双速制声自导鱼雷调速策略优选研究

胡宏灿, 周 明, 林宗祥, 寇 祝



双速制声自导鱼雷调速策略优选研究

胡宏灿1, 周 明2, 林宗祥2, 寇 祝2

(1．海军大连舰艇学院 航海系, 辽宁 大连, 116018; 2．海军大连舰艇学院 水武与防化系, 辽宁 大连, 116018)

双速制鱼雷速度使用策略决定着鱼雷射击诸元的解算。本文以鱼雷变速时雷目距离大于敌方潜艇鱼雷报警距离为前提条件, 满足攻击用时短, 剩余航程大为依据, 通过仿真计算给出了特定态势下的鱼雷速度配置方案。仿真结果表明, 该方法概念清晰, 计算简单, 结论合理可信, 具有一定的实用价值。

鱼雷; 声自导; 双速制; 调速策略

0 引言

为提高浅水近岸复杂水文条件下的反潜能力, 世界各国相继研制了轻型智能声自导鱼雷。新型鱼雷具有发射载体多样、多目标识别和智能水声对抗能力强等特点, 同时还兼具变速功能。鱼雷速制的变化, 可有效提高鱼雷航程、增加鱼雷攻潜隐蔽性, 为鱼雷的作战使用提供了更加灵活的方式。攻潜过程中速度的变化使得鱼雷总航程、自导作用距离等关键技术战术指标不再是恒值, 针对单速制鱼雷建立的发射诸元解算模型已不再适用双速制鱼雷, 如何利用鱼雷的双速制特点, 建立鱼雷直航搜索段速度配置模型, 以充分发挥鱼雷的作战效能, 是国产双速制鱼雷亟需研究的战术热点问题。

1 双速制声自导鱼雷对潜射击特点分析

双速制鱼雷在远距离实施反潜攻击时, 为减小鱼雷自身辐射噪声、敌潜艇鱼雷报警距离, 同时增加鱼雷自导作用距离和航程, 提高鱼雷攻击的隐蔽性, 在直航搜索段的前期, 通常使用低速航行; 在雷目距离达到某个阀值时, 或鱼雷捕获到目标时, 转为高速航行, 以保证对目标的快速锁定和跟踪, 以上即为双速制鱼雷速度配置基本策略[1-3]。根据鱼雷反潜基础理论, 在特定阵位态势射击条件确定的情况下, 能够使鱼雷最大程度的遮盖目标散布的鱼雷发射角度, 称为鱼雷发射有利提前角[4]。有利提前角的计算是鱼雷反潜最重要的战术任务之一, 双速制鱼雷发射仍然要遵循这一指导性理论。由图1阵位几何关系可知, 提前角与鱼雷速度、敌潜艇速度、射距、敌舷角、鱼雷自导作用距离以及鱼雷自导扇面角有关, 是上述参量的函数[5]。当鱼雷为单速制时, 以上参量可知或可测, 模型可建立。而对双速制鱼雷而言, 由于鱼雷直航搜索阶段存在速度的改变, 故求双速制鱼雷有利提前角必须先求鱼雷发射到雷目预定相遇点的平均速度, 而直航段的平均速度又决定于鱼雷直航搜索段的速度配置方案, 速度配置方案又主要体现在鱼雷直航搜索阶段的鱼雷变速时机上, 变速时机直接影响鱼雷高速、低速航行距离、直航阶段平均雷速, 达到预定相遇点时的鱼雷剩余航程等战术参量, 因此变速时机是双速制鱼雷作战使用时需要解算的一个关键参量。

图1 鱼雷攻潜态势图

2 双速制声自导鱼雷速度配置方案优选思路

根据鱼雷反潜理论, 无论双速制鱼雷速度配置方案如何, 最后都要计算出发射提前角这一核心战术参数, 在敌舷角、射距、自导作用距离、自导扇面角度确定的情况下, 双速制鱼雷有利提前角的计算需要首先确定鱼雷直航搜索段的平均速度, 而双速制鱼雷直航搜索距离和平均速度又是鱼雷发射提前角的函数, 在这种情况下解析计算双速制鱼雷的有利提前角比较困难, 模型难以建立。以美国MK46-5型双速制鱼雷为例, 低速航行速度为36 kn, 高速为45 kn, 则在鱼雷直航搜索段, 无论何时变速, 整个直航段的平均速度将落在36～45 kn的范围内, 直航段鱼雷平均速度一旦确定, 则提前角可用解析法求出, 提前角一旦求出, 鱼雷低速航行和高速航行距离即可解出, 利用仿真计算的方法, 使鱼雷平均速度在36～45 kn变化, 仿真步长为0.5 kn, 求出每种平均速度下的提前角, 进而可得到不同提前角下的双速制鱼雷的变速时机、低速航行距离、剩余航程等参数。根据战场态势和战斗任务性质, 可构造不同的双速制鱼雷速度配置优选函数, 从仿真结果中求解符合优选函数的提前角和鱼雷速度配置方案。仿真流程如图2所示。

图2 仿真流程图

3 双速制声自导反潜鱼雷速度配置优选模型

鱼雷直航段每一平均速度, 对应一个鱼雷速度配置方案, 也即鱼雷的变速时机, 而哪种配置方案最优, 需要根据战斗任务性质和战场态势分别建立不同的方案配置优选模型, 基于反潜用时最短、雷目预定相遇点剩余航程最大、变速时雷目距离大于敌潜艇鱼雷报警距离等依据, 构造优选模型如下。

