某型中口徑艦炮改進(jìn)方法

郭昭蔚

(中國船舶重工集團(tuán)公司 第七一三研究所，河南 鄭州450015)

0 引 言

某型中口徑艦炮是我國海軍綜合作戰(zhàn)能力最優(yōu)異的艦炮之一，具有射速高、火力強(qiáng)、精度高、持續(xù)射擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)具備隱身防護(hù)性能，采用內(nèi)能驅(qū)動(dòng)和數(shù)字交流隨動(dòng)系統(tǒng)，可有效打擊和毀傷飛航式反艦導(dǎo)彈、飛機(jī)及其他空中目標(biāo)，對(duì)軍艦可形成有效的中、近程防空火力。但該型艦炮從設(shè)計(jì)定型至今已有十余年時(shí)間，隨著海軍裝備的不斷發(fā)展，對(duì)該型艦炮防空反導(dǎo)能力提出了更高的要求。

本文通過分析不同的改進(jìn)方法和性能指標(biāo)對(duì)該型艦炮作戰(zhàn)效能的影響，對(duì)以提高射速為目的的多管艦炮和以提高艦炮系統(tǒng)精度為目標(biāo)的新型單管艦炮2 種方案進(jìn)行對(duì)比，以對(duì)空中目標(biāo)的毀殲概率和單發(fā)命中概率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，開展某型中口徑艦炮改進(jìn)方法的研究。

1 計(jì)算的基本依據(jù)

某型中口徑艦炮對(duì)空作戰(zhàn)目標(biāo)為6 km 以內(nèi)的來襲飛航式反艦導(dǎo)彈、固定翼飛機(jī)、直升機(jī)和其他空中目標(biāo)，根據(jù)該艦炮的基本性能，有以下計(jì)算依據(jù):

1)艦炮1 000 m 立靶密集度σb0;

2)艦炮跟蹤瞄準(zhǔn)精度Em0;

3)為了充分發(fā)揮某型中口徑艦炮的對(duì)空反導(dǎo)性能，該炮配有近炸預(yù)制破片彈，其有效殺傷威力半徑為對(duì)飛機(jī)R0，對(duì)導(dǎo)彈R0/2 。

4)某型中口徑艦炮射速為n 發(fā)/分;對(duì)于多管艦炮，設(shè)定其射速為4n 發(fā)/分，并假設(shè)其跟蹤瞄準(zhǔn)精度與某型中口徑艦炮一致。

5)為對(duì)比不同射速、不同跟蹤瞄準(zhǔn)精度的艦炮對(duì)空毀殲概率，設(shè)定對(duì)空射擊范圍均為6 000 m～3 000 m。

2 單炮毀殲概率的計(jì)算

單炮對(duì)目標(biāo)進(jìn)行射擊時(shí)，在選定典型航路、典型目標(biāo)情況下，目標(biāo)航路上的毀殲概率Pkn僅是射速、艦炮射擊散布精度的函數(shù)。

2.1 單發(fā)命中概率計(jì)算公式

設(shè)單炮全航路對(duì)空射擊時(shí)，每發(fā)射擊時(shí)均獨(dú)立地決定諸元，多次射擊每發(fā)相互獨(dú)立，各散布中心與目標(biāo)中心相重合(沒有系統(tǒng)誤差)?？砂凑諒椫c(diǎn)散布為圓分布(σb0=σnb0=σzb0)進(jìn)行計(jì)算，目標(biāo)是圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)的圓，其半徑為rm，則單發(fā)命中概率公式為［1］:

式中:E 為艦炮隨機(jī)綜合偏差的中間偏差;ρ 為炮兵常數(shù)，取ρ=0.476 936。

中間偏差E 與均方差σ、算術(shù)平均誤差E1的關(guān)系分別為:

