魚雷命中精度試驗(yàn)方案研究

朱文振, 葉浩亮,2, 李國良

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魚雷命中精度試驗(yàn)方案研究

朱文振1, 葉浩亮1,2, 李國良1

(1. 中國人民解放軍91388部隊, 廣東 湛江, 524022; 2. 西北工業(yè)大學(xué) 航海學(xué)院, 陜西 西安, 710072)

針對目前輕型智能魚雷垂直命中精度考核難的問題, 根據(jù)目前試驗(yàn)條件分析總結(jié)了4種考核方法, 并從試驗(yàn)可行性和經(jīng)費(fèi)方面分析了每一種方法存在的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，從試驗(yàn)鑒定角度出發(fā), 確定了采用單平面攻擊潛艇和雙平面跟蹤攻擊固定靶相結(jié)合的考核方法, 并給出了其試驗(yàn)設(shè)計方法和試驗(yàn)評定方法, 為輕型智能魚雷命中精度考核實(shí)施提供了重要依據(jù)。

輕型魚雷；垂直命中精度；試驗(yàn)鑒定

0 引言

目前世界上大多數(shù)發(fā)達(dá)國家潛艇已具有兩層耐壓殼體, 抗打擊能力大幅度增強(qiáng)。輕型智能作為魚雷武器的一個重要分支, 是航空、艦載反潛的主戰(zhàn)武器之一, 已經(jīng)引起各國高度重視并成為優(yōu)先發(fā)展目標(biāo)。由于輕型智能魚雷裝藥量少, 它對目標(biāo)的毀傷程度就取決于能否準(zhǔn)確識別并實(shí)現(xiàn)垂直命中目標(biāo)要害部位, 完成定向聚能爆炸。目前, 如何精確考核垂直命中目標(biāo)要害部位(以下簡稱“命中精度”)指標(biāo)是輕型智能魚雷考核的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1-2], 存在相當(dāng)大的技術(shù)風(fēng)險, 也是魚雷試驗(yàn)鑒定面臨的新課題。

1 命中精度考核方法

1.1 命中精度定義

假設(shè)命中精度是指魚雷垂直命中潛艇目標(biāo)艇體±°, 命中潛艇目標(biāo)中部0m長和±0m高(以目標(biāo)中軸線為基準(zhǔn))的艇體(即后文中所指的潛艇要害部位)[3]。

從試驗(yàn)考核角度分析, 命中精度定義可簡化為水平面命中精度和垂直面命中精度[4]。水平面命中精度又分為水平面命中部位和水平面命中角度, 垂直面命中精度也類似分為垂直面命中部位和垂直面命中角度。

以圖1為例, 水平面命中部位是指魚雷命中潛艇部位在軸上的投影, 水平面命中角度是魚雷和潛艇夾角在平面上的投影; 垂直面命中精度是指魚雷命中潛艇部位在軸上的投影, 垂直面命中角度是魚雷和潛艇夾角在平面上的投影。

圖1 魚雷攻擊目標(biāo)潛艇示意圖

1.2 命中精度考核方法

命中精度考核必須在有目標(biāo)的條件下才能考核, 并根據(jù)智能魚雷攻擊目標(biāo)對象制定考核方法。目前, 在試驗(yàn)中能用于被攻擊的目標(biāo)目前只有2種, 即目標(biāo)潛艇和魚雷專用固定靶標(biāo)。在此條件下, 命中精度試驗(yàn)考核可歸納以下幾種方案[3,5]。

1) 雙平面跟蹤潛艇直接命中潛艇方法;

2) 雙平面攻擊潛艇下方m處(距潛艇中軸線)方法;

3) 單平面攻擊潛艇和雙平面跟蹤攻擊固定靶標(biāo)相結(jié)合方法;

4) 雙平面攻擊潛艇正后方m處(距潛艇中心線)方法。

1.2.1 雙平面跟蹤潛艇直接命中潛艇方法

此方法是在接近實(shí)戰(zhàn)條件的要求進(jìn)行試驗(yàn), 目標(biāo)潛艇需外加裝甲, 其目標(biāo)特性要基本上滿足國內(nèi)外先進(jìn)潛艇的要求[6], 讓魚雷直接命中潛艇來考核命中精度。

潛艇末彈道測量系統(tǒng)安裝在潛艇上。魚雷設(shè)定雙平面跟蹤攻擊命中潛艇, 潛艇末彈道測量系統(tǒng)考核魚雷命中精度和垂直命中角度。

此方法優(yōu)點(diǎn)是能在實(shí)戰(zhàn)條件魚雷攻擊目標(biāo)潛艇, 是一種直接的試驗(yàn)方法[7]。

不足之處是此方法會對目標(biāo)潛艇的安全性造成威脅, 如在目標(biāo)潛艇外加裝防護(hù)裝甲費(fèi)用昂貴, 并且加裝防護(hù)裝甲后, 潛艇的目標(biāo)特性會被改變, 對考核會產(chǎn)生不利影響; 另外, 雙平面攻擊并直接命中潛艇, 可能造成魚雷損壞或沉雷、丟雷的風(fēng)險。所以目前此方法在實(shí)施上仍存在較大的難度。

