基于公式法的某型水陆坦克海上火力打击效能

王海春,刘学银,赵健康

(装甲兵学院,安徽 蚌埠 233050)

不同的海洋环境,对水陆坦克的作战影响巨大。绵长的海岸线,沙质岸、砾质岸等不同的岸质,海岸的断层,深湾、岸下的岩礁,岸上的丘陵等不同的地貌,复杂的水文气象特点,譬如潮汐、海风、海浪等因素对水陆坦克的作战均会产生较大影响[1]。某型水陆坦克采用了上反式稳像式火控系统、双向稳定炮控系统和热像、微光夜视系统等先进技术,其海上打击精度明显增强,属新型近距离火力打击装备。因此,分析作战环境对某型水陆坦克海上射击误差影响,研究其海上火力打击能力具有重要的现实意义。

1 射击误差分析

射击误差是指弹着点相对于瞄准点的随机偏差。通常包括射弹散布误差和射击准备误差[2]。

1.1 射击准备误差

射击准备误差属于重复误差,是进行射击准备时产生的。某型水陆坦克射击准备误差可以分为武器系统误差和环境数据误差两类。为了更好地研究海上射击误差,将其分为两类:1)陆上射击误差,主要包括:火控系统内部误差(弹道计算机解算误差、伺服误差、同步误差、激光测距误差和射表误差)、武器校正误差(调零误差、系统校正误差、校正状态保持误差)、气象条件误差(气温修正误差、气压修正误差、横风修正误差、纵风修正误差、阵风误差)、传感器测量误差(火炮耳轴倾斜误差、目标运动误差)、火炮结构误差(火炮身管弯曲误差、火炮间隙误差)等,这些误差的大小对射击的影响与一般条件相同[3];2)特殊条件下“新增”射击误差,主要是研究海上作战环境影响产生的射击误差,主要包括:车体横摇引起的耳轴倾斜误差、车体水平扭动引起的方向误差、炮膛进水引起的初速减退误差、相对湿度引起的射击误差、火炮结构动态误差、海上发射延迟时间引起的误差等[4]。陆上的射击误差理论已经比较成熟,下面重点研究“新增”射击误差。

1)车体水平扭动引起的方向误差 海水的流速、风向、风速、涌浪、天候的不确定性直接导致某型水陆坦克运动速度和摇摆程度变化不规则,无规律,因而车体在水中会由于各部受力不均而发生水平扭动,产生方向上偏差,其中间误差约0.5密位左右。故车体水平扭动引起的方向误差的中数误差为:

2)车体横摇引起的耳轴倾斜误差 车辆陆上行驶时,摇摆量是振幅小、周期小。表1列出了中型坦克以5km/h～25km/h运动时的基本振动参数的平均值。水面舰艇的军用设备在做倾斜、摇摆试验时规定的综合试验条件,见表2。

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某型水陆坦克吃水量较水面舰艇要少,车辆的摇摆就要比水面舰艇严重。一般横摇周期要小于4s～6s,但比陆上振动周期、振幅都要大。由表 1、表 2可以看出,陆上振动以纵摇为主,横摇次之;而海上摇摆以横摇为主,纵摇次之。通常情况下,某型水陆坦克在 2级海浪条件下可实施360°实弹射击;3级浪时只能在炮向前情况下实施射击,此时由于涌浪呈不规则波动,瞄准线低于浪高,炮身轴线与车体纵向中心线成 90°条件下炮口易被海浪淹没,无法实施有效地瞄准射击。某型水陆坦克海上航行时,有较大的耳轴倾斜量。耳轴倾斜时产生的误差主要是方位角误差:

式中:θ为车体横向摆动角度;0φ为火炮相对于车体的夹角。

由实验数据知,二级浪条件下,某型水陆坦克的横倾角最大可达6.8°;3级浪时,横倾角最大可达10°。

3)海上目标中心判定误差 由于海上射击受水、雾、浪、涌及综合因素的影响,一炮手观察目标困难,难以准确确定目标中心。海上目标中心判定误差即为一炮手难于准确判定目标中心引起的误差。按照惯例,此项误差规定为目标宽度和高度的六分之一;对于远距离静止目标,要附加0.05密位的补偿;对于远距离运动目标,要附加0.15密位的补偿。则海上目标中心判定误差的中数误差为:

