大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面分析

吳福初，石文星，吳杰

（海軍航空工程學院a.指揮系；b.研究生管理大隊，山東煙臺264001）

大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面分析

吳福初a，石文星b，吳杰a

（海軍航空工程學院a.指揮系；b.研究生管理大隊，山東煙臺264001）

根據潛艇魚雷攻擊海上活動目標的特點，在建立潛艇魚雷攻擊陣位計算模型的基礎上，結合潛艇魚雷性能，計算給出了航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面，為航渡過程中編隊指揮員如何優化近程反潛兵力的配置提供了依據。

魚雷攻擊；威脅扇面；大型艦船；海上航渡

潛艇水下威脅是大型艦船海上航渡過程中面臨的最大威脅之一[1]。本文以大型艦船遠海防衛作戰為背景，針對航渡過程中如何構建大型艦船近程反潛屏障，確保大型艦船免遭潛艇魚雷攻擊的問題，在建立潛艇魚雷攻擊海上活動目標極限占位舷角、魚雷最大有效射距模型，計算魚雷攻擊陣位的基礎上，從為編隊指揮員配置大型艦船近程反潛兵力提供依據的目的出發，對航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面進行了研究。提出了航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面的概念，并給出了大型艦船受典型潛艇魚雷攻擊威脅扇面的大小，為編隊指揮員優化大型艦船近程反潛兵力的配置提供了依據。

1 潛艇魚雷攻擊陣位分析

潛艇魚雷攻擊陣位[2]，是指潛艇對目標實施魚雷攻擊時，其與目標的相對位置，由潛艇魚雷攻擊舷角α和最大有效射距D表征。

1.1 潛艇魚雷攻擊可占位舷角計算模型

潛艇魚雷攻擊可占位舷角，是指潛艇采用一定速度機動，能占領魚雷攻擊陣位條件下，其相對于目標的初始舷角。顯然，在潛艇水下航速大于目標航速下，潛艇可在任意舷角，通過機動成功占位，對目標實施魚雷攻擊[3]。而當潛艇航速小于目標航速時，潛艇只能在目標航向前方的一定舷角范圍內成功占領魚雷攻擊陣位，對目標實施魚雷攻擊。根據潛艇魚雷攻擊海上活動目標的特點[4]，潛艇魚雷攻擊可占位舷角由潛艇魚雷攻擊可占位臨界角和占位增角構成。

1.1.1 潛艇魚雷攻擊可占位臨界角

潛艇魚雷攻擊可占位臨界角ε，是指在潛艇航速小于目標運動速度條件下，潛艇全速航行能夠與目標相遇，所能占領的最大目標舷角，見圖1。

圖1 潛艇魚雷攻擊可占位臨界角示意圖Fig.1 Schematic diagram of submarine torpedo attack possible occupying critical angle

由速度三角形[5]可知，若潛艇與目標有唯一相遇點，則潛艇的航向為垂直于潛艇最大速度圓切線的方向。由此可得

式中：ε為潛艇魚雷攻擊可占位臨界角；v潛為潛艇最大接敵速度；v航為目標航渡速度。

1.1.2 潛艇魚雷攻擊占位增角

實際作戰過程中，潛艇對目標實施魚雷攻擊時，并不需要潛艇本身與目標相遇，而只需潛艇占領魚雷攻擊陣位，即可對目標實施攻擊。因此，實際對抗過程中，魚雷的有效射程能夠擴大潛艇實際的占位攻擊范圍，從而形成了潛艇魚雷攻擊目標的占位增角。

潛艇魚雷攻擊占位增角Δε，是指潛艇對目標實施魚雷攻擊時，魚雷最大有效航程所能擴大的潛艇可占位舷角，見圖2。

圖2 潛艇占位增角示意圖Fig.2 Schematic diagram of submarine torpedo add angle

設某時刻潛艇位于目標右舷，沿垂直于潛艇最大速度圓切線MA的航向航行，并在P點對位于點N的目標實施魚雷攻擊。如果魚雷航行完最大有效航程R魚時，恰好于C點命中目標，則潛艇航向反向延長線有一點Q，使潛艇能夠在Q點上通過接敵機動，占領點P對目標進行魚雷攻擊。此時，潛艇所處的舷角，即為潛艇對目標實施魚雷攻擊的可占位最大舷角。