设鱼雷高速航行时速为V, 低速航行时速为V, 当直航弹道平均速度为V, 目标速度为V, 敌舷角为Q, 射距为D, 低速航行自导作用距离为1, 高速航行自导作用距离为2, 再假设鱼雷自导作用距离与鱼雷速度呈线性变化关系, 鱼雷自导扇面半角为, 利用有利提前角计算模型可求得提前角为φ, 由战位关系图可知, 在鱼雷到达预定相遇点时, 鱼雷直航段总航程

式中:为自导扇面遮盖中心系数;为鱼雷自导作用距离。

低速航行时间

鱼雷低速航行距离

鱼雷高速航行距离

鱼雷直航段总用时

鱼雷到达预定相遇点剩余航程[6]

式中:1为鱼雷全低速额定总航程;2为鱼雷全高速额定总航程。

鱼雷变速时雷目距离

由于潜艇鱼雷报警距离大于鱼雷自导作用距离, 敌潜艇通常会在鱼雷捕获目标之前发现来袭鱼雷, 从而实施水声对抗措施, 为了减小敌潜艇声对抗反应时间, 鱼雷应在敌潜艇发现来袭鱼雷之前调整航速。以攻击用时短, 剩余航程大为依据, 鱼雷变速时雷目距离大于敌潜艇鱼雷报警距离为参考条件, 构造目标函数如下

式中:()为反应攻击用时和剩余航程的目标函数;为敌潜艇鱼雷报警距离。

发射提前角一旦选出, 鱼雷直航段平均速度即可确定, 则变速时低速航行距离由式(4)可解, 低速航行时间由式(3)可解。

4 仿真结果与分析

4.1 计算结果

在射距D= 10000 m, 敌舷角Q= 45º, 鱼雷低速V= 36 kn, 鱼雷低速自导作用距离1= 2000 m,鱼雷高速V= 45 kn, 鱼雷高速自导作用距离2= 1500 m, 鱼雷自导扇面半角= 45º, 敌航速V= 12 kn的情况下仿真计算结果见表1。

表1 仿真数据

反映鱼雷攻潜用时和剩余航程的目标函数值随鱼雷直航搜索阶段平均速度的变化趋势如图3所示。

图3 目标函数随鱼雷平均速度变化趋势图

仿真结果表明, 变速时间提前, 鱼雷直航搜索阶段平均速度增加, 提前角逐渐减小, 符合提前角随雷速的增加而减小的变化趋势。在鱼雷平均速度从36~45 kn变化时, 目标函数随平均速度的增加而增加, 这是因为虽然均速提高可减小攻击时间, 但是, 剩余航程下降更快, 可见均速的提高并不利于鱼雷对目标的后续跟踪。

4.2 速度配置方案选择

由以上仿真结果可以得出, 在保证变速时雷目距离大于敌潜艇报警距离前提下, 满足攻击用时最短、剩余航程最大的最优鱼雷平均速度为41 kn, 此时发射提前角为10.2°, 鱼雷低速航行距离为3194 m, 鱼雷高速航行距离为4990 m, 预定相遇点时鱼雷剩余高速航程为4042 m, 变速时雷目距离为6108 m。

5 结束语

本文以鱼雷反潜攻击用时、剩余航程、鱼雷变速时雷目距离为依据, 针对双速制鱼雷构造了鱼雷速度配置优选目标函数, 在特定战场态势下, 通过仿真计算给出了鱼雷速度配置方案。仿真结果表明, 此方法概念清晰, 计算简单, 结论合理可信, 为双速制声自导鱼雷速度配置和有利提前角的计算做了有益的探讨; 对三速制和连续可调航速的鱼雷而言, 如果直航搜索阶段仅使用一次变速策略, 那么此方法仍然有效, 对于多次变速即直航搜索段使用3种或者3种以上速度的配置策略, 还需进一步研究。

[1] 赵正业. 潜艇鱼雷攻击[M]. 北京: 海军司令部, 1993.

[2] 吴和声, 徐杏钦. 高科技背景下的鱼雷武器(续)[J]. 鱼雷技术, 2003, 12(4): 12-18.

Wu He-sheng, Xu Xing-qin. The Development of Torpedo Weapon Using High Technology[J]. Torpedo Tech- nology, 2003, 12(4): 12-18.

[3] 孟庆玉, 张静远. 鱼雷作战效能分析[M]. 北京: 国防工业出版社, 2005.

[4] 贾跃, 李铁, 李文哲. 反潜理论基础[M]. 大连: 海军大连舰艇学院, 2007.

[5] 曹震卿. 模型轻型鱼雷弹道规划研究[D]. 海军大连舰艇学院, 2011.

Optimization of Speed Adjustment Strategy for Double-speed Acoustic Homing Torpedo

HU Hong-can1, ZHOU Ming2, LIN Zhong-xiang2, KOU Zhu2

(1. Department of Navigation, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China; 2. Department of Water Weapons and Chemical Defense, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China)

Solution of initial shoot parameters depends on the speed adjustment strategy of a multi-speed acoustic homing torpedo. This study is on the premise that the torpedo-target distance as the multi-speed torpedo changes its speed is longer than the torpedo alarm distance of opponent submarine. A speed setting scheme of the double-speed torpedo is obtained for specified situation by analog calculation taking shorter attack time and longer surplus range as objective. Simulation result shows that the speed setting scheme is reasonable and convenient.

torpedo; acoustic homing; double-speed; speed adjustment strategy

TJ631.5; E843

A

1673-1948(2013)05-0388-04

2013-05-11;

2013-06-16.

胡宏灿(1975-), 男, 在读博士, 研究方向为鱼雷反潜和嵌入式技术.

(责任编辑: 许 妍)