均勻設計法在魚雷尾流自導試驗設計中的應用

鄧南明, 鄧新文

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均勻設計法在魚雷尾流自導試驗設計中的應用

鄧南明, 鄧新文

(中國人民解放軍91388部隊, 廣東 湛江, 524022)

通過對影響魚雷尾流自導因素的分析, 選取了試驗設計因素, 并對魚雷尾流自導試驗各因素水平進行設置, 利用均勻設計的方法進行魚雷尾流自導試驗設計。相對以往設計方案對因素的選取、水平設置及組合主觀隨意性較大的情況, 采用均勻設計法設計的方案, 其客觀合理性與試驗點的均勻分散性都得到較大提升。相較于全面試驗設計以及正交設計的方法, 可以在不降低試驗效果的前提下有效減少試驗條次數, 經濟效益明顯, 可行性高, 易于實施。文中所做研究也可為魚雷聲自導試驗設計的優化提供參考。

魚雷; 均勻設計法; 尾流自導; 試驗設計

0 引言

尾流自導作戰能力的評估以及條次合格率的考核與魚雷尾流自導試驗設計息息相關。而目前這兩項指標的試驗, 通常只要求在規定的使用條件范圍內進行, 并沒有對試驗條件進行過多限定, 由此導致試驗設計具有一定的主觀隨意性。試驗條件偏向于邊界, 則會加大研制方風險, 試驗條件過于良好, 又會加大采購方風險。而試驗條件主要取決于試驗變量(因素)的選取、因素水平的設置及組合。目前, 均勻設計是一種比較成熟的試驗設計方法, 通常配合回歸分析對試驗進行優化, 旨在探究試驗結果與試驗因素之間的關系, 常用的方式是為了獲取最優的工藝條件或者是最優的配方等[1-3], 其核心思想是保證試驗點的均勻分散性, 使得每個試驗號各因素水平之和大致相同, 達到水平上的均勻, 可以通過少量的試驗樣本量得到較為有效的試驗結論[4]。文章采用均勻設計法, 其目的不在于探索試驗結果與各因素之間的關系, 而是利用均勻設計的均勻分散性避免試驗條件設置的主觀隨意性, 使試驗條件設置更加客觀合理, 同時使用較少的試驗條次獲取較為有效的試驗結論。

1 試驗因素選取及水平設置

1.1 試驗因素選取

從魚雷的角度出發, 影響魚雷尾流自導的因素主要有目標尾流特性、魚雷入尾流角度與魚雷入尾流位置。艦船航行, 產生尾流的主要來源可以分為3個: 一是船艏尾流, 由于船艏波浪翻轉卷入空氣, 形成氣泡; 二是湍流邊界層尾流, 在船殼兩側, 湍流邊界層卷入空氣形成尾流; 三是螺旋槳尾流, 螺旋槳的旋轉將會在水中形成漩渦, 漩渦的中心便會出現低壓區, 溶解在水中的空氣便會在低壓區冒出來形成氣泡。艦船的尾流特性主要跟艦船的線型、長度、寬度、吃水深度、排水量(噸位)、航速、螺旋槳安裝位置、螺旋槳的幾何參數(包括個數)及工作參數、航行海域的海況有關, 同時由于目前魚雷尾流自導通常采用的尾流聲學特性, 所以艦船的尾流特性還與其所航行海域的鹽度與溫度有關[5]。

魚雷尾流自導的攻擊對象主要為中大型水面艦船, 因為中大型水面艦船造價昂貴, 各個國家的中大型水面艦船每個系列的數量都較少, 由此導致目標艦船自身特征在船身線型、長度、寬度、螺旋槳安裝位置、螺旋槳的幾何參數(包括個數)及工作參數等方面各具特點, 數據多樣化, 不方便納入攻擊目標的指標要求, 往往選取排水量、吃水深度、航速作為攻擊目標的檢驗要求。除了艦船自身特征外, 海況、溫度和鹽度等環境因素, 以及魚雷入尾流的角度、位置等態勢也影響魚雷的尾流自導。所以在進行魚雷尾流自導試驗設計時, 選取的試驗因素主要有目標艦船的排水量、吃水深度、航速、海區海況、溫度、鹽度、魚雷入尾流角度及位置。

1.2 試驗因素的范圍

1.3 試驗水平設置

魚雷試驗的因素水平通常難以像配方優化試驗那樣量化設置, 但是可以采用分等級設置。結合工程實踐及試驗因素范圍, 對各試驗因素水平設置如下。

海水溫度: 3個水平, 水平1為低溫, 水平2為中溫, 水平3為高溫。當試驗條件允許, 能分別在渤海、東海與南海開展試驗時, 低溫為渤海的冬季、中溫為東海的春季或者秋季、高溫為南海的夏季; 若試驗條件不允許, 只能在某固定海區試驗時, 則低溫為該海域的冬季, 中溫為該海域的春季或者秋季, 高溫為該海域的夏季。

