雙雷齊射時前雷航行噪聲對后雷主動聲自導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的發(fā)展及其在工程實踐中的深入運用,當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運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魚雷雙雷齊射的方式實施對潛魚雷攻擊,以擴大魚雷搜索帶與遮蓋較大的目標散布[2],達到先敵攻擊與首攻奏效的目的[3]。

目前關于潛艇雙雷齊射研究主要是圍繞避免雙雷互導展開的[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魚雷雙雷齊射時,前雷航行噪聲對后雷自導檢測的影響進行了理論建模與仿真計算分析,進而討論了在實際作戰(zhàn)中的應對策略。

1 主動聲自導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,使兩雷自導扇面在齊射中線與目標航向線交點處相銜接[4],兩雷只需一次轉角,組織實施較為簡單,但齊射效果依賴于目標運動要素的解算準確程度。圖中:W為發(fā)射點;M為目標艇位置;Vw為發(fā)射艇航速;Vm為目標艇航速;Qm為目標艇舷角;α為魚雷主航向與齊射中線夾角;λ為自導扇面角;R為自導作用距離。

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)行一次轉角按齊射散角在主航向兩側展開,走完預定航程后再執(zhí)行二次轉角轉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,組織實施相對扇面齊射多了二次轉角。隨著魚雷控制技術水平的不斷提高,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點按一次轉角ωi(i=1,2)轉向直航展開,航行直航距離STl后兩雷到達T21、T22兩點[7],隨后執(zhí)行二次轉角[8],魚雷轉向至主航向后間距為dz,待到達自導開機距離后自導開機搜索目標。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 對后雷主動聲自導檢測的影響分析

2.1 影響模型構建

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)射出管魚雷的側前方,雖然魚雷自導系統(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系統(tǒng)接收[9],從而提高后雷自導系統(tǒng)對探測的背景噪聲[10],降低后雷主動聲自導作用距離,如圖3 所示。

主動聲吶方程是基于能量準則,由一個基本等式來定量反應水聲系統(tǒng)的設備性能、信道影響與目標特性三者之間的數(shù)量關系[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?？紤]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行分析

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

魚雷在某一具體的海洋戰(zhàn)場時空環(huán)境下進行對潛攻擊時,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,進而由傳播損失與距離的關系換算出自導作用距離。通?？杉俣~雷搜索深度與目標艇航行深度相差不大,工程上可用球面擴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)時對應的主動聲自導作用距離為R0,則可由式(5)計算出干擾噪聲級NL1時對應的自導作用距離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展加吸收損失來估算,魚雷聲自導接收指向性指數(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 時對應的主動聲自導作用距離R0為1 000 m、在魚雷聲自導接收頻段內(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。假設主動聲自導接收指向性指數(shù)與發(fā)射指向性指數(shù)一致并采用文獻[13]中的測量數(shù)據(jù),航行噪聲聲壓分布系數(shù)采用文獻[14]中計算模型,計算得到主動自導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,進而因后雷接收指向性與前雷航行噪聲指向性綜合導致后雷自導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作用距離的影響程度,使得后雷主動聲自導作用距離縮短,導致不能發(fā)現(xiàn)目標潛艇,達不到預期的齊射作戰(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系統(tǒng)接收從而降低后雷主動聲自導作用距離,當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旁瓣軸方位,將會對后雷自導檢測有較大的影響,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控制,使前雷處于后雷聲自導接收波束相鄰旁瓣中間,且齊射時間間隔的增大也很難達到兩雷同時捕獲目標的預期目的,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,減少其對后雷自導檢測的干擾,同時也有利于增大自導作用距離,提高齊射發(fā)現(xiàn)概率。

4 結束語

通過分析聲吶方程與主動聲自導檢測原理,基于雙雷齊射運動態(tài)勢構建了相應的計算模型,算例表明:前雷航行噪聲對后雷主動聲自導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魚雷雙雷齊射與設計人員進一步研究雙雷齊射提供參考。