雙雷齊射時前雷航行噪聲對后雷主動聲自導(dǎo)檢測的影響分析與對策

鄧新文,謝 勇

(中國人民解放軍91388 部隊,廣東 湛江,524022)

0 引言

潛艇反潛是反潛作戰(zhàn)的重要方式,隨著世界各國潛艇減振降噪技術(shù)的發(fā)展及其在工程實踐中的深入運(yùn)用,當(dāng)前潛艇輻射噪聲水平多為低噪聲與安靜型,且噪聲特征不明顯,導(dǎo)致潛艇對潛攻擊存在發(fā)現(xiàn)距離近、識別判型時間長與目標(biāo)運(yùn)動要素解算誤差大的客觀現(xiàn)實[1]。因此潛艇通常采用主動聲自導(dǎo)魚雷雙雷齊射的方式實施對潛魚雷攻擊,以擴(kuò)大魚雷搜索帶與遮蓋較大的目標(biāo)散布[2],達(dá)到先敵攻擊與首攻奏效的目的[3]。

目前關(guān)于潛艇雙雷齊射研究主要是圍繞避免雙雷互導(dǎo)展開的[1-5],但對鄰雷航行噪聲干擾與對策的研究還較少。文中針對主動聲自導(dǎo)魚雷雙雷齊射時,前雷航行噪聲對后雷自導(dǎo)檢測的影響進(jìn)行了理論建模與仿真計算分析,進(jìn)而討論了在實際作戰(zhàn)中的應(yīng)對策略。

1 主動聲自導(dǎo)雙雷齊射組織實施方法

1.1 雙雷齊射方法

魚雷齊射有扇面齊射和平行航向齊射2 種。扇面齊射如圖1 所示,兩雷主航向成一定夾角,使兩雷自導(dǎo)扇面在齊射中線與目標(biāo)航向線交點處相銜接[4],兩雷只需一次轉(zhuǎn)角,組織實施較為簡單,但齊射效果依賴于目標(biāo)運(yùn)動要素的解算準(zhǔn)確程度。圖中:W為發(fā)射點;M為目標(biāo)艇位置;Vw為發(fā)射艇航速;Vm為目標(biāo)艇航速;Qm為目標(biāo)艇舷角;α為魚雷主航向與齊射中線夾角;λ為自導(dǎo)扇面角;R為自導(dǎo)作用距離。

圖1 扇面齊射示意圖Fig.1 Diagram of spread salvo

平行航向齊射如圖2 所示,兩雷按齊射時間間隔先后依次出管,先執(zhí)行一次轉(zhuǎn)角按齊射散角在主航向兩側(cè)展開,走完預(yù)定航程后再執(zhí)行二次轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)入與齊射主航向平行的航向上,以一定的齊射間距平行向前搜索目標(biāo),組織實施相對扇面齊射多了二次轉(zhuǎn)角。隨著魚雷控制技術(shù)水平的不斷提高,平行航向齊射因具有較好的攻擊效果,成為主動聲自導(dǎo)魚雷雙雷齊射的主要組織實施方法[5]。

圖2 平行航向齊射示意圖Fig.2 Diagram of parallel salvo

1.2 平行航向齊射的組織實施

如圖2 所示,發(fā)射艇實施雙雷平行航向齊射時位于W點,目標(biāo)艇位于M點,兩雷按照齊射時間間隔dt依次出管執(zhí)行初始彈道后,沿發(fā)射航向直航一段距離[6],在T1點按一次轉(zhuǎn)角ωi(i=1,2)轉(zhuǎn)向直航展開,航行直航距離STl后兩雷到達(dá)T21、T22兩點[7],隨后執(zhí)行二次轉(zhuǎn)角[8],魚雷轉(zhuǎn)向至主航向后間距為dz,待到達(dá)自導(dǎo)開機(jī)距離后自導(dǎo)開機(jī)搜索目標(biāo)。此時前雷在主航向上與后雷距離為 ?d,魚雷航速為Vt,兩雷斜距為ds,如圖3 所示,?d與ds計算如下

圖3 對后雷檢測影響示意圖Fig.3 Diagram of the impact on the latter torpedo ’s detection

2 對后雷主動聲自導(dǎo)檢測的影響分析

2.1 影響模型構(gòu)建

因兩雷按齊射時間間隔依次出管,先發(fā)射出管魚雷將位于后發(fā)射出管魚雷的側(cè)前方,雖然魚雷自導(dǎo)系統(tǒng)具有發(fā)射/接收指向性,但由于有旁瓣的存在,前雷航行噪聲仍將被后雷自導(dǎo)系統(tǒng)接收[9],從而提高后雷自導(dǎo)系統(tǒng)對探測的背景噪聲[10],降低后雷主動聲自導(dǎo)作用距離,如圖3 所示。

主動聲吶方程是基于能量準(zhǔn)則,由一個基本等式來定量反應(yīng)水聲系統(tǒng)的設(shè)備性能、信道影響與目標(biāo)特性三者之間的數(shù)量關(guān)系[11],分為噪聲掩蔽下的主動聲吶方程與混響掩蔽下的主動聲吶方程。考慮前雷航行噪聲干擾,文中基于噪聲掩蔽下的主動聲吶方程進(jìn)行分析

式中:SL為魚雷主動聲自導(dǎo)聲源級;TL為傳播損失;TS為潛艇目標(biāo)強(qiáng)度;NL為魚雷干擾噪聲級;DI為魚雷聲自導(dǎo)接收指向性指數(shù);DT為魚雷自導(dǎo)檢測閾。