式中,h为目标高度;w为目标宽度;η为静止目标取0.05;运动目标取0.15。

4)炮膛进水引起的初速减退误差 由于风浪的影响,易使水灌入炮膛,射击时膛压增大,造成初速下降,使弹道形状发生变化,射击偏差量增大。炮膛每进一升水,初速平均下降2.9%,严重时可能引起膛炸。炮膛进水引起的初速减退误差的中数误差可表示为

5)相对湿度引起的射击误差 炮兵用的标准气象条件地面值的相对湿度为 50%,一般情况,不考虑相对湿度对射弹飞行的影响。海上射击时,相对湿度与标准的相对湿度相差甚大,所以海上射击时必须考虑相对湿度对射弹飞行影响。

如果不考虑相对湿度对射弹飞行的影响,实际气温与标准气温的偏差量:

如果考虑相对湿度的影响,虚温与标准气温的偏差量:

式中,T为实测气温;p为湿空气的总压;pe为T温度下的水气压。

根据式(1)和式(2),可计算得出虚温订正值(虚温与实际温度之差)Δt:

某型水陆坦克海上实施直接瞄准射击时,由于射击距离相对炮兵行间接瞄准射击的距离近得多,因此,一般情况下空气几乎近饱和状态,相对湿度接近100%。由式(3)可以计算得出湿度在100%时的虚温订正值(其中负号表示偏低量)见表 3。因此,海上相对湿度引起的高低向偏差的中数误差可表示为

6)火炮结构动态误差 火炮静态时身管弯曲主要由身管上存在的温度梯度造成的。海上射击时,某型水陆坦克始终处于运动状态,火炮身管由于剧烈的摆动而使弯曲加剧。通常情况下,高低向所产生的误差较大,水平向较小。其在动态时的中数误差:高低向为0.18密位,方位向为0.14密位。则其中数误差为:

表3 相对湿度为100%时不同气温下的气温偏差量表

7)海上发射延迟时间引起的误差 发射延迟时间是指射手按下发射按钮瞬间至底火点燃瞬间的时间。某型水陆坦克采用电点火,发射延迟时间为t=0.065s。设车体平均角振动速度为ω,则因发射延迟时间引起的射角误差dψ＝ωt。因为某型水陆坦克采用了稳定器,稳定精度为:高低向±1密位。海上风浪不同,ω不同,dψ的值也不同。所以当dψ≥1密位时,误差即为稳定器的稳定精度;当dψ＜1密位时,该误差即为计算所得值。则该误差的中数误差为

8)车体垂直平移引起的误差 海上射击车辆除了摇摆振动以外,还有平移运动,其中以沿垂直方向的平移为主。平移运动使武器产生瞄准角误差,稳定器的陀螺仪不能传感车辆的平移运动,因此稳定系统不能补偿平移运动造成的误差。

某型水陆坦克在海上的垂直平移量由波浪的振幅决定,在恶劣的海情条件下,波浪的振幅在1.5m以上,而水陆坦克陆地上沿垂直方向振动的振幅较小,约为 100～150mm。这样某型水陆坦克垂直平移量产生的误差必将是陆地上的几倍。垂直平移运动形成的射角误差为

式中,dx、dy、dz为车辆在三个方向的平移量;D为炮目距离;θ为射角。

1.2 射弹散布误差

射弹散布误差包含为技术散布误差和瞄准散布误差。技术散布误差是用象限仪赋予火炮射角情况下(即假定瞄准误差等于零)射弹散布的误差。也就是说,产生射弹散布误差的诸因素中,除瞄准误差这一因素外,其余因素所引起的误差统称为技术散布误差[5]。射表中所载射弹公算偏差值就是技术散布误差值。

瞄准误差是由瞄准时所选择的瞄准分划与瞄准点不能完全精确对正而产生的误差。瞄准误差包括瞄准点和瞄准分划定位误差,其数值仅与火控系统的类型有关。使用稳像火控系统的高低和方向的误差停止间的为0.06,行进间的为0.12。为了研究问题的方便,选择行进间射击进行计算。

高低中数误差:

