某型中口徑艦炮改進方法

郭昭蔚

(中國船舶重工集團公司 第七一三研究所，河南 鄭州450015)

0 引 言

某型中口徑艦炮是我國海軍綜合作戰能力最優異的艦炮之一，具有射速高、火力強、精度高、持續射擊能力強的特點，同時具備隱身防護性能，采用內能驅動和數字交流隨動系統，可有效打擊和毀傷飛航式反艦導彈、飛機及其他空中目標，對軍艦可形成有效的中、近程防空火力。但該型艦炮從設計定型至今已有十余年時間，隨著海軍裝備的不斷發展，對該型艦炮防空反導能力提出了更高的要求。

本文通過分析不同的改進方法和性能指標對該型艦炮作戰效能的影響，對以提高射速為目的的多管艦炮和以提高艦炮系統精度為目標的新型單管艦炮2 種方案進行對比，以對空中目標的毀殲概率和單發命中概率作為評價指標，開展某型中口徑艦炮改進方法的研究。

1 計算的基本依據

某型中口徑艦炮對空作戰目標為6 km 以內的來襲飛航式反艦導彈、固定翼飛機、直升機和其他空中目標，根據該艦炮的基本性能，有以下計算依據:

1)艦炮1 000 m 立靶密集度σb0;

2)艦炮跟蹤瞄準精度Em0;

3)為了充分發揮某型中口徑艦炮的對空反導性能，該炮配有近炸預制破片彈，其有效殺傷威力半徑為對飛機R0，對導彈R0/2 。

4)某型中口徑艦炮射速為n 發/分;對于多管艦炮，設定其射速為4n 發/分，并假設其跟蹤瞄準精度與某型中口徑艦炮一致。

5)為對比不同射速、不同跟蹤瞄準精度的艦炮對空毀殲概率，設定對空射擊范圍均為6 000 m～3 000 m。

2 單炮毀殲概率的計算

單炮對目標進行射擊時，在選定典型航路、典型目標情況下，目標航路上的毀殲概率Pkn僅是射速、艦炮射擊散布精度的函數。

2.1 單發命中概率計算公式

設單炮全航路對空射擊時，每發射擊時均獨立地決定諸元，多次射擊每發相互獨立，各散布中心與目標中心相重合(沒有系統誤差)。可按照彈著點散布為圓分布(σb0=σnb0=σzb0)進行計算，目標是圓心在坐標原點的圓，其半徑為rm，則單發命中概率公式為［1］:

式中:E 為艦炮隨機綜合偏差的中間偏差;ρ 為炮兵常數，取ρ=0.476 936。

中間偏差E 與均方差σ、算術平均誤差E1的關系分別為:

2.2 全航路射擊目標毀殲概率公式

假定各發彈毀殲目標的時間互相獨立，且在效殺傷威力半徑內1 發就可毀殲目標，則N 發彈的毀殲目標概率公式為［1］:

2.3 某型中口徑艦炮目標毀殲概率計算

某型中口徑艦炮射速為n 發/分，對空射擊范圍為6 000 m～3 000 m，全航路對空射擊。按式(2)和式(5)進行計算，根據計算結果，繪制了某型中口徑艦炮單發命中概率隨射擊距離變化曲線(見圖1)和目標毀殲概率隨射擊距離變化曲線(見圖2)，結果表明:

1)單炮對空射擊(距離6 000 m～3 000 m)，單發命中概率對飛機從3.01%遞增到10.67%，對導彈從0.76%遞增到2.78%。

2)單炮全航路射擊，目標綜合毀殲概率對飛機為71.23%，對導彈為26.76%。

圖1 某型中口徑艦炮單發命中概率Fig.1 One-round-hit probability of certainmedium caliber naval gun

圖2 某型中口徑艦炮目標毀殲概率Fig.2 Killing probability of certainmedium caliber naval gun

2.4 多管艦炮目標毀殲概率計算

多管艦炮射速為4n 發/分，對空射擊范圍為6 000 m～3 000 m，全航路射對空射擊。按式(2)和式(5)進行計算，根據計算結果，繪制了多管艦炮單發命中概率隨射擊距離變化曲線(見圖3)和目標毀殲概率隨射擊距離變化曲線(見圖4)，結果表明:

