負梯度聲速剖面對魚雷主動聲自導反艦效果的影響

謝 勇, 劉清慧, 朱文振, 汪 新

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負梯度聲速剖面對魚雷主動聲自導反艦效果的影響

謝 勇, 劉清慧, 朱文振, 汪 新

(中國人民解放軍第91388部隊, 廣東湛江, 524022)

魚雷主動聲自導反艦效果不僅和其自導系統性能有關, 還和聲速剖面特性有著密切的關系。針對我國淺海海域普遍存在的負梯度聲速剖面, 分析其對聲線傳播特性的作用機理, 得出負梯度聲速剖面可能導致魚雷主動聲自導反艦失效、自導作用距離縮短與跟蹤目標不連續, 從而影響魚雷主動聲自導反艦效果。最后結合具體算例進行分析說明。文中的研究可為進一步提高主動聲自導反艦魚雷使用效能提供依據。

魚雷; 負梯度聲速剖面; 主動聲自導; 反艦

0 引言

聲速隨深度增加而減少的聲速剖面稱之為負梯度聲速剖面, 負梯度聲速剖面的出現將大大影響水聲探測設備的工作性能, 早期這種現象稱其為下午效應[1-3]。由于在我國黃海海域每年6月~11月、東海海域每年5月~11月以及南海淺海海域全年大部分時間的聲速剖面皆為典型的負梯度聲速剖面[4], 因此研究負梯度聲速剖面對主動聲自導反艦魚雷使用效果的影響具有實際的軍事意義。

目前關于負梯度聲速剖面對聲吶與魚雷的使用效果影響研究主要包括3個方面: 1) 負梯度聲速剖面下的聲吶與魚雷搜索深度優化選擇[5-8]; 2) 負梯度聲速剖面下的聲吶使用效能評估方法研究[4,9]; 3) 負梯度聲速剖面對主動聲自導魚雷自導作用距離影響研究[10-11]。這3個方面的研究雖然已較為深入, 但針對負梯度聲速剖面對魚雷主動聲自導反艦使用效果影響的研究還較少。

文中分析了我國淺海海域普遍存在的負梯度聲速剖面對聲線傳播特性的作用機理, 進而討論對魚雷主動聲自導反艦效果的影響。

1 理論分析

1.1 負梯度聲速剖面下的聲線彎曲

圖1 負梯度聲速剖面下的聲線彎曲示意圖

Fig. 1 Schematic of sound ray curve under negative gradient sound velocity profile

1.2 負梯度聲速剖面下的聲線傳播

根據上節的分析, 可以繪制負梯度聲速剖面下的聲線傳播軌跡示意圖(如圖2)[13]。

1.3 負梯度聲速剖面對魚雷主動聲自導反艦效果的影響

1.3.1 反艦失效

現役驅逐艦、護衛艦的吃水深度一般小于7 m, 航空母艦吃水深度一般小于12 m, 即魚雷主動聲自導反艦時水面艦艇的等效聲反射中心在6 m以下。如果海水上層負聲速梯度較大, 存在強躍變層, 魚雷會因設定搜索深度不合理, 而與水面艦艇處于躍變層異側, 此時魚雷主動聲自導發射的聲脈沖無法到達目標艦艇, 不能建立起與水面艦艇的聲接觸, 導致魚雷主動聲自導反艦失效[14]。

1.3.2 自導作用距離縮短

從圖1與圖2可得出, 負梯度聲速剖面下聲線將向海底彎曲, 對位于臨界聲線以外的陰影區域將無聲線到達, 魚雷主動聲自導系統或目標艦艇聲反射體無法接收到聲線能量, 導致主動聲自導系統無法檢測到目標艦艇。而對于深海或者海底反射較弱的淺海, 魚雷主動聲自導檢測目標艦艇主要靠直達聲或者海面反射, 故此時與良好水文條件相比, 魚雷主動聲自導反艦自導作用距離將縮短。

1.3.3 跟蹤目標不連續

2 算例分析

文中以某航次魚雷主動聲自導模式攻擊水面艦艇為例, 假設該航次魚雷發現目標后進入持續跟蹤, 在雷目距離為1530 m處尚能檢測到目標信號, 但在后續自導檢測周期中目標丟失, 此后直至雷目距離為820 m處時再次捕獲目標并轉入跟蹤狀態, 后續自導周期連續檢測并穩定跟蹤目標。海區實測的聲速與聲速梯度圖分別如圖3與圖4所示。

假定魚雷搜索深度為22 m, 目標艦吃水為6 m, 近似以其吃水深度的一半(3 m)作為反射中心, 計算得出該航次魚雷自導系統發射聲線、目標反射聲線的聲線傳播軌跡圖、傳播損失圖(見圖5~圖8), 圖5與圖7中虛線表示聲反射/接收點深度位置線。

從圖5與圖6可以看出, 在目標艦艇反射中心深度3 m處, 魚雷自導系統發射聲線。當雷目距離為800 ~1500 m之間, 到達目標艦艇的聲線稀疏甚至幾乎沒有, 同時傳播損失平均增加約20 dB, 造成聲自導聲線到達目標艦艇的可能性極小; 但在雷目距離少于800 m時, 有較強的海面反射聲線, 在雷目距離大于1500 m時, 有較密集的海底反射聲線, 都具備聲自導系統發射聲線到達目標艦艇的可能性。

從圖7與圖8可知, 在魚雷搜索深度22 m處, 目標艦艇反射聲線在雷目距離為850 ~1 350 m之間時, 到達魚雷聲自導系統的聲線稀疏, 同時傳播損失平均增加約15 dB, 將導致目標艦艇反射聲線到達魚雷處的可能性極小; 但在雷目距離小于850 m時, 有較強的直達與海面反射聲線, 大于1 350 m時, 有較強的海底反射聲線, 魚雷聲自導系統具備接收目標艦艇反射聲線的可能。