魚雷在某一具體的海洋戰(zhàn)場時空環(huán)境下進(jìn)行對潛攻擊時,SL、DI、DT與NL是相對固定不變的,將常量左移,變量右移,得

由式(3)可知,若確定了魚雷干擾噪聲級,則可計算出傳播損失TL,進(jìn)而由傳播損失與距離的關(guān)系換算出自導(dǎo)作用距離。通常可假定魚雷搜索深度與目標(biāo)艇航行深度相差不大,工程上可用球面擴(kuò)展加吸收損失估算傳播損失,即

式中:R為傳播距離;β為對數(shù)吸聲系數(shù)。

隨齊射時間間隔的不同,前雷與后雷的態(tài)勢也不同,從而對后雷的主動聲自導(dǎo)作用距離縮短程度不一。若已知魚雷在干擾噪聲級NL0(含自噪聲和環(huán)境噪聲的總噪聲級)時對應(yīng)的主動聲自導(dǎo)作用距離為R0,則可由式(5)計算出干擾噪聲級NL1時對應(yīng)的自導(dǎo)作用距離R1,即

魚雷航行噪聲具有方向性,通常呈蝴蝶形,雷頭與雷尾方向較弱,記不考慮前雷噪聲影響時的后雷干擾噪聲級為NLt20、前雷航行噪聲級為NLth1、噪聲聲壓分布系數(shù)為F(θ2),θ2為后雷方位與前雷航向的夾角。假定前雷航行噪聲傳播到后雷的傳播損失按球面擴(kuò)展加吸收損失來估算,魚雷聲自導(dǎo)接收指向性指數(shù)為DI(θ1),θ1為前雷方位與后雷雷頂平面的夾角,則后雷接收到前雷航行噪聲干擾噪聲級為

可得后雷主動聲自導(dǎo)系統(tǒng)接收到的總干擾噪聲級為[12]

2.2 案例計算分析

以意大利“黑鯊”魚雷為例,其航行速度Vt為52 kn,假定其魚雷干擾噪聲級NL0為52 dB 時對應(yīng)的主動聲自導(dǎo)作用距離R0為1 000 m、在魚雷聲自導(dǎo)接收頻段內(nèi)寬帶航行噪聲級NLt為150 dB、齊射間距dz為700 m,對數(shù)吸聲系數(shù) β為3 dB/km。假設(shè)主動聲自導(dǎo)接收指向性指數(shù)與發(fā)射指向性指數(shù)一致并采用文獻(xiàn)[13]中的測量數(shù)據(jù),航行噪聲聲壓分布系數(shù)采用文獻(xiàn)[14]中計算模型,計算得到主動自導(dǎo)作用距離隨齊射時間間隔變化規(guī)律如圖4所示。

圖4 后雷主動聲自導(dǎo)作用距離隨齊射時間間隔變化曲線Fig.4 Curve of the active acoustic homing acquisition range of the latter torpedo changing with the interval between two launches of torpedoes

由圖4 可知,主動聲自導(dǎo)作用距離先隨齊射間隔時間增大而減少,在9 s 時下降至最小值655 m后隨齊射間隔時間增大而增大,在齊射時間間隔大于16 s 后,又隨齊射間隔時間增大而減少。主要原因是齊射時間決定前后兩雷的縱向間距,使得前雷方位與后雷軸向的夾角隨之變化,進(jìn)而因后雷接收指向性與前雷航行噪聲指向性綜合導(dǎo)致后雷自導(dǎo)作用距離隨齊射時間間隔呈曲線變化。因此,在其他條件一定時,齊射時間間隔決定了前雷航行噪聲對后雷主動聲自導(dǎo)作用距離的影響程度,使得后雷主動聲自導(dǎo)作用距離縮短,導(dǎo)致不能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)潛艇,達(dá)不到預(yù)期的齊射作戰(zhàn)效果。

3 作戰(zhàn)使用建議

綜合前文分析可知,前雷航行噪聲將被后雷聲自導(dǎo)系統(tǒng)接收從而降低后雷主動聲自導(dǎo)作用距離,當(dāng)某一齊射時間間隔使前雷相對后雷的方位恰好處于后雷聲自導(dǎo)旁瓣軸方位,將會對后雷自導(dǎo)檢測有較大的影響,因此可通過控制齊射時間間隔與雷速來調(diào)整前后雷態(tài)勢并降低前雷航行噪聲級,達(dá)到降低影響的目的。具體建議有以下2 點:

1) 由于兩雷存在航行速度誤差、航向誤差,兩雷態(tài)勢很難通過增大齊射時間間隔來實施精準(zhǔn)控制,使前雷處于后雷聲自導(dǎo)接收波束相鄰旁瓣中間,且齊射時間間隔的增大也很難達(dá)到兩雷同時捕獲目標(biāo)的預(yù)期目的,因此可在前雷發(fā)射出管不對后雷產(chǎn)生干擾影響的前提下,盡可能地縮短齊射時間間隔,實現(xiàn)兩雷近似同時出管;

2) 可視情降低兩雷搜索速度,采用低速搜索接敵的方式,降低前雷航行噪聲,減少其對后雷自導(dǎo)檢測的干擾,同時也有利于增大自導(dǎo)作用距離,提高齊射發(fā)現(xiàn)概率。

4 結(jié)束語

通過分析聲吶方程與主動聲自導(dǎo)檢測原理,基于雙雷齊射運(yùn)動態(tài)勢構(gòu)建了相應(yīng)的計算模型,算例表明:前雷航行噪聲對后雷主動聲自導(dǎo)作用距離有較大的影響,影響程度隨齊射時間間隔的變化而不同。最后就實戰(zhàn)中如何降低前雷航行噪聲對后雷的影響給出了作戰(zhàn)使用建議。文中所做研究可為潛艇指揮員實施主動聲自導(dǎo)魚雷雙雷齊射與設(shè)計人員進(jìn)一步研究雙雷齊射提供參考。