1.2.2 雙平面攻擊潛艇下方m處方法

魚雷設(shè)定為自導(dǎo)波束高低角控制, 魚雷不是直接攻擊潛艇要害部位, 而是以潛艇要害部位為瞄準(zhǔn)點(diǎn), 攻擊潛艇要害部位下m處的相對位置來實(shí)現(xiàn)命中部位。目標(biāo)潛艇裝有末彈道測量設(shè)備和時統(tǒng)設(shè)備。魚雷裝3D段, 魚雷自導(dǎo)設(shè)定俯仰角控制(以確保潛艇安全), 0°波束攻擊潛艇水下m目標(biāo)點(diǎn)[8]。

魚雷水平面(平面)命中精度可通過實(shí)艇靶測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行考核。

如圖1所示,和已知,和通過試驗(yàn)測得, 又有

此方法優(yōu)點(diǎn)是考核條件接近實(shí)戰(zhàn), 并且在此方案下目標(biāo)潛艇無需外加裝甲, 同時這樣也避免了高昂的試驗(yàn)費(fèi)用。

此方法缺點(diǎn)是, 由于此方法為一種近似的試驗(yàn)方法, 為確保目標(biāo)潛艇安全, 需適當(dāng)加大魚雷與潛艇的深度差, 從而造成魚雷垂直面命中精度降低, 魚雷垂直命中精度變差, 難以滿足魚雷垂直命中部位±0m的考核精度。因此, 若魚雷自導(dǎo)或控制系統(tǒng)工作不正常, 存在魚雷直接命中目標(biāo)潛艇的風(fēng)險。

1.2.3 單平面攻擊潛艇和雙平面跟蹤攻擊固定靶相結(jié)合方法

1) 單平面攻擊潛艇

魚雷設(shè)定水平面機(jī)動和垂直面m深度差單平面跟蹤攻擊潛艇(通過修改魚雷內(nèi)部軟件實(shí)現(xiàn), 比如在魚雷的深度控制信號上設(shè)置為定深航行), 考核魚雷水平面命中精度及垂直命中角(通過魚雷內(nèi)測裝置記錄得到, 這時的垂直命中角只有操舵信號, 但實(shí)際操舵命令只是被內(nèi)測裝置記錄, 并沒有真正執(zhí)行, 以使?jié)撏О踩?。同時, 也可考核魚雷能否識別潛艇垂直面并建立命中±0m的基準(zhǔn)。魚雷水平面命中精度可通過實(shí)艇靶測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行考核。

2) 雙平面跟蹤攻擊固定靶標(biāo)

魚雷設(shè)定為以固定靶標(biāo)下方m為瞄準(zhǔn)點(diǎn), 魚雷識別固定靶為點(diǎn)目標(biāo)后, 仍攻擊固定靶部位下方的相對位置來實(shí)現(xiàn)垂直面命中部位。因此, 魚雷以固定靶為參考點(diǎn)可等效于潛艇要害部位, 魚雷垂直面命中部位可通過固定靶脫靶量測量系統(tǒng)測量魚雷在深度上的脫靶量數(shù)據(jù)進(jìn)行考核, 魚雷垂直面角度可通過內(nèi)測裝置記錄魚雷末彈道的俯仰角數(shù)據(jù)進(jìn)行考核[11]。

此方法實(shí)質(zhì)是融合了前小節(jié)所提的方法, 優(yōu)點(diǎn)是在接近實(shí)戰(zhàn)條件下, 命中精度采用垂直面命中精度與水平面分開考核的方法(即能通過直接攻擊潛艇獲得的數(shù)據(jù)盡量直接獲得, 不能直接獲得的, 采用近似獲得, 同時將攻擊靶標(biāo)的數(shù)據(jù)與之融合, 進(jìn)行綜合評定), 使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)能收集的更全面; 同時又可解決目標(biāo)潛艇需外加裝甲和試驗(yàn)費(fèi)用高昂的問題。

此方法缺點(diǎn)是在垂直面命中精度考核方面是一種近似的試驗(yàn)方法; 若魚雷自導(dǎo)或控制系統(tǒng)工作不正常, 存在直接命中目標(biāo)潛艇或固定靶的風(fēng)險。

1.2.4 雙平面攻擊潛艇正后方m處方法

此方法是一種近似的試驗(yàn)方法, 與雙平面攻擊潛艇下方m處方法類似。在接近實(shí)戰(zhàn)的條件下, 采用雙平面攻擊潛艇, 可以解決目標(biāo)潛艇需外加裝甲和試驗(yàn)費(fèi)用高昂的問題, 但要求潛艇末彈道測量系統(tǒng)測量范圍擴(kuò)大, 并且存在設(shè)備后移m安裝的技術(shù)和可靠性問題; 因此, 若魚雷自導(dǎo)或控制工作不正常, 會存在魚雷直接命中目標(biāo)潛艇的風(fēng)險。

綜合上述4種方法的分析研究以及命中精度考核的實(shí)際需求, 立足于現(xiàn)有條件, 可采用單平面攻擊潛艇和雙平面跟蹤攻擊固定靶相結(jié)合的方法。

