火箭悬浮深弹拦截尾流自导鱼雷研究

陈颜辉，孙振新

(1.江苏自动化研究所，江苏 连云港 222061;2.解放军92330部队，山东 青岛 266102)

潜射尾流自导鱼雷由于其制导方式的特殊性，传统水声对抗器材难以有效发挥防御作用，而使用普通火箭深弹也只能获得较低的拦截概率。利用火箭助飞式悬浮深弹可在鱼雷航向的前方形成一个拦截阵，深弹引信探测到鱼雷经过时便会引爆炸药，从而摧毁来袭鱼雷［1］，这种拦截方式对鱼雷定位精度的要求大大降低，拦截效果也远高于普通火箭深弹。但若水面舰艇所布放的悬浮深弹阵未能准确覆盖鱼雷弹道，那么拦截效果仍会大打折扣。可见，提高拦截效果的关键就是能够确切估测来袭鱼雷的弹道分布，以此为基础确定悬浮深弹射击要素并布阵拦截。

1 尾流自导鱼雷攻击原理

火箭悬浮深弹主要拦截处于自导搜索段的尾流自导鱼雷。单纯的尾流自导鱼雷不具备线导导引功能，在捕获目标尾流之前，其搜索弹道是由潜艇火控系统在发射前预先装定好的，弹道参数的设置取决于鱼雷的使用条件和具体的战场态势。

潜艇在实施尾流自导鱼雷攻击时，要先确定目标有效尾流长度。舰船尾流长度与很多因素有关。实际尾流虽然长，但强度变化很大，能够被鱼雷尾流自导装置探测到的有效尾流要短得多，如在三级海况下，中型水面舰船航速为vs时，一般可按180vs估算有效尾流长度。

鱼雷只要在舰船有效尾流内任何一点进入，都可以认为是成功捕获尾流。但在实际态势下，潜艇火控系统对目标运动要素的解算误差会导致尾流瞄准点出现散布，鱼雷航行过程中的多种不确定因素也会导致其实际弹道与理论弹道偏离。因此，为确保鱼雷能够可靠捕获目标尾流，潜艇通常将瞄准点取在有效尾流的中点处，如在三级海况下，一般可将距舰艇180vs/2处确定为中型水面舰船的尾流瞄准点［2］。另外，为使尾流自导装置能够可靠识别目标尾流边界，通常还要求鱼雷的尾流进入角θ控制在30°～150°范围内。

2 尾流自导鱼雷弹道预测

态势想定如图1所示:令水面舰艇以初速vs匀速直航，航行至W点时在右舷Xs方向上的T点发现鱼雷报警，雷舰距离Dt。令鱼雷航速vt、航向指向提前点C，期望瞄准点C'对应的尾流长度为Ds。

图1中，水面舰艇只要能够测得鱼雷的提前角φ就可求得鱼雷的实际攻击航向［3］。利用图中各角度的对应关系，可得到关于提前角φ的表达式如下:

图1 尾流自导鱼雷攻击示意图

其中，X's为期望瞄准点C'对应的鱼雷报警舷角;φ'为期望瞄准点C'与提前点C对应的鱼雷方位线夹角。

图中的提前点C位于水面舰艇当前位置点W的后方，在鱼雷报警距离比较远的情况下，提前点C也可能位于W点的前方，这与提前角φ存在如下对应关系:

在式(1)中，由于鱼雷报警时的舷角Xs为已知，因此只要求得X's和φ'两个变量就可得到鱼雷的提前角φ。文献［4］中X's和φ'的表达式分别为:

将式(2)和式(3)代入式(1)则可求得鱼雷提前角φ。其中影响 φ 的自变量分别为 vs、Xs、vt、Dt、Ds，只要能够确定这5个变量就能得到准确的提前角φ，再结合雷舰距离估计值Dt就能预测出鱼雷弹道。

在这5个变量中，前2个变量(vs、Xs)为实测值，均可准确地获取，而后3个变量(vt、Dt、Ds)为估测值，可能与实际值偏差相对较大，决定φ值的准确程度。通过仿真分析这3个参数的影响效果可知，由vt的估测误差所引起的鱼雷弹道散布并不明显，主要是由Dt估值引起的距离变化以及Ds估值引起的航向变化造成的鱼雷弹道预测散布。在实际对抗中，水面舰艇难以更为准确地估测出瞄准点真实尾流长度Ds，因此加强对Dt的估测精度是提高对鱼雷弹道预测效果的重要途径［5，6］。

3 火箭悬浮深弹射击要素求解

火箭悬浮深弹投放距离一般较远，考虑到投放过程中由多种因素造成阵心偏移，其有效遮拦宽度不能完全遮盖鱼雷弹道散布扇面，就会大大降低深弹阵的拦截效能，而引起阵心偏移的最大可能因素就是对鱼雷弹道的预测偏差，文献［4］中给出了鱼雷弹道预测散布的影响效果。在实际对抗中，将不同估测参数代入式(1)并求得鱼雷弹道散布扇面后，可将扇面中心鱼雷航线作为深弹布阵基准来确定射击要素——射击提前角η和射程d，在此基础上形成拦截宽度以遮盖全部的弹道散布扇面(见图2阴影区域)，即可实施有效拦截。