設某時刻潛艇與目標之間的距離MQ為S，從點N（潛艇占領攻擊陣位時，目標所在位置點）分別作平行于直線QC、MA的輔助線NE和NF，并連接EQ和NP。

在極限射擊三角形△PNC中，可得

在△NFC中可得

由圖2可知，QA=PF；而

在△MQA中可得潛艇魚雷攻擊占位增角Δε為

1.1.3 潛艇魚雷攻擊可占位極限舷角

潛艇魚雷攻擊可占位極限舷角ρ，是指潛艇以最大航速通過接敵機動，能夠占領魚雷攻擊陣位，對目標實施魚雷攻擊的最大初始目標舷角，見圖2。

由圖2可知，潛艇魚雷攻擊可占位極限舷角ρ為

由式（6）可看出，當潛艇水下航速低于目標航速情況下，潛艇實施魚雷攻擊的極限可占位角ρ，取決于目標的航速v航、潛艇水下接敵速度v潛、魚雷航速v魚、魚雷最大有效航程R魚及潛艇與目標間的距離S。

1.2 潛艇魚雷最大有效射距計算模型

潛艇魚雷最大有效射距D，是指潛艇攻擊海上活動目標時，其發射的魚雷恰好在其最大有效航程上與目標相遇的情況下，潛艇與目標之間的距離。由于魚雷在水中航行的速度較小，通常不能忽略魚雷航行過程中目標的運動[8]，從而造成潛艇位于不同舷角時，其魚雷的最大有效射距不同。因此，要計算潛艇對海上活動目標實施魚雷攻擊的陣位，必須對潛艇位于目標不同舷角時，其魚雷的最大有效射距進行求解。

設某時刻目標位于點M，以速度v航沿MC方向運動，潛艇位于目標右舷，雙方在各自運動過程中始終保持航向、航速不變。設潛艇于Q點占領攻擊陣位，其發射的魚雷以速度v魚，沿QC方向運動，且恰好航行完最大有效航程R魚（通常取魚雷最大航程的80%）于C點命中目標，則D為潛艇位于該舷角上魚雷的最大有效射距，α為潛艇發射魚雷時的攻擊舷角。見圖3。

圖3 魚雷射擊三角形Fig.3 Torpedo firing triangle

由圖3所示的魚雷射擊三角形[5]可得

即在魚雷實際航程不大于其最大有效航程的條件下，當目標航程與魚雷航程的比值和目標航速與魚雷航速的比值相等時，魚雷可命中目標。

在射擊三角形△MQC中，由正弦定理得：

由式（8）可得潛艇位于不同攻擊舷角時，其魚雷攻擊目標的最大有效射距D為：

2 大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面

大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面，是指潛艇能夠對航渡中大型艦船實施魚雷攻擊的區域，是一定條件下潛艇所能占領魚雷攻擊陣位的集合。其大小由大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面角和潛艇魚雷最大有效射距確定。計算和分析大型艦船受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面，是大型艦船航渡過程中，編隊指揮員確定近程反潛區兵力配置，構建大型艦船近程反潛屏障的前提和基本依據。

2.1 目標受潛艇魚雷攻擊威脅扇面角計算模型

目標受潛艇魚雷攻擊威脅扇面角θ，是指潛艇在其極限占位角范圍內，通過機動能夠占領魚雷攻擊陣位對目標實施魚雷攻擊時，目標受潛艇魚雷攻擊威脅的最大角度，見圖4（圖中陰影部分即為目標受潛艇魚雷攻擊威脅扇面）。

圖4 目標受潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.4 Schematic diagram of the threat sector of target by enemy submarine torpedo