方向中数误差:

1.3 射击误差的中数误差

高低中数误差:

方向中数误差:

根据以上射击准备误差和射弹散布误差的计算公式,利用Mathematics软件对昼间某型水陆坦克使用不同弹种行进间对动静目标射击的射击误差进行计算。

2 命中概率

命中概率是衡量在给定射击条件下射弹命中目标或达到目标毁伤幅员可能性大小的量度,它反映坦克的射击精度。

在坦克射击理论教材中,计算命中概率的方法有多种,其中以公式法计算命中概率最为精确。具体公式为

根据某型水陆坦克在未来可能担负作战任务中作战对象的防御特点,主要就其面临的最大威胁 M型坦克和圆形碉堡或火器工事求取射击命中概率,计算结果如表4、表5所示。

3 毁伤概率分析

毁伤是压制、歼灭、破坏等现象的总称。毁伤目标在各种情况下有不同的含义:对坦克等装甲目标射击,是指使坦克失去战斗力,即击毁坦克,使坦克失去机动力或失去火力,或使坦克着火、乘员伤亡等。对单个人员来说,是指该人员死亡、丧失或暂时丧失战斗力的现象等[6]。因此,毁伤目标概率是指在一定射击条件下,毁伤目标的客观可能性,用百分数表示。其首发毁伤目标概率的表达式为

式中,W 为首发毁伤目标概率;P为首发命中目标概率;Q为命中条件下的毁伤概率。

表4 某型水陆坦克海上对岸防M型坦克射击命中概率表

表5 某型水陆坦克海上对岸圆形碉堡或火器工事射击命中概率表

命中条件下毁伤目标概率,一般是由实验和理论计算两者结合得出的。根据张夷人1987年出版的《军事运筹学数据概论》一书记载,美军和前苏军坦克在命中条件下对目标的毁伤概率在0.65～0.75之间。为此,某型水陆坦克对装甲目标命中条件下的毁伤概率取 0.7,对斜面坦圆形碉堡或火器工事的毁伤概率取 0.75。由于海上射击条件下的毁伤概率与陆上条件没有区别,这里不再研究。

4 结论

1)某型水陆坦克海上命中概率低于陆上的命中概率,但该坦克对岸上的静止目标 2200m的距离,对运动目标 1800m距离的目标射击,命中概率大于50%,因此,某型水陆坦克海上射击命中精度较高。

2)根据射击误差分析可以看出,水陆坦克海上射击受风浪影响,车体摇晃幅度大,火炮稳定性较差,增大了射手瞄准、跟踪和发射的难度,修正射弹偏差比较困难,把握时机快速瞄准击发难度大,因此,能否充分发扬火力,关键在熟悉海浪波动规律和掌握水上射击要领,灵活运用火力,具体而言,就是要关掉各种传感器,准确输入参数,合理选择弹种,以提高首发命中概率。

3)水陆坦克在海上射击选择弹种时,对于装甲目标射击时,使用穿甲弹明显强于碎甲弹和榴弹,因此,在未来的某型水陆坦克火力应用时应重点使用穿甲弹精确打击敌装甲目标[7];对于圆形碉堡或火器工事的打击,三种弹种的选择差别不大,应针对不同目标的特点,着眼毁伤效果,选择弹种。

4)命中条件下的毁伤概率与海上射击环境关系不大,可以按照一般条件进行计算。

[1]陈松辉,旷良忠,杨方应,等.某型两栖突击车与某型水陆坦克射击效能比较[J].舰船电子工程2011,31(12):51-53.

[2]王钰,等.坦克射击学理与方法[M].蚌埠:海潮出版社,2004.

[3]朱训慧,等.坦克射击学[M].蚌埠坦克学院,1995.

[4]徐大杰,郝智爽,刘焕章.水陆坦克武器系统作战效能评估模型[J].火力与指挥控制,2008,33(2):82-84.

[5]刘怡昕.炮兵射击原理[M].北京:解放军出版社,1995.

[6]王儒策.弹丸终点效应[M]. 北京:南京理工大学出版社,1990.

[7]邢利华,刘式宋.炮兵精确打击指挥信息系统作战效能评估[J].计算机与数字工程,20l0,38(1):36-39.