空投魚雷入水點(diǎn)影響因素研究*

楊日杰，鄭 強(qiáng)，陳佳琪，陳貽煥

（海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264001）

空投魚雷入水點(diǎn)影響因素研究*

楊日杰，鄭 強(qiáng)，陳佳琪，陳貽煥

（海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264001）

航空自導(dǎo)魚雷具有命中精度高、威力大、攻潛效果好等特點(diǎn)。針對(duì)反潛直升機(jī)空投魚雷作戰(zhàn)使用的特點(diǎn)，深入分析了空投魚雷的空中彈道、直升機(jī)的運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)和風(fēng)速風(fēng)向等影響空投魚雷入水點(diǎn)位置的關(guān)鍵因素，并得到了各要素的數(shù)學(xué)描述，進(jìn)而通過仿真分析得到了直升機(jī)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)和風(fēng)速風(fēng)向?qū)胀遏~雷入水點(diǎn)的影響。

空投魚雷，入水點(diǎn)，空中彈道，運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)，風(fēng)速風(fēng)向

0 引言

對(duì)反潛直升機(jī)攻潛作戰(zhàn)而言，命中概率是決定其是否投放魚雷發(fā)起對(duì)潛攻擊的重要因素之一，而空投魚雷入水點(diǎn)的位置又直接影響魚雷攻潛的命中概率，故研究和分析影響魚雷入水點(diǎn)的因素對(duì)提高攻潛作戰(zhàn)效果具有積極的理論指導(dǎo)意義［1-3］。

魚雷投放后經(jīng)空中彈道下落入水，該過程受很多外界因素的影響，如直升機(jī)投放魚雷時(shí)的飛行姿態(tài)、魚雷出艙時(shí)彈艙內(nèi)外壓差、直升機(jī)下洗流場(chǎng)、減速傘技術(shù)參數(shù)等，其中影響較大的是初始投放條件和海洋環(huán)境因素（主要是風(fēng)速、風(fēng)向）［4-5］，為研究方便起見，本文作出以下假設(shè)：

①不考慮直升機(jī)投雷時(shí)飛行姿態(tài)及彈艙內(nèi)外壓差對(duì)魚雷姿態(tài)的影響，即可認(rèn)為魚雷被投放時(shí)初始攻角為零；

②由于直升機(jī)投雷時(shí)下洗流場(chǎng)對(duì)魚雷的影響較為復(fù)雜且作用時(shí)間較短，故暫不作考慮；

③不考慮減速傘自身技術(shù)參數(shù)對(duì)魚雷的影響。

因此，魚雷入水點(diǎn)的位置就由空中彈道、初始投放條件及海洋環(huán)境因素確定。

1 空投魚雷空中彈道模型

如下頁圖1所示，O點(diǎn)為魚雷投放點(diǎn)，以投雷時(shí)直升機(jī)航向（即投雷方向）為x軸正向，鉛直向下為y軸正向，按右手法則建立O-xyz坐標(biāo)系［6］。圖中，H為投雷高度，O'點(diǎn)為O點(diǎn)在海平面上的投影，V1為直升機(jī)的空速，Vw為風(fēng)速，V為直升機(jī)的地速，A0為無風(fēng)時(shí)魚雷的水平射程，C0為無風(fēng)時(shí)魚雷的入水點(diǎn)；C為有風(fēng)時(shí)魚雷的入水點(diǎn)位置，A為從投放點(diǎn)O到入水點(diǎn)C的距離，ε為直升機(jī)航向與風(fēng)向間的夾角，α為偏流角，t為魚雷空中飛行時(shí)間。則入水點(diǎn)C的位置坐標(biāo)可表示為：

其中：A0和t是投雷高度H、投雷速度V1的函數(shù)，可由空投射表查出。

圖1 空投魚雷空中彈道示意圖

2 直升機(jī)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)對(duì)魚雷入水點(diǎn)的影響

魚雷投放后經(jīng)空中彈道下落入水，在無風(fēng)情況下，可認(rèn)為該過程中魚雷入水點(diǎn)的水平散布主要是由直升機(jī)的運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)（即投雷高度和投雷速度）引起的。投雷的水平散布服從正態(tài)分布，且在x和z方向上相互獨(dú)立。設(shè)H和V1分別為直升機(jī)投雷時(shí)的高度（km）和速度（km/h），根據(jù)平飛投雷散布的經(jīng)驗(yàn)公式［7］，魚雷在x和z方向的散布誤差均方差σx、σy為：

其中，ρ=0.476 9為常數(shù)。

3 風(fēng)對(duì)魚雷入水點(diǎn)的影響

在討論風(fēng)對(duì)空投魚雷射擊的影響時(shí)，只考慮水平風(fēng)的影響，并將其視為常值風(fēng)。以空投魚雷射向?yàn)榛鶞?zhǔn)，將風(fēng)分解為沿魚雷射向的縱風(fēng)和與魚雷射向相垂直的橫風(fēng)，風(fēng)對(duì)魚雷的作用，可等效為魚雷受到縱風(fēng)方向和橫風(fēng)方向2個(gè)外力的作用［8］。