根据火箭悬浮深弹“线定位”的拦截特点，求解η和d时，可在固定某一要素的情况下求取另一要素，而无需像普通火箭深弹“点定位”拦截那样同时求取两要素。如图2所示，假设火箭悬浮深弹射程d为固定值，则深弹射向与鱼雷弹道夹角θ的表达式为

进一步可求得射击提前角η的表达式为

其中，鱼雷有利提前角φ由式(1)决定。

图2 拦截尾流自导鱼雷布阵中心点示意

在火箭悬浮深弹射程d为固定值的情况下，按照式(5)调整射击提前角η就可将悬浮深弹布放在鱼雷航线上。

但是，实际对抗中按照式(5)投放的悬浮深弹能否拦截成功也是有条件的，尤其是雷舰距离Dt既不能过远也不能过近。如果鱼雷报警过远，水面舰艇W点与鱼雷航线TC之间的最短距离Dsm(即垂距)大于火箭悬浮深弹的最大射程dmax，则无法将悬浮深弹成功布放于鱼雷航线上;如果鱼雷报警过近，受火箭悬浮深弹从发射要素解算到入水后引信开机的延迟时间td影响，其最近拦截点与鱼雷当前位置点T之间距离Dtb小于鱼雷在延迟时间内的航程vttd，也无法构成有效拦截。因此在满足式(5)基础上，火箭悬浮深弹能够成功拦截来袭鱼雷还应具备以下约束条件:

4 仿真检验与结果分析

假设中型水面舰艇航速vs=18kn，潜艇按照有利提前角发射尾流自导鱼雷，鱼雷航速vt=50kn，利用式(1)、式(5)和式(6)仿真并描述不同态势下射击提前角η随报警舷角XW变化曲线。

图3和图4给出了仿真得到的部分结果，其中的深弹射距为d=1500m，对应的延迟时间为td=15s。图3是Ds=1200m时不同雷舰距离Dt对应的η－XW变化曲线;图4是Ds=400m时不同雷舰距离Dt对应的η－XW变化曲线。

图3 尾流长度Ds较大时的η－XW变化曲线

通过仿真可以证实，按照模型计算所得射击要素布放的火箭悬浮深弹均能准确拦截来鱼雷。另从仿真结果还可得出以下规律:

1)分析两图中η－XW曲线变化规律可知，射击提前角η随着雷舰距离Dt的增大而增大;当鱼雷从艏艉附近入射时η为最小值;当鱼雷从正横附近入射时η为最大值。

2)分析两图中Dt=8000m对应的η－XW曲线可知，当雷舰距离Dt较大时会存在射击盲区，鱼雷弹道位置可能超出深弹拦截远界，只有进一步提高深弹射程才能有效拦截。这种射击盲区首先在正横方位出现，随着雷舰距离的增大而向艏艉两侧扩展。

3)分析图4中Dt=4000m对应的η－XW曲线可知，当雷舰距离Dt较小时也会存在射击盲区，鱼雷弹道位置可能超过火箭悬浮深弹拦截近界，只有进一步降低深弹射程才能有效拦截。这种射击盲区首先在艏艉方位出现，随着雷舰距离的接近而向正横扩展。

图4 尾流长度Ds较小时的η－XW变化曲线

4)分析图3中Dt=3000m对应的η－XW曲线可知，当雷舰距离Dt较小且瞄准点尾流长度Ds较大时，射击提前角η可能会发生正负反转现象，这主要是由于雷舰距离较近，尾流自导鱼雷的瞄准点位于水面舰艇当前位置点后方所致(见图1)。

5 结束语

本文针对尾流自导鱼雷的典型攻击方式和弹道特征，从估测鱼雷弹道散布和拦截要素解算角度分析了火箭悬浮深弹运用规律。当敌潜艇采取不同方式发射尾流自导鱼雷时，火箭悬浮深弹的运用规律也必然会有所不同，例如对尾流自导鱼雷的带角射击、钳形攻击和线导导引攻击等特殊情形该如何实施拦截，均有待作进一步探索。

［1］ 周明，阚荣才，孙续文．悬浮式深弹拦截尾流自导鱼雷研究［J］．舰船科学技术，2009，31(2):80－82．

［2］ 赵正业．潜艇火控原理［M］．北京:国防工业出版社，2003．

［3］ 袁志勇，周浩，吴茂林．鱼雷最大航向估计在反鱼雷中的应用［J］．海军工程大学学报，2004，16(2):20-23．

［4］ 陈颜辉，李海英．两种悬浮深弹拦截尾流自导鱼雷的应用［J］．舰船科学技术，2011，33(1):85-87．

［5］ 陈颜辉，孙振新．水面舰艇纯机动规避尾流自导鱼雷方法［J］．鱼雷技术，2010，18(1):68-71．

［6］ 黄文斌，陈颜辉，孙振新．水面舰艇规避尾流自导鱼雷模型［J］．火力与指挥控制，2010，35(9):120-123．