尾流自導魚雷射擊方式轉換及參數解算問題

李長軍，何青海，丁文強

(海軍潛艇學院，山東 青島266042)

0 引 言

潛艇在使用尾流自導魚雷對水面目標進行攻擊時，射擊方式可以有多種選擇，其選擇依據當時目標態勢或者攻擊者所期望的魚雷能夠對目標造成的毀傷程度。當確定魚雷使用一次轉角射擊即能滿足魚雷尾流命中角要求的情況下，魚雷通常以平行航向齊射的射擊方式被攻擊者所采用，以期最大限度的提高魚雷的命中概率［1-2］;而當目標舷角較小或較大的情況下，魚雷通常以二次轉角射擊的方式而被采用。在射擊方式上二者有本質不同，前者屬于一次轉角射擊的范疇。本文以尾流自導魚雷單雷射擊為研究對象，解決其射擊方式選擇的時機及其參數解算問題，進而完善臨界舷角條件下的魚雷攻擊理論。

1 尾流自導魚雷射擊方式轉換時機

尾流自導技術的要求決定了魚雷進入目標尾流時必須滿足2個條件:尾流進入點與目標艦尾的距離Dw∈(Dwmin，Dwmax)及尾流進入角θ ∈(θmin，θmax)［3-4］。后者是確保魚雷尾流自導能否有效檢測到尾流的關鍵因素，也是決定魚雷能否有效實施追蹤的必要前提。在魚雷實施攻擊過程中，為了減小魚雷轉向過程產生的航向偏差，通常情況下希望采用一次轉角射擊，如果一次轉角射擊不能滿足尾流命中角的要求，再使用二次轉角射擊。由此可以判斷，當前發射態勢下使用尾流自導一次轉角射擊所需滿足的尾流命中角是確定尾流自導魚雷射擊方式轉換時機的重要依據。一次轉角射擊陣位如圖1所示。圖中，Ms為發射魚雷時的目標位置，Ws為發射魚雷時的潛艇位置，Ds為發射魚雷時的目標距離(即Ms與Ws之間的距離)。Dm為從魚雷發射到命中目標時的目標航程(即Ms與C 之間的距離)，Dl為魚雷航程。

圖1 一次轉角射擊陣位圖Fig.1 First turning angle firing position

由文獻［2］可得，轉角射擊命中方程式為:

式中:A 值為潛望鏡至發射管口的水平位置差;a 為魚雷發射出管后的慣性直航段;Rl為魚雷轉向旋回半徑;m 為速率比。

式中:Vm為目標速度;Vl為魚雷速度。

用式(1)的數學模型進行計算，求得尾流自導魚雷射擊有利提前角φ0，首先應進行消元變換而成為只含有未知量φ0的方程式。程序設計時采用直進射擊提前角arcsin(msinXm)賦予φ0初值，采用迭代算法即可計算出滿足一定精度要求的φ0值。

由此，可以求得一次轉角射擊尾流命中角參數:

以此為依據，可確定按照當前發射態勢能否使用尾流自導魚雷采取一次轉角射擊的時機，即命中角θ ∈(θmin，θmax)范圍內，采用一次轉角射擊;否則，就采用二次轉角射擊。

2 二次轉角射擊的參數選擇

尾流自導魚雷二次轉角射擊方式確保了魚雷進入目標尾流后能有效地檢測到尾流，在戰術上實現了武器機動代替平臺機動的效果，通過二次轉角射擊的控制方式免去了發射平臺需機動占領射擊陣位的過程，有效增大了發射平臺的可攻擊范圍。對于尾流自導魚雷而言，二次轉向點的確定是確定魚雷整個航行彈道的關鍵，亦是解決小舷角或大舷角條件下魚雷攻擊的重要環節。

2.1 預定命中角確定原則

由于目標速度不同，所以僅僅依賴使用者根據當前的敵我態勢，很難判斷一次轉角射擊能否滿足魚雷的命中角度要求，所以，尾流自導魚雷預定命中角確定原則是以一次轉角射擊解算的命中角大小為確定前提，解決的是對目標進行攻擊的時機問題。如果θ < θmin，或者θ > θmax，說明一次轉角射擊的命中角過小或過大，不能滿足尾流進入角的要求，應自動轉為二次轉角射擊。二次轉角射擊所確定的預定命中角需滿足θ ∈(θmin，θmax)范圍。

2.2 參數解算模型

二次轉角射擊的實質就是兩次解相遇問題，在給定了二次轉向點T所處目標的舷別、與未來相遇點C 之間的距離Dc和魚雷到達二次轉向點后的預定命中角θ 后，首先需要按照相遇條件解算出魚雷到達二次轉向點T 時，相對于同時刻瞄準點Cs的舷角Xr和距離Dr，以便確定魚雷一次轉角的瞄準點M′s。二次轉角射擊陣位如圖2所示。