2.2 全航路射擊目標(biāo)毀殲概率公式

假定各發(fā)彈毀殲?zāi)繕?biāo)的時(shí)間互相獨(dú)立，且在效殺傷威力半徑內(nèi)1 發(fā)就可毀殲?zāi)繕?biāo)，則N 發(fā)彈的毀殲?zāi)繕?biāo)概率公式為［1］:

2.3 某型中口徑艦炮目標(biāo)毀殲概率計(jì)算

某型中口徑艦炮射速為n 發(fā)/分，對(duì)空射擊范圍為6 000 m～3 000 m，全航路對(duì)空射擊。按式(2)和式(5)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制了某型中口徑艦炮單發(fā)命中概率隨射擊距離變化曲線(見圖1)和目標(biāo)毀殲概率隨射擊距離變化曲線(見圖2)，結(jié)果表明:

1)單炮對(duì)空射擊(距離6 000 m～3 000 m)，單發(fā)命中概率對(duì)飛機(jī)從3.01%遞增到10.67%，對(duì)導(dǎo)彈從0.76%遞增到2.78%。

2)單炮全航路射擊，目標(biāo)綜合毀殲概率對(duì)飛機(jī)為71.23%，對(duì)導(dǎo)彈為26.76%。

圖1 某型中口徑艦炮單發(fā)命中概率Fig.1 One-round-hit probability of certainmedium caliber naval gun

圖2 某型中口徑艦炮目標(biāo)毀殲概率Fig.2 Killing probability of certainmedium caliber naval gun

2.4 多管艦炮目標(biāo)毀殲概率計(jì)算

多管艦炮射速為4n 發(fā)/分，對(duì)空射擊范圍為6 000 m～3 000 m，全航路射對(duì)空射擊。按式(2)和式(5)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制了多管艦炮單發(fā)命中概率隨射擊距離變化曲線(見圖3)和目標(biāo)毀殲概率隨射擊距離變化曲線(見圖4)，結(jié)果表明:

1)單炮對(duì)空射擊(距離6 000 m～3 000 m)，單發(fā)命中概率對(duì)飛機(jī)從3.01%遞增到11.4%，對(duì)導(dǎo)彈從0.76%遞增到2.98%。

2)單炮全航路射擊，目標(biāo)綜合毀殲概率對(duì)飛機(jī)為99.4%，對(duì)導(dǎo)彈為72.2%。

圖3 多管艦炮單發(fā)命中概率Fig.3 One-round-hit probability of multi-barrel

圖4 多管艦炮目標(biāo)毀殲概率Fig.4 Killing probability of multi-barrel

2.5 某型中口徑艦炮與多管艦炮全航路射擊目標(biāo)毀殲概率計(jì)算結(jié)果對(duì)比

根據(jù)基本假設(shè)，某型中口徑艦炮與多管艦炮二者射擊精度和隨動(dòng)精度一致，僅射速不同。在射擊區(qū)間6 000 m～3 000 m 范圍內(nèi)，計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表1。

表1 全航路對(duì)空射擊對(duì)比Tab.1 The contrast of shooting on the whole air route

從圖、表中可看出，多管艦炮與某型中口徑艦炮相比，在射擊精度和隨動(dòng)精度一致的情況下，單發(fā)命中概率并不會(huì)增加。但是多管艦炮射速高，全航路射擊范圍內(nèi)增加了射擊次數(shù)，使得對(duì)空中目標(biāo)的綜合毀殲概率增加。

在艦炮射擊精度和隨動(dòng)系統(tǒng)精度無法進(jìn)一步提升的情況下，提高射速確實(shí)是一種提高艦炮對(duì)空目標(biāo)毀殲概率的有效方法。下面進(jìn)一步分析系統(tǒng)誤差對(duì)艦炮系統(tǒng)射擊精度的影響。