由圖4可知：潛艇魚雷攻擊的最大舷角α′為

在△NFC中，而，因此，

航渡中目標受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面角θ為

由式（13）可以看出，航渡過程中目標受潛艇魚雷攻擊威脅扇面角的大小，由潛艇接敵的最大航速v潛、目標航渡速度v航以及潛艇魚雷航速v魚決定。

2.2 大型艦船受典型潛艇魚雷攻擊威脅扇面

2.2.1 大型艦船受攻擊型核潛艇魚雷攻擊威脅扇面

核動力攻擊型潛艇具有水下航速高、持續航行時間長等特點[7]，其水下航速通常大于大型艦船編隊的航渡速度[8]。從理論上講，大型艦船編隊航渡過程中，核動力攻擊型潛艇可以通過機動，從任意舷角對大型艦船實施魚雷攻擊。依據構建的大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面計算模型，結合典型核動力攻擊型潛艇及其魚雷性能，得出大型艦船采用18 kn航速時，受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面如圖5所示。

圖5 大型艦船受核動力攻擊型潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.5 Schematic diagram of the threat sector of the large ship byAmerican nuclear-powered attack submarine torpedo

由圖5可以得出如下結論：

1）航渡過程中，大型艦船受到核動力攻擊型潛艇全方位魚雷攻擊的威脅。要消除核動力攻擊型潛艇魚雷攻擊對大型艦船的威脅，編隊反潛兵力必須以大型艦船為中心實施全方位防御。[9]

2）航渡過程中，位于不同舷角的潛艇對大型艦船實施魚雷攻擊的最大有效射距不同，編隊指揮員可根據不同舷角上潛艇魚雷最大有效射距的不同，合理確定反潛兵力的前出距離，從而優化兵力的配置，提高反潛兵力的反潛作戰能力和效果。

2.2.2 大型艦船受常規動力潛艇魚雷攻擊威脅扇面

與核動力攻擊型潛艇相比，常規動力潛艇水下航速低，持續航行能力弱[10]。結合現階段各國海軍常規動力潛艇及其魚雷性能，依據構建的大型艦船受潛艇魚雷攻擊扇面計算模型，得出大型艦船采用18 kn航速時，受潛艇魚雷攻擊威脅扇面如圖6～9所示。

圖6 大型艦船受“A”級潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.6 Schematic diagram of the threat sector of the large ship by“A”class submarine torpedo

圖7 大型艦船受“B”級潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.7 Schematic diagram of the threat sector of the large ship by“B”class submarine torpedo

圖8 大型艦船受“C“級潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.8 Schematic diagram of the threat sector of the large ship by“C”class submarine torpedo

圖9 大型艦船受“D”級潛艇魚雷攻擊威脅扇面示意圖Fig.9 Schematic diagram of the threat sector of the large ship by“D”class submarine torpedo

由以上分析可知，與核動力攻擊型潛艇相比，常規動力潛艇對大型艦船實施魚雷攻擊的威脅扇面較小，主要威脅方向為大型艦船航向的前方。戰時，編隊指揮員可根據常規動力潛艇的主要威脅方向和威脅扇面大小，合理而有重點地配置警戒兵力。

3 結束語

本文以大型艦船編隊遠海防衛作戰為背景，以航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面為研究內容，在建立潛艇魚雷攻擊陣位計算模型的基礎上，對航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊的威脅扇面進行了深入的研究。提出了航渡過程中大型艦船受潛艇魚雷攻擊威脅扇面的概念，并給出了大型艦船受典型潛艇魚雷攻擊威脅扇面的大小，可為大型艦船編隊指揮員優化兵力配置提供決策支持和參考。

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Threat Sector Analysis of the Large Shipby Submarine Tor pedo Attack

ThreatSe

WU Fu-chua,SHI Wen-xingb,WU Jiea

（Naval Aeronautical and Astronautical University a.Department of Command; b.Graduate Student’Brigade,Yantai Shandong 264001,China）

According to the characteristics of submarine torpedo attacking active target in marine navigation,on the basis of building the calculation model about finding attacking position of submarine torpedo and the function of submarine torpedo,the threat sector of submarine torpedo to the large ship was calculated.The result could help squadron commander to optimize configuration of short range antisubmarine troops in maritime navigation.

torpedo attack;threat sector;large ship;maritime navigation

E911

A

2014-03-04；

2014-04-10

全軍軍事學研究生課題（424124）

吳福初（1965-），男，教授，博士。

1673-1522（2014）03-0291-05

10.7682/j.issn.1673-1522.2014.03.019

book=98,ebook=98