基于防空武器協同使用的武器發射時間間隔研究*

張位川 史紅權

(海軍大連艦艇學院 大連 116018)

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基于防空武器協同使用的武器發射時間間隔研究*

張位川 史紅權

(海軍大連艦艇學院 大連 116018)

基于防空武器協同使用時可能出現的火力沖突現象,根據防空導彈與火炮武器系統的火力兼容要求,結合對防空導彈與火炮兩種防空武器彈道特性和速度特性的分析,得出防空導彈與火炮武器協同使用時的武器發射時間間隔計算方法,為深入研究防空武器系統協同使用時的火力兼容問題提供了依據。

防空武器; 火力兼容; 協同使用; 發射時間

Class Number E824

1 引言

水面艦艇對空防御作戰中,防空武器的協同使用是攔截空襲目標的有效手段和方法。但是,如果防空武器使用不當,就可能在使用過程中發生武器間的火力沖突。研究避免防空武器系統火力沖突現象發生的問題屬于火力兼容問題,火力兼容解決的問題主要包括以下兩個方面:分火抗擊不同目標的射擊角度沖突問題和協同抗擊同一批目標的射擊距離沖突問題[1]。在對空防御時,如果防空武器在空域的使用上存在沖突,就必須通過調整防空武器的發射時間來達到防空武器之間的火力兼容。

文獻[2]從理論上分析了水面艦艇防空火力抗擊同一方向來襲目標時的火力兼容問題,建立了相應的數學模型,但是,其模型用艦空導彈和艦炮彈丸飛行的平均速度代替它們真實飛行速度的變化過程,使得模型不夠完善;文獻[3]針對使用防空導彈和火炮協同抗擊同一批目標,提出了火力兼容臨界時間的概念和臨界時間的仿真計算方法,但是其通過迭代求解臨界時間的計算方法計算量較大;文獻[4]基于防空武器協同抗擊時可能出現的彈道交叉現象,建立了防空導彈與火炮武器協同使用時的火力兼容模型,但是其求解兩種武器發射間隔時間需要通過迭代法求解,仿真計算量較大。本文以防空導彈與火炮武器協同使用為例,在分析兩種防空武器彈道特性和速度特性的基礎上,對基于防空武器協同使用的武器發射時間間隔進行直接的求解計算,大大減少了仿真計算量。

2 分火抗擊不同目標時的發射時間間隔研究

在分火抗擊不同目標時,防空導彈與其它防空武器協同使用時的火力沖突通常發生于直飛段,所以可以近似以防空武器的理論彈道為研究對象[5]。針對分火抗擊不同目標時的射擊角度沖突問題,參照文獻[4]把對武器發射時間間隔的研究簡化到水平坐標系。

圖1 防空導彈與火炮交叉射擊水平示意圖

如圖1所示,當兩種防空武器的彈丸飛過彈道交叉點后,兩者之間的距離越來越遠。

2.1 防空武器發射時間間隔確定

分火抗擊不同目標時,武器的協同使用分為兩種情況:防空導彈先于火炮發射和火炮先于防空導彈發射。下面以防空導彈優先發射為例,對防空武器發射時間間隔進行分析。

2.2 防空武器發射時間間隔求解

(1)

(2)

(3)

對于防空導彈:射擊諸元中射擊舷角α和射擊俯仰角θ確定后,防空導彈現在點坐標(xd,yd,zd)取決于防空導彈的時間方程表達式V(t)和防空導彈飛行時間T[4]。亦既防空導彈在水平面上的飛行距離由式(4)確定:

(4)

式中v(t)為防空導彈水平飛行速度時間表達式,通過解方程(4)可以求得導彈飛行至Ld點所需要的時間t1。

(5)

t1、t2確定后,武器協同使用時的發射時間間隔即可確定。

同上面的分析過程,可以得到火炮先于防空導彈發射時防空導彈需要延遲發射的時間,在這里不再贅述。

3 協同抗擊同一批目標時的發射時間間隔研究

水面艦艇防空反導一般強調防空導彈優先使用[8～9],因此,在協同抗擊同一批目標時,本文主要考慮的是防空導彈優先發射時兩種武器協同使用的發射時間間隔問題。

火炮彈丸自身沒有動力推動裝置,初速最大,之后慢慢降低。導彈自身有動力裝置,在動力裝置工作階段,速度不斷增加。如果導彈和火炮抗擊同一目標,射擊方位角一致,很有可能出現彈道沖突[10]。參照文獻[4]把對武器發射時間間隔的研究簡化到時間和水平射程坐標系內。

建立的坐標系如圖2所示:根據防空導彈和火炮彈丸的速度特性,防空導彈和火炮彈丸水平射程變化曲線圖2所示。防空導彈經過初始階段的加速在t3時獲得穩定的水平飛行速度Vt,其水平射程為Lb;假設在t3時防空火炮發射,在t4時火炮彈丸在水平方向的飛行速度降為Vt,其對應的防空導彈和火炮水平射程分別為Lc和Lc′。