2 試驗(yàn)方法設(shè)計

根據(jù)上節(jié)選定的試驗(yàn)方案, 分別對雙平面跟蹤攻擊固定靶和單平面跟蹤攻擊潛艇進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計, 確定其樣本量及試驗(yàn)方案。

2.1 攻擊固定靶試驗(yàn)設(shè)計

2.1.1 樣本量確定

在魚雷試驗(yàn)中項目合格率的評定, 一般采用二項分布[12], 二項分布合格率根據(jù)對準(zhǔn)確度的要求確定試驗(yàn)次數(shù)。

根據(jù)不同準(zhǔn)確度要求, 可確定對應(yīng)的試驗(yàn)樣本量, 如表1。

表1 不同準(zhǔn)確度對應(yīng)的試驗(yàn)樣本量

2.1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)確定的試驗(yàn)樣本量, 模擬實(shí)際情況, 設(shè)計攻擊固定靶試驗(yàn)方案見表2。

表2 攻擊固定靶試驗(yàn)方案

2.2 攻擊潛艇試驗(yàn)設(shè)計

魚雷是根據(jù)目標(biāo)的回波特性進(jìn)行信號檢測和目標(biāo)識別的, 目標(biāo)回波特性主要包括: 回波時間展寬、目標(biāo)回波亮點(diǎn)起伏、目標(biāo)回波空間方位分布、目標(biāo)回波強(qiáng)度、多普勒頻移等, 這些信息都與攻擊目標(biāo)舷角有關(guān), 因此, 目標(biāo)舷角是攻潛試驗(yàn)的主要變量; 同時, 目標(biāo)潛艇的航速也是試驗(yàn)變量之一, 從作戰(zhàn)使用角度考慮, 通常選取目標(biāo)潛艇航速為低速~kn。

因目標(biāo)舷角是反潛試驗(yàn)的主要變量, 根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計理論[13], 試驗(yàn)變量應(yīng)取不同的值, 即對應(yīng)魚雷從潛艇不同的舷角進(jìn)行跟蹤導(dǎo)引攻擊目標(biāo), 包括小角度(迎擊、尾追)、中等角度(迎擊、尾追)和接近正橫角度(側(cè)面垂直), 如圖2所示。

圖2 魚雷不同目標(biāo)舷角攻擊目標(biāo)潛艇示意圖

為充分考核智能魚雷發(fā)現(xiàn)、跟蹤和攻擊目標(biāo)潛艇的效果, 根據(jù)實(shí)際情況, 可確定其試驗(yàn)方案見表3。表3中有效條次數(shù)依據(jù)表2對有效條次數(shù)的要求采用正交試驗(yàn)設(shè)計方法確定。

3 試驗(yàn)評定方法

方法一: 魚雷命中潛艇目標(biāo)區(qū)域?yàn)?′20的長方形, 命中精度的概率為

式中，水平變量、垂直變量、命中角度變量可分別在攻擊固定靶和攻擊潛艇試驗(yàn)中直接或間接獲取。

魚雷命中精度參數(shù)服從正態(tài)分布[14]。正態(tài)分布隨機(jī)變量的密度為

可得命中精度概率為

方法二: 直接計算合格率

式中:P為水平面命中精度概率;P為垂直面命中精度概率;為命中角精度概率。

4 結(jié)束語

本文針對智能魚雷命中精度考核的需求, 總結(jié)了4種考核方法, 并分析了其每一種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合命中精度考核的實(shí)際和目前測控設(shè)備的現(xiàn)有條件, 確定了單平面攻擊潛艇和雙平面跟蹤攻擊固定靶相結(jié)合的試驗(yàn)方法。本試驗(yàn)方案取得了理想的試驗(yàn)效果, 并獲得了認(rèn)可。由于智能魚雷不斷發(fā)展, 實(shí)際作戰(zhàn)態(tài)勢具有很強(qiáng)的隨機(jī)性, 目標(biāo)潛艇在魚雷報警后的對抗措施和機(jī)動的試驗(yàn)理論是進(jìn)一步需要研究的內(nèi)容。

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Testing Scheme for Torpedo Hitting Accuracy

Zhu Wen-zhen1, Ye Hao-liang1, 2, Li Guo-liang1

(1. 91388thUnit, The People′s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China; 2.College of Marine Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi′an 710072, China)

To construct a testing scheme for intelligent lightweight torpedo perpendicular hitting accuracy, we sum up four assessment methods based on existing test condition, and analyze the advantages and disadvantages of each method in cost and feasibility. For test evaluation, we determine an assessment method with combination of attacking submarine in single-plane and tracking/attacking fixed target in dual-plane, and correspondingly offer a test design method and a test evaluation method, in order to provide a basis for assessing intelligent lightweight torpedo hitting accuracy.

lightweight torpedo; perpendicular hitting accuracy; test evaluation

TJ630.6; TP391.9

A

1673-1948(2012)03-0231-05

2011-11-10;

2011-12-09.

朱文振(1975-), 男, 工程師, 主要研究方向?yàn)轸~雷試驗(yàn)技術(shù).

(責(zé)任編輯: 許 妍)