確定的情況下, 雙速制魚雷有利提前角的計算需要首先確定魚雷直航搜索段的平均速度, 而雙速制魚雷直航搜索距離和平均速度又是魚雷發射提前角的函數, 在這種情況下解析計算雙速制魚雷的有利提前角比較困難, 模型難以建立。以美國MK46-5型雙速制魚雷為例, 低速航行速度為36 kn, 高速為45 kn, 則在魚雷直航搜索段, 無論何時變速, 整個直航段的平均速度將落在36～45 kn的范圍內, 直航段魚雷平均速度一旦確定, 則提前角可用解析法求出, 提前角一旦求出, 魚雷低速航行和高速航行距離即可解出, 利用仿真計算的方法, 使魚雷平均速度在36～45 kn變化, 仿真步長為0.5 kn, 求出每種平均速度下的提前角, 進而可得到不同提前角下的雙速制魚雷的變速時機、低速航行距離、剩余航程等參數。根據戰場態勢和戰斗任務性質, 可構造不同的雙速制魚雷速度配置優選函數, 從仿真結果中求解符合優選函數的提前角和魚雷速度配置方案。仿真流程如圖2所示。

圖2 仿真流程圖

3 雙速制聲自導反潛魚雷速度配置優選模型

魚雷直航段每一平均速度, 對應一個魚雷速度配置方案, 也即魚雷的變速時機, 而哪種配置方案最優, 需要根據戰斗任務性質和戰場態勢分別建立不同的方案配置優選模型, 基于反潛用時最短、雷目預定相遇點剩余航程最大、變速時雷目距離大于敵潛艇魚雷報警距離等依據, 構造優選模型如下。

設魚雷高速航行時速為V, 低速航行時速為V, 當直航彈道平均速度為V, 目標速度為V, 敵舷角為Q, 射距為D, 低速航行自導作用距離為1, 高速航行自導作用距離為2, 再假設魚雷自導作用距離與魚雷速度呈線性變化關系, 魚雷自導扇面半角為, 利用有利提前角計算模型可求得提前角為φ, 由戰位關系圖可知, 在魚雷到達預定相遇點時, 魚雷直航段總航程

式中:為自導扇面遮蓋中心系數;為魚雷自導作用距離。

低速航行時間

魚雷低速航行距離

魚雷高速航行距離

魚雷直航段總用時

魚雷到達預定相遇點剩余航程[6]

式中:1為魚雷全低速額定總航程;2為魚雷全高速額定總航程。

魚雷變速時雷目距離

由于潛艇魚雷報警距離大于魚雷自導作用距離, 敵潛艇通常會在魚雷捕獲目標之前發現來襲魚雷, 從而實施水聲對抗措施, 為了減小敵潛艇聲對抗反應時間, 魚雷應在敵潛艇發現來襲魚雷之前調整航速。以攻擊用時短, 剩余航程大為依據, 魚雷變速時雷目距離大于敵潛艇魚雷報警距離為參考條件, 構造目標函數如下

式中:()為反應攻擊用時和剩余航程的目標函數;為敵潛艇魚雷報警距離。

發射提前角一旦選出, 魚雷直航段平均速度即可確定, 則變速時低速航行距離由式(4)可解, 低速航行時間由式(3)可解。

4 仿真結果與分析

4.1 計算結果

在射距D= 10000 m, 敵舷角Q= 45o, 魚雷低速V= 36 kn, 魚雷低速自導作用距離1= 2000 m,魚雷高速V= 45 kn, 魚雷高速自導作用距離2= 1500 m, 魚雷自導扇面半角= 45o, 敵航速V= 12 kn的情況下仿真計算結果見表1。

表1 仿真數據

反映魚雷攻潛用時和剩余航程的目標函數值隨魚雷直航搜索階段平均速度的變化趨勢如圖3所示。

圖3 目標函數隨魚雷平均速度變化趨勢圖

仿真結果表明, 變速時間提前, 魚雷直航搜索階段平均速度增加, 提前角逐漸減小, 符合提前角隨雷速的增加而減小的變化趨勢。在魚雷平均速度從36~45 kn變化時, 目標函數隨平均速度的增加而增加, 這是因為雖然均速提高可減小攻擊時間, 但是, 剩余航程下降更快, 可見均速的提高并不利于魚雷對目標的后續跟蹤。

4.2 速度配置方案選擇

由以上仿真結果可以得出, 在保證變速時雷目距離大于敵潛艇報警距離前提下, 滿足攻擊用時最短、剩余航程最大的最優魚雷平均速度為41 kn, 此時發射提前角為10.2°, 魚雷低速航行距離為3194 m, 魚雷高速航行距離為4990 m, 預定相遇點時魚雷剩余高速航程為4042 m, 變速時雷目距離為6108 m。

5 結束語

本文以魚雷反潛攻擊用時、剩余航程、魚雷變速時雷目距離為依據, 針對雙速制魚雷構造了魚雷速度配置優選目標函數, 在特定戰場態勢下, 通過仿真計算給出了魚雷速度配置方案。仿真結果表明, 此方法概念清晰, 計算簡單, 結論合理可信, 為雙速制聲自導魚雷速度配置和有利提前角的計算做了有益的探討; 對三速制和連續可調航速的魚雷而言, 如果直航搜索階段僅使用一次變速策略, 那么此方法仍然有效, 對于多次變速即直航搜索段使用3種或者3種以上速度的配置策略, 還需進一步研究。

[1] 趙正業. 潛艇魚雷攻擊[M]. 北京: 海軍司令部, 1993.

[2] 吳和聲, 徐杏欽. 高科技背景下的魚雷武器(續)[J]. 魚雷技術, 2003, 12(4): 12-18.

Wu He-sheng, Xu Xing-qin. The Development of Torpedo Weapon Using High Technology[J]. Torpedo Tech- nology, 2003, 12(4): 12-18.

[3] 孟慶玉, 張靜遠. 魚雷作戰效能分析[M]. 北京: 國防工業出版社, 2005.

[4] 賈躍, 李鐵, 李文哲. 反潛理論基礎[M]. 大連: 海軍大連艦艇學院, 2007.

[5] 曹震卿. 模型輕型魚雷彈道規劃研究[D]. 海軍大連艦艇學院, 2011.

Optimization of Speed Adjustment Strategy for Double-speed Acoustic Homing Torpedo

HU Hong-can1, ZHOU Ming2, LIN Zhong-xiang2, KOU Zhu2

(1. Department of Navigation, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China; 2. Department of Water Weapons and Chemical Defense, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China)

Solution of initial shoot parameters depends on the speed adjustment strategy of a multi-speed acoustic homing torpedo. This study is on the premise that the torpedo-target distance as the multi-speed torpedo changes its speed is longer than the torpedo alarm distance of opponent submarine. A speed setting scheme of the double-speed torpedo is obtained for specified situation by analog calculation taking shorter attack time and longer surplus range as objective. Simulation result shows that the speed setting scheme is reasonable and convenient.

torpedo; acoustic homing; double-speed; speed adjustment strategy

TJ631.5; E843

A

1673-1948(2013)05-0388-04

2013-05-11;

2013-06-16.

胡宏燦(1975-), 男, 在讀博士, 研究方向為魚雷反潛和嵌入式技術.

(責任編輯: 許 妍)