3 誤差對(duì)系統(tǒng)射擊精度的影響

在選定典型航路、典型目標(biāo)情況下，艦炮武器系統(tǒng)其他的射擊條件，如點(diǎn)射長(zhǎng)度、點(diǎn)射間隔時(shí)間等均保持不變，目標(biāo)航路上的毀殲概率Pkn是射速、艦炮散布精度、艦炮隨動(dòng)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度的函數(shù)［2-4］。

艦炮射速為V0，艦炮散布精度特征以散布誤差的均方差σb0(σnb0，σzb0)表征;艦炮隨動(dòng)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度特征以瞄準(zhǔn)誤差的均方差σm(σφm，σβm)表征。艦炮毀殲概率Pkn與射速、艦炮散布精度、艦炮隨動(dòng)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度的函數(shù)關(guān)系可由式 (6)表達(dá)［2，5-6］:

以待分析的參數(shù)為變量(在某一范圍內(nèi)取值)，其他參數(shù)為常量的方法，來研究該參數(shù)對(duì)毀殲概率的影響，最后找出各參數(shù)之間的匹配關(guān)系。下面仍以某型中口徑艦炮為例進(jìn)行分析和計(jì)算，目標(biāo)分別為導(dǎo)彈和飛機(jī)，射擊提前點(diǎn)距離仍為6 000 m～3 000 m。

過去一年，富含高科技元素的智能新品層出不窮，隨著生活習(xí)慣的改變和消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，消費(fèi)者對(duì)這些智能化產(chǎn)品的關(guān)注熱度也是持續(xù)走高。在家電智能化及互聯(lián)網(wǎng)家電基礎(chǔ)上構(gòu)筑起來的智能家居解決方案，更是吸引了大批熱衷科技、追求高效率生活方式的年輕消費(fèi)人群。

3.1 艦炮射彈散布精度對(duì)毀殲概率的影響

為了分析艦炮散布精度σb0對(duì)毀殲概率Pkn的影響，保持其他精度參數(shù)不變，計(jì)算艦炮射彈散布從0.3～4 mrad 之間變化時(shí)毀殲概率Pkn的變化情況。計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5 毀殲概率隨艦炮散布精度變化曲線Fig.5 The probability of killing with naval gun dispersion accuracy change curve

從圖5 可看出，其他參數(shù)保持不變且目標(biāo)確定時(shí)，σb0較小時(shí)，σb0的變化對(duì)Pkn的影響較小;當(dāng)σb0較大時(shí)，Pkn隨σb0的增大而明顯減小。同時(shí)看到，目標(biāo)較小時(shí)，Pkn隨σb0的減小無明顯增大，這時(shí)僅僅靠減小σb0不足以提高艦炮對(duì)目標(biāo)的毀殲概率，應(yīng)考慮同時(shí)提高武器系統(tǒng)其他精度參數(shù)。

3.2 隨動(dòng)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度對(duì)毀殲概率的影響

保持艦炮散布精度不變，計(jì)算艦炮隨動(dòng)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度Em從1～4 mrad 之間變化時(shí)，Em可以由σm根據(jù)式(3)計(jì)算得到，毀殲概率Pkn的變化情況。計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

圖6 毀殲概率隨艦炮隨動(dòng)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度變化曲線Fig.6 The probability of killing with naval gun servo system aiming accuracy change curve

從圖6 可看出，其他精度保持不變且目標(biāo)確定時(shí)，Pkn隨Em的減小而明顯增大，但是目標(biāo)較小時(shí)，Pkn隨Em的減小而增大的趨勢(shì)較緩。說明通過提高艦炮隨動(dòng)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度提高艦炮對(duì)目標(biāo)毀殲概率效果明顯，但是當(dāng)目標(biāo)較小時(shí)，僅靠減小Em不足以提高艦炮對(duì)目標(biāo)的毀殲概率，應(yīng)考慮同時(shí)提高武器系統(tǒng)其他精度參數(shù)。