圖2 風(fēng)矢量分解示意圖

如圖2所示，坐標(biāo)系O-xyz平行于地面坐標(biāo)系，原點(diǎn)O取在魚雷質(zhì)心，縱風(fēng)wx平行于直升機(jī)投雷面，沿x軸正向?yàn)檎?；橫風(fēng)wz垂直于直升機(jī)投雷面，沿z軸正向?yàn)檎?。若縱風(fēng)wx與魚雷速度矢量V的夾角為ε，則縱風(fēng)wx對(duì)速度V的垂直分量wx⊥和平行分量wx//分別為：

有風(fēng)情況下，在速度坐標(biāo)系中，魚雷相對(duì)空氣的速度Vr為

用Vr代替V，便可得到有風(fēng)條件下魚雷的空中彈道數(shù)學(xué)模型。

4 仿真分析

4.1 直升機(jī)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)影響仿真

圖3 入水點(diǎn)在z軸方向散布

圖4 入水點(diǎn)在x軸方向散布

設(shè)直升機(jī)的投雷速度為20 m/s～60 m/s，投雷高度為50 m～200 m，仿真結(jié)果［9］如圖3和圖4所示?？芍?，在相同條件下，直升機(jī)投雷速度越大，魚雷入水點(diǎn)散布就越大，投雷高度越高，魚雷入水點(diǎn)散布也越大；同等條件下，投雷速度對(duì)魚雷入水點(diǎn)的影響比投雷高度要大；投雷高度和投雷速度在x軸上引起的入水點(diǎn)散布較z軸上的明顯。為減小魚雷入水點(diǎn)散布，應(yīng)選擇合適的投雷高度和投雷速度。

4.2 風(fēng)速風(fēng)向影響仿真

圖5 橫風(fēng)對(duì)魚雷入水點(diǎn)散布的影響

圖6 縱風(fēng)對(duì)魚雷入水點(diǎn)散布的影響

設(shè)風(fēng)速的變化范圍為0～40 km/h，風(fēng)向角的變化范圍為 0°～360°，投雷高度為 100 m，投雷速度為30 m/s，仿真結(jié)果如圖5和圖6所示。可知，當(dāng)風(fēng)向角為90°或是270°時(shí)，橫風(fēng)對(duì)魚雷入水點(diǎn)散布影響最大，值為正表明魚雷入水點(diǎn)偏向z軸正向；當(dāng)風(fēng)向角為0°或360°時(shí)，縱風(fēng)引起的魚雷入水點(diǎn)正向散布最大，即增大了魚雷的水平射程；當(dāng)風(fēng)向角為180°時(shí)，縱風(fēng)引起的魚雷入水點(diǎn)負(fù)向散布最大，即減小了魚雷的水平射程；風(fēng)向一定時(shí)，風(fēng)速越大，魚雷入水點(diǎn)散布就越大。

5 結(jié)論

本文依據(jù)航空魚雷的技術(shù)特性，結(jié)合航空魚雷攻潛戰(zhàn)術(shù)理論，綜合分析了空投魚雷的空中彈道、直升機(jī)的運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)以及風(fēng)速風(fēng)向?qū)胀遏~雷入水點(diǎn)散布的影響，建立了航空魚雷空中彈道數(shù)學(xué)模型、入水點(diǎn)位置解算模型，在此基礎(chǔ)上，通過仿真分析得出反潛直升機(jī)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)、風(fēng)速風(fēng)向?qū)︳~雷入水點(diǎn)位置的影響，為發(fā)揮直升機(jī)的攻潛效能、優(yōu)化航空魚雷的投放和使用提供了一定的參考。

［1］孫明太.航空反潛概論［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1998：21-24.

［2］孟慶玉，張靜遠(yuǎn)，宋保修.魚雷作戰(zhàn)效能分析［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2003：126-131.

［3］楊福渠.艦載直升機(jī)作戰(zhàn)指揮［M］.北京：解放軍出版社，2004：110-114.

［4］楊世興，李乃晉，徐宣志，等.空投魚雷技術(shù)［M］.昆明：云南科技出版社，2001：18-19.

［5］曾必強(qiáng)，姜春蘭，王在成，等.傘彈系統(tǒng)落點(diǎn)散布影響因素分析［J］.彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2010，30（1）：105-108.

［6］王志杰，馬霞，劉艷波.雷傘系統(tǒng)入水參數(shù)影響因素研究［J］.魚雷技術(shù)，2010，18（4）：241-245.

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Research on Influencing Factors of Airdrop Torpedo Water Entry Point

YANG Ri-jie，ZHENG Qiang，CHEN Jia-qi，CHEN Yi-huan
（Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001，China）

The aviation homing torpedo has the characteristics of high hit accuracy，big power and good effect in attacking submarine.According to the combat operation characteristics of the antisubmarine helicopter airdrop torpedo，the air ballistic of airdrop torpedo，movement situation of helicopter and wind speed and direction are found to be the key factors of airdrop torpedo water entry point，and mathematical descriptions of each factor are provided.Then the influences of movement situation of helicopter and wind speed and direction are simulated and analyzed.

airdrop torpedo，water entry pooint，air ballistic，movement situation，wind speed and direction

TJ630

：A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.06.016

2016-05-05

：2016-06-07

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61271444）

楊日杰（1963- ），男，山西懷仁人，博士后，教授。研究方向：水聲工程。

1002-0640（2017）06-0071-03