圖2 防空導彈與火炮彈丸水平射程隨時間變化曲線

t4時防空導彈和火炮彈丸的水平射程距離差Δcc′:

Δcc′=Lc-Lc′

(6)

在t3到t4時間段內,火炮彈丸的水平飛行速度不小于防空導彈的水平飛行速度。因此,在t4時兩者的水平射程距離差Δcc′最小?，F在對Δcc′可能的取值范圍進行討論。

1) 當Δcc′

因為在t4時防空導彈和火炮彈丸的水平射程距離差Δcc′小于彈道最小安全距離Lmin,即延遲t3進行火炮發射時防空火力可能存在沖突,因此,需要對防空火炮的發射時間進行進一步延遲。

假設火炮延遲到t5時發射,在t6時火炮彈丸在水平方向的飛行速度降為Vt,即在t6時防空導彈和火炮彈丸在水平射程上的距離Δdd′為兩者水平射程上的最近距離。若Δdd′等于Lmin,則在t5時進行火炮發射是火力兼容的。

火炮彈丸從開始發射到水平飛行速度降至Vt的飛行時間Δt5t6和水平飛行距離Ld′可由式(5)求得。

因為在t6時防空導彈和火炮彈丸在水平射程上的距離Δdd′等于Lmin,所以t6時防空導彈的水平飛行距離Ld可由式(7)求得:

Ld=Ld′+Lmin

(7)

結合式(4)即可求得防空導彈的飛行時間t6,因此,火炮延遲發射的時間t5可由式(8)求得:

t5=t6-Δt5t6

(8)

2) 當Δcc′=Lmin

因為Δcc′為防空導彈和火炮彈丸在水平射程差的最小值,若Δcc′等于彈道最小安全距離,即防空導彈和火炮彈丸在飛行的全過程中兩者之間的水平射程差不小于彈道的最小安全距離,因此t3為防空火力兼容時火炮需延遲發射的時間。t3由防空導彈性能決定。

3) 當Δcc′>Lmin

因為在t4時防空導彈和火炮彈丸的水平射程距離差Δcc′大于彈道最小安全距離Lmin,因此,可以把防空火炮的發射延遲時間在t3的基礎上適當提前。

t1=t3-Δt1t2-Δt2t3

(9)

(10)

4 結語

本文對防空武器協同使用的武器發射時間間隔進行了分析研究,給出了計算武器協同使用時武器發射間隔的方法,所給的計算方法客觀實際、便于計算,對提高防空導彈與火炮武器協同作戰能力具有較高的理論和實用價值。

[1] 宋志華.一體化防空反導系統抗擊能力建模與仿真研究[J].軍事運籌與系統工程,2009(2):63-68.

[2] 由大德,王峰.水面艦艇防空火力兼容問題[J].火力與指揮控制,2004,29(4):49-50.

[3] 由大德,徐德民,張發強.防空武器協同使用臨界時間分析[J].廣東工業大學學報,2010,27(4):16-18.

[4] 由大德,張發強,余鵬飛.防空武器系統火力兼容模型研究[J].海軍航空工程學院學報,2011,26(3):327-330.

[5] 李濤,由大德.水面艦艇防空火力兼容系統作戰仿真模型[J].海軍大連艦艇學院學報,2005,28(5):4-7.

[6] 劉怡昕,劉玉文.外彈道學[M].北京:海潮出版社,1998:34-38.

[7] 汪德虎,譚周壽,王建明.艦炮射擊基礎理論[M].北京:海潮出版社,1998:108-123.

[8] 韓燕飛.艦空導彈作戰的指揮控制[J].航空兵器,2000(2):2-3.

[9] 由大德,于崇飛.防空武器優先使用問題研究[J].海軍大連艦艇學院學報,2008,31(4):10-12.

[10] 張曉峰,渝王瑞,邢昌風.艦艇編隊防空火力射擊沖突問題研究[J].指揮控制與仿真,2008,(4):51-27.

Research on Launch-time Interval of Weapon Cooperation

ZHANG Weichuan SHI Hongquan

(Dalian Naval Academy, Dalian 116018)

According to firepower compatible between anti-aircraft missile & artillery weapon system, with analysis of trajectory & speed characteristics, we work out how to calculate launch-time internal when we launch anti-aircraft missile & artillery weapon at the same time. It can avoid firepower conflict as anti-aircraft weapons coordination and provide basis to research firepower compatible as anti-aircraft weapons system coordination.

anti-aircraft weapon, firepower compatible, coordination, launch time

2015年3月5日,

2015年4月29日

張位川,男,碩士研究生,研究方向:水面艦艇對空防御。史紅權,男,碩士,副研究員,研究方向:水面艦艇攻防戰術。

E824

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.09.007