潛伏式魚雷攻擊性能分析

周 濤, 張晨光

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潛伏式魚雷攻擊性能分析

周 濤1, 張晨光2

(1. 海軍裝備研究院, 北京, 100161; 2. 西北工業(yè)大學(xué) 航海學(xué)院, 陜西 西安, 710072)

為更好發(fā)揮潛伏式魚雷作戰(zhàn)效能, 根據(jù)其發(fā)射導(dǎo)引的技術(shù)特點, 在想定原則、態(tài)勢和彈道流程下, 建立了攻擊性能仿真模型, 分別利用當(dāng)前方位法和提前方位法計算了多速制魚雷高低速航程不同配置時的發(fā)現(xiàn)概率, 得到了能夠有效提高潛伏式魚雷發(fā)現(xiàn)概率的高低速配置方案, 并針對大敵舷角魚雷脫靶量大的問題, 對比2種方法的仿真結(jié)果后表明, 采用提前方位法射擊更能有效提高潛伏式魚雷的發(fā)現(xiàn)概率。

潛伏式魚雷; 攻擊性能; 多速制; 發(fā)現(xiàn)概率

0 引言

自19世紀(jì)問世以來, 魚雷已經(jīng)成為近現(xiàn)代各次海戰(zhàn)中使用最多和殺傷力最大的水中兵器, 由于其具有自動跟蹤、隱蔽性強、爆炸威力大和使用范圍廣等特點, 因此始終是各國海軍的水下主要攻擊武器[1]。利用待機潛伏方式的魚雷來作為封鎖航道、港口的水中兵器近年來得到很大的發(fā)展。目前國外海軍正在發(fā)展?jié)摲紧~雷與潛艇一樣潛伏探測目標(biāo), 確認發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后發(fā)射釋放出魚雷實施攻擊, 既具有長期值守的優(yōu)點, 也具有自動跟蹤精確打擊的優(yōu)點, 是水中兵器發(fā)展的一個新方向。

潛伏式魚雷是一種攜帶魚雷的潛伏水下平臺, 它一般以被動方式探測目標(biāo), 發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后解算目標(biāo)要素, 然后發(fā)射魚雷實施攻擊。潛伏式魚雷對目標(biāo)的探測、跟蹤跨越靜止平臺和機動平臺, 為保持對目標(biāo)的連續(xù)接觸, 一般采用多速制魚雷。多速制魚雷在現(xiàn)代魚雷中已經(jīng)普遍實施, 如法國的MU90魚雷, 瑞典TP617魚雷(航速20/30 kn)、英國“旗魚”重型魚雷(航速28/55/70 kn)、美國MK54輕型魚雷(航速8/36/45 kn)[2]等等。多速制魚雷可以平衡遠航程和高速度這2個重要指標(biāo), 但魚雷高低速度應(yīng)該如何設(shè)計、航程如何分配等問題隨之浮出水面。

潛伏式魚雷作為一種新型水中兵器, 融合了靜止探測和機動攻擊兩方面的優(yōu)點。因此, 潛伏式魚雷所具備的攻擊性能不僅取決于潛伏平臺的探測能力, 也取決于魚雷自身戰(zhàn)技指標(biāo)和攻擊彈道設(shè)計。本文針對潛伏式魚雷使用方式, 對其攜帶的多速制自導(dǎo)魚雷射擊參數(shù)進行了分析, 主要包括多航速航程分配和射擊提前角設(shè)置等, 而潛伏式魚雷戰(zhàn)斗載荷則考慮裝載“發(fā)射后不管”的國外聲自導(dǎo)魚雷。通過分析, 以能夠充分利用多速制魚雷的技術(shù)優(yōu)勢, 更好地發(fā)揮其作戰(zhàn)效能。

1 魚雷速度配置原則和彈道流程

1.1 速度配置原則

對于戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用而言, 總希望魚雷有足夠高的速度, 一方面時間就是效率, 魚雷航速越快, 越有利于盡快擊中目標(biāo), 從而降低目標(biāo)機動規(guī)避的成功概率; 另一方面, 隨著目標(biāo)航速的不斷提高, 只有魚雷的航速足夠高才可能成功地擊中目標(biāo)。但是由于魚雷攜帶的能源有限, 而高速航行則需要消耗大量能源, 導(dǎo)致航程縮短、自噪聲增大[3], 反而降低了對目標(biāo)的命中概率。因此, 只有適當(dāng)?shù)剡x取魚雷速度, 才能盡可能充分發(fā)揮魚雷的攻擊性能。

針對多速制魚雷不同航速所帶來的優(yōu)缺點, 結(jié)合使用方式, 對速度配置作不同分析。對于線導(dǎo)使用方式, 考慮前期有聲納修正導(dǎo)引, 一般在導(dǎo)引時采用低速航行, 以隱蔽方式接近目標(biāo), 有利于擴大航程、確保探測環(huán)境的安靜和提高搜索階段自導(dǎo)作用距離; 而在攻擊時則采用高速航行, 以縮短命中時間、確保有效攻擊高速目標(biāo)。多速制魚雷的這一速度配置的原則在線導(dǎo)提供遠程導(dǎo)引的情況下是較為合理的。