圖2 小舷角二次轉角射擊陣位關系圖Fig.2 Second turning angle firing position of small relative bearing

根據圖2的幾何關系有:

以發射點W 作為基準點建立以正東和正北為坐標軸的直角坐標系，則瞄準點Ms(x1，y1)的坐標可通過以下方法計算［5］:

一次轉角瞄準點M′s(x2，y2)的坐標:

式中Cm與Cw分別為目標航向與我艇航向。

一次轉角瞄準點M′s(x2，y2)相對發射點的態勢:

用該組參數替代一次轉角射擊方程的態勢參數，即可以解算出魚雷的一次轉角ω1和二次轉角前的航程DT1。然后求解出魚雷的二次轉角:

魚雷完成二次轉角后，即執行自導開機指令。二次轉向點與命中點之間距離必須大于尾流自導最小開機距離。所以，除預定命中角外，確定二次轉向點與命中點之間距離也是確定二次轉向點的關鍵因素。

2.3 二次轉向點至尾流命中點之間距離確定原則

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、變速、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［6］。對于尾流自導魚雷二次轉角射擊而言，其自導開機點在二次轉角之后進行，這就使得二次轉向點至尾流命中點之間的距離必須滿足魚雷自導開機過程要求。

魚雷在攻擊過程當中，很多不確定因素也將影響尾流自導開機距離，主要包括:魚雷航行深度的影響、魚雷航向誤差的影響、魚雷速度誤差的影響及目標散布的影響。由此可以建立二次轉角射擊方式下尾流自導最小開機距離數學模型:

其中:

圖3 尾流自導魚雷二次轉向點示意圖Fig.3 Second turning point of wake self-guide torpedo

圖3 中，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航程，Δd3為目標運動要素誤差引起的魚雷直航段航程誤差，Δd4為二次轉向點散布誤差，Δh 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，t1為魚雷完成變深所需時間，t2為魚雷自適應時間 (設為20 s)，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;ΔSlΔD和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。

采用目標速度Vm=20 kn，魚雷速度Vl=30 kn，三級海況，潛艇攻擊目標右舷，仿真次數N=10 000 。分別對目標距離6 000 m，10 000 m的小舷角和大舷角目標采取二次轉角射擊，利用上述數學模型計算二次轉向點至尾流預定命中點之間的距離，得出結果如表1和表2所示。

表1 目標距離6 000 m 時的最小開機距離Tab.1 The minimum operate distance when target distance is 6 000 meters

表2 目標距離10 000 m 時的最小開機距離Tab.2 The minimum operate distance when target distance is 10 000 meters

根據數據可以得出結論，魚雷的尾流命中角對于尾流自導最小開機距離的影響較小，目標舷角的大小影響較大，對于小舷角目標而言，攻擊遠距離目標時的尾流最小開機距離的變化規律非常穩定。

4 結 語

要想發揮尾流自導魚雷的戰術優勢，在射擊控制過程中，就必須按照魚雷發現和穩定跟蹤目標尾流的條件使魚雷進入目標尾流，這是魚雷本身的制導性能所要求的。當目標舷角過大或過小時，一次轉角射擊不能滿足進入尾流要求，需轉換為二次轉角射擊方式。本文提出以一次轉角射擊所確定的尾流命中角為依據，作為魚雷射擊方式轉換的時機。以此為基礎來建立尾流自導魚雷二次轉角射擊參數解算模型，提出了尾流預定命中角以及二次轉向點至尾流命中點之間距離的確定原則，使得潛艇攻擊指揮決策更加有效。

［1］孟慶玉，張靜遠，等.魚雷作戰效能分析［M］.北京:國防工業出版社，2003:164-167.

［2］趙正業.潛艇火控原理［M］.北京:國防工業出版社，2003(3):266-272.

［3］武志東，李祥柯.尾流自導魚雷一次轉角射擊時的有效射擊陣位［J］.艦船電子工程，2007(3):199-202.

［4］孟范棟，黃文斌，王軍.尾流自導魚雷二次轉角射擊最優參數解算研究［J］.艦船科學技術，2009，31(8):120-123.

［5］李本昌，李長文.預定相遇態勢的潛射魚雷射擊及其技術方法［J］.指揮控制與仿真，2013(2):5-8.

［6］野學范，李本昌，等.尾流自導魚雷最小開機距離及其應用［J］.指揮控制與仿真，2011(5):33-36.