綜上所述, 因存在負梯度聲速剖面, 聲線向海底彎曲, 聲線空間分布不均勻, 導致魚雷主動聲自導反艦時自導跟蹤目標不連續。

從圖5與圖7可看出, 如果海底反射較弱, 魚雷也難以利用海底聲反射探測到水面目標, 此時由于聲線彎曲, 則相比良好水文條件, 魚雷主動聲自導反艦自導作用距離將縮短。對于負梯度聲速剖面導致魚雷主動聲自導反艦失效的實例分析參見文獻[14]。

3 結束語

針對我國淺海海域普遍存在的負梯度聲速剖面這一實際情況, 分析了負梯度聲速剖面對聲線傳播特性的作用機理, 進而得出負梯度聲速剖面可能導致魚雷主動聲自導反艦失效、自導作用距離縮短或跟蹤目標不連續, 從而影響魚雷主動聲自導反艦作戰使用效果。最后結合具體實例進行分析說明。文中的研究可為優化魚雷主動聲自導反艦效果提供依據。

[1] 關定華. 聲與海洋[M]. 北京: 海洋出版社, 1982.

[2] 《電子工業技術詞典》編輯委員會. 電子工業技術詞典(聲納)[M]. 北京: 國防工業出版社, 1976.

[3] 劉伯勝. 水聲學原理[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社, 1993.

[4] 笪良龍. 海洋水聲環境效應建模與應用[M]. 北京: 科學出版社, 2012.

[5] 孫明太. 負梯度淺海混響條件下吊放聲納主動探測深度研究[J]. 海軍航空工程學院學報, 2013, 28(3): 221- 224.Sun Ming-tai. Research on the Dipping Sonar Active Investigation Depth in Negative Gradient Shallow Water Reverberation[J]. Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University, 2013, 28(3): 221-224.

[6] 范培勤.淺海中聲納系統最優工作深度選擇研究[J]. 聲學技術, 2011, 30(3): 46-48.Fan Pei-qin. Research on the Best Depth Selection for Sonar Systems in Shallow Water[J]. Technical Ac- oustics, 2011, 30(3): 46-48.

[7] 由文立. 魚雷被動聲自導搜索深度研究[J]. 火力指揮與控制, 2016, 41(5): 145-148.You Wen-li. Research on Searching Depth of Torpedo Pa- ssive Acoustic Homing System[J]. Fire Control & Command Control, 2016, 41(5): 145-148.

[8] 王桂芹. 魚雷被動聲自導反艦深度設定方法[J]. 艦船科學技術, 2015, 37(5): 233-236.Wang Gui-qin. A Method for Anti-ship Depth Setting of Torpedo Passive Acoustic Homing System[J]. Ship Sci- ence and Technology, 2015, 37(5): 233-236.

[9] 鄢力. 南海海域不同聲速梯度的拖曳聲納效能分析[J].艦船電子工程, 2013, 33(9): 152-154Yan Li. Detecting Effectiveness of the Different Velocity of Sound Gradient Drag Sonar in South China Sea[J]. Ship Electronic Engineering, 2013, 33(9): 152-154.

[10] 何心怡. 水文條件對魚雷聲自導作用距離的影響[J]. 魚雷技術, 2007, 15(5): 33-36He Xin-yi, Influence of Water Conditions on Torpedo Acoustic Homing Range[J]. Torpedo Technology, 2007, 15(5): 33-36.

[11] 中國船舶重工集團公司. 海軍武器裝備與海戰場環境概論[M]. 北京: 海洋出版社, 2007.

[12] 李志舜. 魚雷自導信號與信息處理[M]. 西安: 西北工業大學出版社, 2004.

[13] 王樹宗. 自導魚雷戰斗使用與論證基礎(第1冊)[M]. 武漢: 海軍工程大學出版社,1986.

[14] 何心怡, 陳菁, 高賀. 主動聲主動應用于魚雷反艦的可用性分析[J]. 魚雷技術, 2016, 24(3): 184-188.He Xin-yi, Chen Jing, Gao He. Availability Analysis on Application of Active Acoustic Homing to Anti-ship Torpedo[J]. Torpedo Technology, 2016, 24(3): 184-188.

(責任編輯: 楊力軍)

Influence of Negative Gradient Sound Velocity Profile on Anti-ship Effect of Active Acoustic Homing Torpedo

XIE YongLIU Qing-huiZHU Wen-zhenWANG Xin

(91388thUnit, The People′s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

The anti-ship effect of an active acoustic homing torpedo depends on the performance of acoustic homing system and the sound velocity profile characteristics. Aiming at the negative gradient sound velocity profiles in the shallow sea areas of China, this paper analyzes the effect mechanism on sound ray propagation, and concludes that the negative gradient sound velocity profile may lead to attacking failure of active acoustic homing anti-ship torpedo, shortened homing distance, and discontinuous target tracking, which will affect the anti-ship effect of active acoustic homing. Finally, an example is given. This research may provide the basis for further enhancing effectiveness of active homing anti-ship torpedo.

torpedo; negative gradient sound velocity profile; active acoustic homing; anti-ship

10.11993/j.issn.1673-1948.2017.01.004

TJ630.34; TB565.1

A

1673-1948(2017)01-0018-04

2016-12-03;

2017-01-20.

國家自然科學基金項目(61601473).

謝 勇(1985-), 男, 博士, 工程師, 主要從事水下航行器自導技術研究.