1)單炮對空射擊(距離6 000 m～3 000 m)，單發命中概率對飛機從3.01%遞增到11.4%，對導彈從0.76%遞增到2.98%。

2)單炮全航路射擊，目標綜合毀殲概率對飛機為99.4%，對導彈為72.2%。

圖3 多管艦炮單發命中概率Fig.3 One-round-hit probability of multi-barrel

圖4 多管艦炮目標毀殲概率Fig.4 Killing probability of multi-barrel

2.5 某型中口徑艦炮與多管艦炮全航路射擊目標毀殲概率計算結果對比

根據基本假設，某型中口徑艦炮與多管艦炮二者射擊精度和隨動精度一致，僅射速不同。在射擊區間6 000 m～3 000 m 范圍內，計算結果對比見表1。

表1 全航路對空射擊對比Tab.1 The contrast of shooting on the whole air route

從圖、表中可看出，多管艦炮與某型中口徑艦炮相比，在射擊精度和隨動精度一致的情況下，單發命中概率并不會增加。但是多管艦炮射速高，全航路射擊范圍內增加了射擊次數，使得對空中目標的綜合毀殲概率增加。

在艦炮射擊精度和隨動系統精度無法進一步提升的情況下，提高射速確實是一種提高艦炮對空目標毀殲概率的有效方法。下面進一步分析系統誤差對艦炮系統射擊精度的影響。

3 誤差對系統射擊精度的影響

在選定典型航路、典型目標情況下，艦炮武器系統其他的射擊條件，如點射長度、點射間隔時間等均保持不變，目標航路上的毀殲概率Pkn是射速、艦炮散布精度、艦炮隨動系統瞄準精度的函數［2-4］。

艦炮射速為V0，艦炮散布精度特征以散布誤差的均方差σb0(σnb0，σzb0)表征;艦炮隨動系統瞄準精度特征以瞄準誤差的均方差σm(σφm，σβm)表征。艦炮毀殲概率Pkn與射速、艦炮散布精度、艦炮隨動系統瞄準精度的函數關系可由式 (6)表達［2，5-6］:

以待分析的參數為變量(在某一范圍內取值)，其他參數為常量的方法，來研究該參數對毀殲概率的影響，最后找出各參數之間的匹配關系。下面仍以某型中口徑艦炮為例進行分析和計算，目標分別為導彈和飛機，射擊提前點距離仍為6 000 m～3 000 m。

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3.1 艦炮射彈散布精度對毀殲概率的影響

為了分析艦炮散布精度σb0對毀殲概率Pkn的影響，保持其他精度參數不變，計算艦炮射彈散布從0.3～4 mrad 之間變化時毀殲概率Pkn的變化情況。計算結果如圖5所示。

圖5 毀殲概率隨艦炮散布精度變化曲線Fig.5 The probability of killing with naval gun dispersion accuracy change curve

從圖5 可看出，其他參數保持不變且目標確定時，σb0較小時，σb0的變化對Pkn的影響較小;當σb0較大時，Pkn隨σb0的增大而明顯減小。同時看到，目標較小時，Pkn隨σb0的減小無明顯增大，這時僅僅靠減小σb0不足以提高艦炮對目標的毀殲概率，應考慮同時提高武器系統其他精度參數。

3.2 隨動系統瞄準精度對毀殲概率的影響

保持艦炮散布精度不變，計算艦炮隨動系統瞄準精度Em從1～4 mrad 之間變化時，Em可以由σm根據式(3)計算得到，毀殲概率Pkn的變化情況。計算結果如圖6所示。

圖6 毀殲概率隨艦炮隨動系統瞄準精度變化曲線Fig.6 The probability of killing with naval gun servo system aiming accuracy change curve

從圖6 可看出，其他精度保持不變且目標確定時，Pkn隨Em的減小而明顯增大，但是目標較小時，Pkn隨Em的減小而增大的趨勢較緩。說明通過提高艦炮隨動系統瞄準精度提高艦炮對目標毀殲概率效果明顯，但是當目標較小時，僅靠減小Em不足以提高艦炮對目標的毀殲概率，應考慮同時提高武器系統其他精度參數。

4 新型單管艦炮方案改進分析

根據某型中口徑艦炮多年生產、使用過程中總結的經驗和數據，可設定艦炮立靶密集度、隨動系統跟蹤誤差取值區間:

1)艦炮千米立靶密集度優化目標區域:

