聲納浮標系統在Z9直升機平臺加裝及效能分析

曲昱燊

哈爾濱飛機工業集團有限責任公司飛機設計研究所 黑龍江哈爾濱 150066

1 聲納浮標系統介紹

1.1 聲納浮標

聲納浮標是探測水下目標的浮標式聲納器材，是一種水聲遙感探測器。它與浮標信號接收處理設備等組成浮標聲納系統，用于航空反潛探測及對水下潛艇的預警等。

1.2 航空聲納浮標

航空聲納浮標裝備于反潛巡邏機、反潛直升機和某些水上飛機。其外形呈圓柱形，頂部有可分離的旋葉和天線護罩，殼體內安裝有可折疊的傘狀天線、超高頻無線電發射機、聲信號放大器、聲納基陣、電池和浮標自沉裝置等。

2 Z9平臺介紹

Z9直升機是航空工業哈飛設計制造的單旋翼、涵道尾槳、前三點式起落架的中型雙發多用途直升機。

Z9直升機符合CCAR29規范中目視飛行規則（VFR）和儀表飛行規則（IFR）的要求，國內民用型（H425型）直升機已取得CAAC頒發的型號合格證。

3 完成應召反潛任務所需的聲納浮標效能分析

3.1 應召反潛

水面艦艇在航行中發現有潛艇可能威脅到自身安全時，可組織艦載直升機使用聲納浮標與吊放聲納協同執行應召反潛任務。由于潛艇航向和航速是未知的，因此潛艇位置分布是在以發現點為圓心的圓，半徑為潛艇最高航速與時間乘積，且在圓內服從均勻分布[1]。

當潛艇企圖攻擊水面艦艇時，可以認為其運動意在與艦艇接近至聲納探測距離。因此，潛艇的航向范圍根據戰場態勢的不同，可是圓或是扇面[2]。

3.2 應召反潛模型分析

假設艦艇發現敵潛艇位于Q點，與艦艇的距離為d，方位角為θ，潛艇戰術航速為Vq，艦艇位于W點，航向0°，航速為Vw，相對航速為Vxd。如潛艇試圖與艦艇接近至聲納探測距離R處，則有兩條相對航向線可以選擇，分別為QH和QG，下面求解QE所對應的兩條邊界航向。

根據余弦定理，可求得潛艇的兩個邊界航向QA’和QB’分別為：

同理可求得QG所對應的兩條邊界航向QC’和QD’。

這樣，潛艇可能的航向范圍即為四個邊界航向之問的最大夾角。

設水面艦艇航向為0°，航速為18kn；潛艇與水面艦艇的距離為200km，戰術航速分別為16kn和12kn，潛艇對水面艦艇的攻擊距離為15km，運用軟件進行仿真，則敵潛艇可對水面艦艇進行攻擊的航向范圍如表1所示。

表1 潛艇攻擊水面錦亭航向范圍表

3.3 聲納浮標搜索陣列建模

建立聲納浮標陣列模型的思路是：首先確定潛艇邊界點A的坐標，再根據A點坐標和聲納浮標的作用范圍，在潛艇可能位置圓弧上確定第一個浮標點（B1）的坐標，使其聲納作用范圍可有效包含A點，然后依次在潛艇可能位置圓弧上布放浮標，并使得浮標的聲納作用范圍有一定重疊。

3.4 吊放聲納搜索建模

建立吊放聲納搜索模型的思路是：直升機布放聲納浮標后，沿著邊界飛向第一個吊聽點（D1），D1坐標應位于潛艇可能航向的邊界上，根據潛艇可能采取的最低航速率和直升機從起飛至開始吊放聲納聽測所需的總時間來確定。而第n個吊點Dn的確定需使得潛艇可能位置弧盡可能多的處于直升機吊放聲納的探測半徑內，同時保證潛艇不能從相鄰兩個聽測圓的重疊區域穿過[3]。

3.5 搜潛仿真分析

以3.2中仿真結果為條件，在不同態勢下搜索行動的仿真結中可以看出，對浮標和吊聽點數量產生影響的因素主要包括潛艇的距離和航速。單從封堵潛艇所需聲納浮標的數量來看，潛艇距離的變化會對結果產生一定影響，當潛艇戰術航速、距離d=150/200/250km時，所需的浮標數量分別為11/14/16枚，但是這種影響程度要弱于潛艇最高戰術航速帶來的變化，如當潛艇戰術航速降至時，所需的浮標數量迅速減少為8/10/12枚。

4 Z9平臺加裝聲納浮標系統分析

按照應召搜潛任務模型的分工方式，搜潛機可分為吊放聲納搜潛機和聲納浮標搜潛機。航空工業哈飛生產的Z9EC出口型直升機為具有吊放聲納搜潛及魚雷攻潛的機型。需另一型直升機進行浮標投放任務。

參考國內某聲納浮標系統，其主要設備由浮標掛架及接收處理機組成。該掛架裝載某小型聲納浮標數量為8枚/個，外形尺寸Φ225mm×700mm，重量不大于6kg。

在此構型下可增大投放掛架尺寸以滿足某型自定位數字聲納浮標系統中浮標尺寸要求（不超過Φ124mm×914mm），重量不超過14kg。按照單側8枚計算總載彈重量不超過112kg，滿足Z9直升機彎梁載重及體積要求。

該自定位數字聲納浮標被動定向及主動全向型浮標作用距離不小于5km，性能上較小型聲納浮標強大。按照雙側裝載共16枚浮標，總重約為224kg，根據3.5的仿真結果基本可對最高戰術航速、初探測最遠距離d=250km的潛艇使用聲納浮標實施有效封堵。

考慮目前Z9EC型機在搜攻潛構型（裝備吊放聲納裝置、攜帶一枚魚雷）條件下，作戰半徑為80km（20min余油），裝備了聲納浮標系統的Z9型直升機可為Z9EC型機的搜潛工作顯著提升搜索效率，浮標弧形陣列可有效防止目標逃逸，為對敵潛艇進行長時間監視或實施精準打擊提供了便利條件。