海水鹽度: 3個水平, 水平1為低鹽(河口附近), 水平2為中鹽(近岸), 水平3為高鹽(遠海)。

入尾流角度: 3個水平, 水平1為垂直, 水平2為尾追(取邊界值為最小角度), 水平3為迎擊(取邊界值為最大角度)。

魚雷尾流自導試驗因素選取及水平設置如表1所示。

表1 試驗因素選取與水平設置

2 試驗設計

2.1 一般條件試驗設計

表2 均勻設計的一般條件試驗方案

表3 一般條件實航試驗方案

實航試驗安排: 1) 高海況下魚雷尾流自導迎擊入尾流前部攻擊中高速大型水面艦試驗; 2) 低海況下魚雷尾流自導尾追入尾流前部攻擊低速淺吃水大型水面艦試驗; 3) 高海況下魚雷尾流自導垂直入尾流后部攻擊中高速淺吃水大型水面艦試驗; 4) 低海況下魚雷尾流自導迎擊入尾流后部攻擊低速中型水面艦試驗; 5) 高海況下魚雷尾流自導尾追入尾流中部攻擊中高速中型水面艦試驗; 6) 低海況下魚雷尾流自導垂直入尾流中部攻擊低速淺吃水中型水面艦試驗。

一般條件試驗適用于在試驗經費充足, 試驗條次數約束較少的情況下使用, 可以用于作戰試驗中魚雷尾流自導試驗的設計, 評估該型魚雷尾流自導的作戰能力, 以及性能試驗中魚雷尾流自導條次合格率考核的試驗設計, 其試驗結論代表魚雷尾流自導作戰能力或者條次合格率的一般水平。

2.2 下邊界條件試驗設計

表4 均勻設計的下邊界條件試驗方案

表5 下邊界條件實航試驗方案

實航試驗具體安排: 1) 高海況下魚雷尾流自導尾追入尾流前部攻擊低速淺吃水中型水面艦試驗; 2) 高海況下魚雷尾流自導尾追入尾流后部攻擊低速淺吃水中型水面艦試驗; 3) 高海況下魚雷尾流自導迎擊入尾流后部攻擊低速淺吃水中型水面艦試驗; 4) 高海況下魚雷尾流自導迎擊入尾流前部攻擊低速淺吃水中型水面艦試驗。

下邊界條件試驗, 可以充分驗證魚雷尾流自導在下邊界條件上的一般表現, 得出的結論可以說明魚雷尾流自導性能在有效工作范圍內的最低水平。適合在試驗經費受限, 條次數受約束, 但是試驗標準嚴格的性能試驗任務中使用, 驗證魚雷尾流自導條次合格率的最低可達水平。

3 結束語

從影響魚雷尾流自導的因素出發, 采用均勻設計的方法進行魚雷尾流自導試驗設計, 有效的避免了試驗條件設置的主觀隨意性, 而且得到的試驗方案能夠通過較少的試驗條次獲得客觀有效的試驗結論, 經濟效益好, 技術可行性高。試驗因素中溫度與鹽度影響較小, 用于科學研究或者仿真試驗可以采用考慮溫度與鹽度的試驗方案, 在性能試驗或者作戰試驗的實航試驗中, 考慮經濟效益可采用不考慮溫度與鹽度的實航試驗方案。均勻設計法不僅能用于魚雷尾流自導試驗設計的優化, 還能應用于被動聲自導以及主動聲自導試驗設計的優化, 下一步將就此繼續展開研究。

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(責任編輯: 許 妍)

Application of Uniform Design Method to Design of Torpedo’s Wake Homing Test

DENG Nan-ming, DENG Xin-wen

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

The factors influencing torpedo wake homing are analyzed to select the test design factors, the level of each factor of torpedo wake homing test is set up, and the design of torpedo wake homing test is carried out by the uniform design method. Compared with the previous design schemes with subjective randomness in selection of factors, level setting and combination, the uniform design method is more objective and rational, so the uniform dispersion of test points is greatly improved.Also, the uniform design method can significantly reduce, the test samples without reducing test effect compared with the comprehensive test design and the orthogonal design method, hence obvious economic benefit, high feasibility, and easy implementation can be achieved. This research may provide a reference for the design optimization of torpedo acoustic homing test.

torpedo; uniform design method; wake homing; test design

鄧南明(1985-), 男, 工程師, 主要從事水中兵器試驗研究.

TJ630.6; O212.6

A

2096-3920(2018)02-0180-05

鄧南明, 鄧新文. 均勻設計法在魚雷尾流自導試驗設計中的應用[J]. 水下無人系統學報, 2018, 26(2): 180-184.

2017-11-27;

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10.11993/j.issn.2096-3920.2018.02.013