2)跟蹤瞄準精度優化目標區域:

仍選取對空射擊區間為6 000 m～3 000 m，因為新型單管艦炮射速不變，艦炮射擊速度n 發/分。為尋求系統精度參數較好的匹配關系，σb計算區間按Δ=σb0/3 為間隔，利用正交分析法，設計12 種單炮對空射擊的交叉工況。按式 (2)和式(5)對全部工況進行計算，計算結果如表2所示。

表2 單炮全航路射擊計算結果Tab.2 The calculation results of one gun shooting on the whole air route

表3 單管艦炮改進工況與多管艦炮對比Tab.3 The contrast of single barrel gun improve condition with multi-barrel gun

參考公開的資料，意大利OTO-76mm 超射速型艦炮相關精度指標見表4。表中的數據說明，與OTO-76 艦炮相比，某型中口徑艦炮在立靶密集度、隨動精度等方面還有較大的優化和改進空間，隨著近年來我國設計和制造水平的提高，技術人員通過多年對兩型艦炮的技術跟蹤和研究，提高艦炮系統精度的關鍵技術已被掌握，已經具備對某型中口徑艦炮進行優化改進的技術能力。

表4 OTO-76 艦炮精度參數Tab.4 The accuracy parameter of OTO-76 naval gun

參照OTO-76 艦炮各項指標，結合目前我國艦炮研制水平，認為對新型單管艦炮設定以下改進目標是合理的:

該目標可達到表2和表3 中改進工況1的要求，對空中目標從6 000 m～3 000 m 區間航路的毀殲概率和單發命中概率可達:

毀殲概率:0.740 5 (對導彈)，

0.995 5 (對飛機);

單發命中概率:0.032 5～0.115 0 (對導彈)，

0.123 8 ～0.386 5 (對飛機)。

相對多管艦炮方案，采用提高艦炮系統精度的新型單管艦炮方案有以下優點。

1)轉動慣量小

隨著質量和體積的增大，轉動慣量增大，不利于隨動精度的提高;

2)供彈速度要求低

隨著射速的提高，對供彈系統有更高的要求，當射速達到一定程度，供彈系統設計難度較大;

3)結構簡單、使用維護成本低;

4)體積小質量輕、，有利于中、小艦艇的裝備和使用，適裝性高;

5)技術成熟，周期短，效費比較高。

5 結 語

綜合以上計算和分析，提高系統精度和提高射速均是提高艦炮的作戰效能的有效途徑，但是從作戰使命、作戰效能、經濟性、實用性、易實現性等多方面考慮，在原型炮的基礎上改進，以提高艦炮系統精度為主要改進方向的新型單管艦炮不失為一種更好、更為有效的方法和途徑。

［1］成貴發.高炮射擊學［M］.鄭州:中國人民解放軍鄭州高炮學院訓練部，1987.CHENG Gui-fa.Antiaircraft gun shooting science［M］.Zhengzhou:Chinese People＇ s Liberation Army Artilery Academy Training Department，1987.

［2］刑昌風，李敏勇，吳玲.艦載武器系統效能分析［M］.北京:國防工業出版社，2008.XING Chang-feng，LI Min-yong，WU Ling.Effectiveness analysis of shipborne weapon system［M］.Beijing:National Defence Industry Press，2008.

［3］徐培德，譚東風.武器系統分析［M］.長沙:國防科技大學出版社，2001.XU Pei-de，TAN Dong-feng.Weapon system analysis［M］.Changsha:National University of Defense Technology Press，2001.

［4］張洪向.艦載武器系統射擊效力分析［D］.武漢:海軍工程學院，1993.ZHANG Hong-xiang.The shooting effectiveness analysis of shipborne weapon system［D］.Wuhan:Naval Engineering College，1993.

［5］沈浩.海軍裝備作戰效能評估研究［M］.北京:海潮出版社，2004.SHEN Hao.Research on operational effectiveness evaluation of naval equipment［M］.Beijing:Ocean Press，2004.

［6］郭齊勝，郅志剛，楊瑞平，等.裝備效能評估概論［M］.北京:國防工業出版社，2005.GUO Qi-sheng，ZHI Zhi-gang，YANG Rui-ping，et al.Introduction to the equipment effectiveness evaluation［M］.Beijing:National Defence Industry Press，2005.