被动声自导鱼雷齐射及射击组织

李　勐

（海军装备部， 北京， 100841）

被动声自导鱼雷齐射及射击组织

李勐

（海军装备部， 北京， 100841）

在分析潜艇鱼雷武器齐射目的、要求和被动声自导鱼雷互导机理的基础上， 提出了通过射击控制避免出现前雷处于后雷自导探测范围内的被动声自导鱼雷齐射方案， 并据此建立了射击参数的解算模型和齐射组织方法。仿真结果表明， 该方案不仅有效避免了被动声自导鱼雷齐射的互导问题， 而且为实施者提供了十分方便的操作性能， 有效解决了被动声自导鱼雷齐射这一难题。

被动声自导鱼雷； 齐射； 互导； 射击参数

0　引言

对于潜艇来说， 尽管采用线导鱼雷对目标实施攻击具有诸多战术优势和技术特长， 但是， 在很多情况下， 自导鱼雷攻击仍然是潜艇不可缺少的一种攻击使用方式。

潜艇实施自导鱼雷射击， 必须具有较为精确的目标运动参数。为此， 攻击过程的首要和必要任务就是采取各种措施对目标实施探测和运动参数解算。但是， 为了保持自身的隐蔽性， 潜艇通常必须在水下、利用被动探测设备测量目标的方位信息， 并且存在很大的随机误差， 这种信息条件进一步决定了其对目标定位时间长、误差大的客观现实［1］。而且， 鱼雷发射后不可避免地还存在目标规避机动的可能性， 再加上鱼雷自身航行误差的干扰， 所以在一次鱼雷攻击中使用单条鱼雷达成预定攻击效果十分困难。因此， 多雷齐射便成为潜艇对目标实施鱼雷攻击经常采用的一种重要射击方式。

这种射击方式的基本原理是通过设定每条鱼雷的射向， 使其形成整体上更大的搜索范围， 以期覆盖目标运动参数误差或目标有意机动导致目标位置散布范围过大的问题， 实现至少一条鱼雷命中目标的目的［2］。为此， 必须依据鱼雷各种自导方式的特点， 研究多雷齐射的可能性， 以及齐射的组织方法。

1　鱼雷武器齐射及射击组织的基本原则

潜艇使用数条鱼雷对指定目标的一次射击称为潜艇鱼雷武器齐射。由于射击解算和发射控制的诸多限制， 潜艇使用鱼雷武器齐射是对同一目标使用相同的鱼雷和相同的自导方式［3］。为了保证发射安全， 同时便于对齐射的多条鱼雷的弹道轨迹进行控制， 齐射的多枚鱼雷并非同时出管， 而是在统一的发射命令下， 各雷按一定的时间间隔依次出管，而且鱼雷出管的时间间隔是由发射系统自动进行控制的。

多雷齐射最早是针对直航鱼雷提出的， 潜艇使用直航鱼雷组织扇面射击是多雷齐射的典型例子。图1为直航鱼雷扇面齐射组织的原理图， 图中， 潜艇于Ws点对位于Ms点， 航向Cm（或发射敌舷角Xms）、速度Vm的目标射击。在图示态势下， 如果不考虑鱼雷发射后目标进行变速或变向机动，且射距Ds和目标运动参数（Vm和Cm）没有误差，那么按照解相遇原理计算鱼雷提前角

图1　直航鱼雷扇面齐射组织原理Fig. 1　Fan-shaped salvo principle of straight running torpedoes

并按提前角φ所确定的射向CT发射鱼雷， 鱼雷必定能在预定命中点C和目标接近到相遇， 从而命中目标。

但是， 当计算鱼雷射向所采用的目标运动参数存在随机误差（ΔDs， ΔVm和ΔCm）时， 鱼雷到达C点时， 目标将散布在C点附近的一定范围内。

这种情况下， 尽管目标具有一定的长度L，但按提前角φ发射单条鱼雷仍将难以命中目标。为了保证至少有一雷命中目标， 就必须发射多条鱼雷， 并且通过解决如下两方面的问题才能达成期望的目的。

一是依据发射态势和目标运动参数及其误差而选用适宜的雷数， 以保证多雷所形成的扇面能够遮盖目标运动参数误差引起的提前角误差的最大范围δ。

二是依据发射态势和目标长度， 选择适宜的命中间隔或散角α， 以保证目标不能从相邻的2枚鱼雷之间漏过。

即按照射击态势、目标运动参数及其误差和目标长度， 通过数条鱼雷形成对目标散布范围的“遮盖”和“不漏”， 保证齐射的鱼雷至少有一条鱼雷命中目标， 便是潜艇鱼雷武器多雷齐射组织的基本原则。

2　声自导鱼雷齐射所需解决的问题

尽管声自导鱼雷的自导功能使其所具有的自导搜索范围在一定程度上增大了鱼雷遮盖目标位置散布的范围， 但在远距离、大误差和机动对抗条件下， 由于目标位置散布范围将随之而增大， 仅仅依靠一条声自导鱼雷仍然难以保证完全遮盖目标的位置散布范围。所以， 使用声自导鱼雷射击， 仍然需要通过多雷齐射的方法解决目标位置散布的问题。