但對于非線導(dǎo)方式使用的潛伏式魚雷而言, 其屬于自導(dǎo)魚雷的射擊方式, 由于發(fā)射后魚雷攻擊過程前期沒有目標(biāo)導(dǎo)引修正, 則初始射擊角的誤差將會對速度配置提出與線導(dǎo)方式不同的要求, 速度配置是否合理將直接影響魚雷攻擊的命中概率。考慮到潛伏式魚雷無前期修正和導(dǎo)引, 且打擊目標(biāo)距離較近等因素, 為減少目標(biāo)運動隨時間延遲累積誤差帶來的影響, 需首先考慮魚雷發(fā)射后應(yīng)快速接近目標(biāo), 以確保初始射擊角的有效性, 提高命中概率。大量實踐表明, 直航搜索時, 如果先使用低速制, 會導(dǎo)致魚雷航行過程中目標(biāo)遠離原位置, 使兩者距離相差太遠, 使魚雷無法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。因此, 對于潛伏式魚雷, 應(yīng)在初始段先采用高速制, 速度配置原則應(yīng)為先高速接近, 后低速搜索。

1.2 彈道流程想定

綜合考慮各種因素對魚雷攻擊目標(biāo)性能的影響, 根據(jù)潛伏式魚雷速度配置原則, 在不同舷角態(tài)勢和不同速度航程配置下, 仿真計算基于直航搜索彈道的潛伏式魚雷聲自導(dǎo)捕獲目標(biāo)概率, 研究分析最優(yōu)射擊方式及其攻擊性能。在本文仿真中假定目標(biāo)等速直航, 不考慮目標(biāo)規(guī)避機動和對抗問題。潛伏式魚雷攻擊時仿真彈道流程想定主要如下。

1) 攜帶自導(dǎo)魚雷的潛伏式平臺發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后, 當(dāng)目標(biāo)落入可攻擊的距離時, 初始以當(dāng)前或提前方位法發(fā)射魚雷, 直航搜索;

2) 在魚雷發(fā)射后的初始階段, 為了能夠迅速遠離發(fā)射平臺、接近目標(biāo), 減少目標(biāo)運動帶來額外的脫靶量, 設(shè)定魚雷先高速直航一段距離;

3) 魚雷接近目標(biāo)后, 考慮到魚雷低速航行時自導(dǎo)作用距離較大, 則轉(zhuǎn)為采取低速直航搜索模式, 便于盡早發(fā)現(xiàn)目標(biāo);

4) 魚雷低速直航至發(fā)現(xiàn)目標(biāo), 一旦判斷目標(biāo)落入魚雷自導(dǎo)波束范圍內(nèi), 則認為發(fā)現(xiàn)目標(biāo), 如魚雷超過目標(biāo)航向線, 則認為仿真結(jié)束;

5) 魚雷跟蹤段預(yù)留一定的跟蹤航程, 魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)則認為魚雷能夠跟蹤目標(biāo)直至命中目標(biāo)。

2 當(dāng)前方位法攻擊性能分析

潛伏式魚雷戰(zhàn)斗載荷以法國的MU90多速制魚雷為模型, 假定其高速為40 kn, 低速為25 kn。

潛伏式魚雷首先探測到目標(biāo)、解算出目標(biāo)方位和距離信息, 當(dāng)目標(biāo)落入可攻擊的距離時, 把目標(biāo)當(dāng)前方位裝訂給戰(zhàn)斗載荷自導(dǎo)魚雷, 然后發(fā)射自導(dǎo)魚雷, 使其向該方位直航搜索。

假定目標(biāo)航速為8 kn, 下面以魚雷發(fā)射敵舷角、初始距離、高速直航距離為參變量, 通過蒙特卡洛仿真, 得出搜索段脫靶量小于2 km的發(fā)現(xiàn)概率, 如表1所示。

圖1 魚雷發(fā)射模型

當(dāng)目標(biāo)航速進一步提高到10 kn時, 再次計算魚雷的發(fā)現(xiàn)概率, 如表2所示?？梢? 目標(biāo)航速的提高更增大了魚雷的脫靶量, 降低了魚雷發(fā)現(xiàn)概率。

表1 目標(biāo)航速為8 kn時魚雷發(fā)現(xiàn)概率

表2 目標(biāo)航速為10 kn時魚雷發(fā)現(xiàn)概率

通過分析表1和表2的仿真數(shù)據(jù)可以看出, 較大敵舷角和初始距離時, 由于目標(biāo)航速較高, 魚雷接近目標(biāo)過程中, 目標(biāo)偏離原位置較遠, 容易逃出魚雷的工作扇面, 所以只通過調(diào)整高速直航距離, 發(fā)現(xiàn)概率是無法滿足作戰(zhàn)要求的。

為了解決該問題, 比較有效的方法是提高魚雷的速度。將假定的魚雷高低速度分別提高5 kn, 其他仿真條件不變, 重新進行仿真計算, 得到的數(shù)據(jù)如表3所示。