4 新型單管艦炮方案改進(jìn)分析

根據(jù)某型中口徑艦炮多年生產(chǎn)、使用過程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，可設(shè)定艦炮立靶密集度、隨動(dòng)系統(tǒng)跟蹤誤差取值區(qū)間:

1)艦炮千米立靶密集度優(yōu)化目標(biāo)區(qū)域:

2)跟蹤瞄準(zhǔn)精度優(yōu)化目標(biāo)區(qū)域:

仍選取對(duì)空射擊區(qū)間為6 000 m～3 000 m，因?yàn)樾滦蛦喂芘炁谏渌俨蛔?，艦炮射擊速度n 發(fā)/分。為尋求系統(tǒng)精度參數(shù)較好的匹配關(guān)系，σb計(jì)算區(qū)間按Δ=σb0/3 為間隔，利用正交分析法，設(shè)計(jì)12 種單炮對(duì)空射擊的交叉工況。按式 (2)和式(5)對(duì)全部工況進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 單炮全航路射擊計(jì)算結(jié)果Tab.2 The calculation results of one gun shooting on the whole air route

表3 單管艦炮改進(jìn)工況與多管艦炮對(duì)比Tab.3 The contrast of single barrel gun improve condition with multi-barrel gun

參考公開的資料，意大利OTO-76mm 超射速型艦炮相關(guān)精度指標(biāo)見表4。表中的數(shù)據(jù)說明，與OTO-76 艦炮相比，某型中口徑艦炮在立靶密集度、隨動(dòng)精度等方面還有較大的優(yōu)化和改進(jìn)空間，隨著近年來我國設(shè)計(jì)和制造水平的提高，技術(shù)人員通過多年對(duì)兩型艦炮的技術(shù)跟蹤和研究，提高艦炮系統(tǒng)精度的關(guān)鍵技術(shù)已被掌握，已經(jīng)具備對(duì)某型中口徑艦炮進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)的技術(shù)能力。

表4 OTO-76 艦炮精度參數(shù)Tab.4 The accuracy parameter of OTO-76 naval gun

參照OTO-76 艦炮各項(xiàng)指標(biāo)，結(jié)合目前我國艦炮研制水平，認(rèn)為對(duì)新型單管艦炮設(shè)定以下改進(jìn)目標(biāo)是合理的:

該目標(biāo)可達(dá)到表2和表3 中改進(jìn)工況1的要求，對(duì)空中目標(biāo)從6 000 m～3 000 m 區(qū)間航路的毀殲概率和單發(fā)命中概率可達(dá):

毀殲概率:0.740 5 (對(duì)導(dǎo)彈)，

0.995 5 (對(duì)飛機(jī));

單發(fā)命中概率:0.032 5～0.115 0 (對(duì)導(dǎo)彈)，

0.123 8 ～0.386 5 (對(duì)飛機(jī))。

相對(duì)多管艦炮方案，采用提高艦炮系統(tǒng)精度的新型單管艦炮方案有以下優(yōu)點(diǎn)。

1)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小

隨著質(zhì)量和體積的增大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，不利于隨動(dòng)精度的提高;

2)供彈速度要求低

隨著射速的提高，對(duì)供彈系統(tǒng)有更高的要求，當(dāng)射速達(dá)到一定程度，供彈系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度較大;

3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)成本低;

4)體積小質(zhì)量輕、，有利于中、小艦艇的裝備和使用，適裝性高;

5)技術(shù)成熟，周期短，效費(fèi)比較高。

5 結(jié) 語

綜合以上計(jì)算和分析，提高系統(tǒng)精度和提高射速均是提高艦炮的作戰(zhàn)效能的有效途徑，但是從作戰(zhàn)使命、作戰(zhàn)效能、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、易實(shí)現(xiàn)性等多方面考慮，在原型炮的基礎(chǔ)上改進(jìn)，以提高艦炮系統(tǒng)精度為主要改進(jìn)方向的新型單管艦炮不失為一種更好、更為有效的方法和途徑。

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