可以看出, 適當(dāng)提高魚雷速度, 可以小幅提高魚雷的發(fā)現(xiàn)概率, 但依舊不能解決大敵舷角態(tài)勢下魚雷發(fā)現(xiàn)概率總體較低的問題。

3 提前方位法攻擊性能分析

圖2為魚雷提前角計算模型, 圖中:1和2為Δ聲學(xué)間隔測量2次的目標(biāo)距離。

圖2 魚雷提前角計算模型

聲學(xué)測量得到的距離誤差為

式中:為發(fā)射信號帶寬;為目標(biāo)和魚雷的真實距離。

表3 魚雷航速為45/30 kn時的發(fā)現(xiàn)概率

得

由誤差傳遞公式, 可以計算并得到目標(biāo)徑向速度誤差

設(shè)定1ky, 又有

根據(jù)建立的提前角計算模型幾何關(guān)系可以得到

則

由提前角計算公式

得

根據(jù)式(11)估計魚雷提前角, 由于魚雷初始采用高速, 且魚雷接近目標(biāo)后, 與目標(biāo)距離較近, 因此計算提前角時, 魚雷速度采用高速計算。當(dāng)魚雷高速為40 kn, 低速為25 kn時, 重新對魚雷的發(fā)現(xiàn)概率進行蒙特卡洛仿真, 魚雷發(fā)現(xiàn)概率如表4所示。

將提前方位法射擊應(yīng)用到潛伏式魚雷中, 使魚雷在較大敵舷角情況下的發(fā)現(xiàn)概率也能夠穩(wěn)步提高, 大大增加了魚雷的攻擊性能。

在其他條件不變的前提下, 繼續(xù)增大敵舷角, 仿真結(jié)果如表5所示。

該方法完全適用于大敵舷角的態(tài)勢, 對比表4和表5, 發(fā)現(xiàn)隨著敵舷角的增大, 魚雷的發(fā)現(xiàn)概率并沒有隨之降低, 反而增大。這是由于在大敵舷角下, 提前角估計的誤差反而相對降低, 更加有利于減小魚雷的脫靶量。

表4 小舷角下魚雷航速為40/25 kn時的發(fā)現(xiàn)概率

4 結(jié)論

本文在假定潛伏平臺探測能力和魚雷自導(dǎo)作用距離一定的前提下, 研究分析了潛伏式魚雷在采用多速制自導(dǎo)魚雷為戰(zhàn)斗載荷時, 其魚雷射擊方案、彈道流程和高低速配置問題。綜合分析魚雷速度配置、高速航程以及射擊方法等因素對魚雷攻擊性能帶來的影響。仿真結(jié)果表明, 對于采用初始估計的目標(biāo)航速航向作為解算射擊參數(shù)輸入的潛伏式魚雷, 對攻擊性能影響的結(jié)論如下。

表5 大舷角下魚雷航速為40/25 kn時的發(fā)現(xiàn)概率

1) 采用先高速接近, 后低速搜索方式對提高潛伏式魚雷攻擊性能較為有利;

2) 當(dāng)高速航程適當(dāng)提高時, 對潛伏式魚雷攻擊性能提高更有利;

3) 整體提高潛伏式魚雷的高速和低速, 對提高魚雷攻擊性能貢獻較小;

4) 采用提前方位法射擊時, 魚雷攻擊性能最優(yōu), 可以在–75°~75°的大舷角范圍內(nèi)高概率穩(wěn)定捕獲10 kn以下的目標(biāo)。

當(dāng)然, 在實際作戰(zhàn)中, 目標(biāo)類型、機動情況會更復(fù)雜, 潛伏平臺探測能力、所攜帶魚雷自導(dǎo)作用距離跟水文條件也密切相關(guān), 因此, 潛伏式魚雷的攻擊性能也不僅用魚雷的發(fā)現(xiàn)概率來描述, 還需要考慮其他更多的因素。

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(責(zé)任編輯: 陳 曦)

Analysis on Attack Performance of Sleeping Torpedo

ZHOU Tao,ZHANG Chen-guang

(1. Naval Armament Academy, Beijing 100161, China; 2. College of Marine Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi′an 710072, China)

To improve the operational efficiency of a sleeping torpedo, an attack performance simulation model of a sleeping torpedo is established according to its technical characteristics of launching guidance and the given principle, situation and trajectory flow. The present bearing method and advance bearing method are used to calculate the detection probability when a multi-speed torpedo is running at alternate high and low speeds, and a speed setting scheme for effectively improving the detection probability of a sleeping torpedo is achieved. Aiming at the problem of large miss distance of a torpedo at big enemy board angle, the simulation results of two methods are compared, conclusion is drawn that the advance bearing method can improve detection probability more effectively for a sleeping torpedo.

sleeping torpedo; attack performance; multi-speed; detection probability

TJ630

A

1673-1948(2014)01-0007-07

2013-12-05;

2013-12-25.

周 濤(1971-), 男, 高工, 主要研究方向為魚雷自導(dǎo)技術(shù).