和直航鱼雷多雷齐射一样， 自导鱼雷多雷齐射也必须通过解决“遮盖”和“不漏”问题， 保证齐射的鱼雷至少有一条鱼雷发现目标。

为了有效遮盖由于目标运动参数误差引起的目标位置散布， 只能通过设置齐射鱼雷的射向来实现， 对此， 通常有多种组织形式， 如扇面射击和平行航向射击等。

但无论采用哪一种组织形式， 解决直航鱼雷的齐射要比自导鱼雷容易得多， 因为自导鱼雷自导开机后不仅会对目标进行探测和跟踪， 如果由于射击组织不当而使齐射的多雷之间出现一条鱼雷在另一条鱼雷的自导探测范围之内时， 也会导致它们之间的相互搜索和跟踪， 这就是自导鱼雷的互导问题［4］。

所谓鱼雷的“互导”是指齐射的多条鱼雷当其自导开机后， 相邻2条鱼雷中一条鱼雷（A雷）的航行噪声被后续另一条鱼雷（B雷）的自导装置接收， 而导致后雷（B雷）对前雷（A雷）的被动捕获和追踪现象。

如图2所示， 齐射的2条鱼雷产生互导的现象， 一旦出现这种情况， 就改变了追踪鱼雷（B雷）的预定搜索航向， 从而由于2条鱼雷航迹重合而失去多雷齐射的意义。不仅如此， 由于齐射时，相邻2条雷通常是沿中线鱼雷的航向对称展开在两侧， 所以一旦发生后雷对前雷的跟踪， 实际上就变成了一条鱼雷按偏离中线鱼雷的航向对目标的搜索， 其结果不仅不能发挥多雷更大范围遮盖目标位置散布的作用， 相反甚至比使用单条鱼雷射击时的搜索效果还要差。所以， 鱼雷的互导问题一直是困扰声自导鱼雷齐射的困难所在。

图2　声自导鱼雷的互导现象Fig. 2　Mutual conductance of acoustic homing torpedoes

实际上， 不仅被动声自导， 对于主动声自导鱼雷来说， 同样存在“互导”问题。因此， 声自导鱼雷的互导是齐射组织需要着重顾及并力图避免的问题。

3　避免声自导鱼雷齐射互导技术方法

由于制导原理不同， 解决鱼雷互导问题的途径也大不相同。主动声自导的互导问题可以通过鱼雷自身采取相应的技术措施（如自导调频）在鱼雷设计时予以解决， 这种保护措施称为鱼雷自导技术保护措施。被动声自导的探测原理决定了仅仅依靠鱼雷技术难以解决自导的互导问题， 为此，只能通过武器系统的射击控制方法和作战使用的组织实施来解决［5］， 这种保护措施称为齐射（或使用）保护措施。

由被动声自导鱼雷产生互导的机理现象容易看出， 为了避免齐射鱼雷产生互导， 必须保证鱼雷在接近目标过程中， 不出现相邻2条鱼雷的前雷在后雷的自导探测范围之内。那么， 采用哪种齐射组织方式才能保证相邻两雷之间既不产生互导， 又能保证不漏过目标就成为射击控制方案设计时首先需要解决的问题。

大量研究与实践都表明， 由于受自导开机时机、齐射散角和目标运动参数误差的综合影响， 扇面齐射很难解决上述问题。例如， 齐射2条被动声自导鱼雷， 当两雷之间的散角确定后， 如果鱼雷自导开机过早就会由于两雷在中线鱼雷航向正横方向的距离太近而出现图2所示后雷跟踪前雷的现象。反之， 就无法保证两雷穿越目标航向线时其自导扇面可有效衔接而不出现漏掉目标的可能。

采用平行航向齐射的组织形式进行被动声自导鱼雷的齐射则将容易得多。如图3所示， 中线射向是一定条件下中线鱼雷的发射航向。所谓平行航向齐射是指齐射的各条雷出管后， 首先在中线航向两侧按一定的散角α展开， 当各自走完预定的航程STZ后， 再转入与中线航向平行的航向上对目标搜索。可见， 为了保证2条鱼雷不产生互导， 且目标也不能从两雷的自导扇面之间漏过，被动声自导鱼雷平行航向齐射所需要解决的问题就是选择合适的散角和展开航程问题。

4　被动声自导鱼雷的齐射参数及射击组织

按照以上分析， 被动声自导鱼雷齐射的解算参数包括： 中线鱼雷的射向（转角ω）、齐射散角α、预订航程STZ和自导开机距离DK。在一定射击条件下， 中线鱼雷的射向由自导鱼雷转角计算公式［6］确定， 这是计算齐射各雷射向的基准。为了保证目标不从两条鱼雷之间漏过， 则相邻两鱼雷平行航向线之间的距离必须满足

式中： r和λ分别为鱼雷自导作用距离和自导扇面半角； K为小于1的系数［7］。

图3　两雷平行航向齐射组织示意图Fig. 3　Salvo schematic of two torpedoes in parallel

如图3所示， 两雷之间的散角和预订航程之关系为α = 2·arcsin（Dz/ STZ）， 或者STZ= Dz/ sin（α / 2）。这就是说， 要想确定鱼雷转入平行航向之前的展开扇面， 必须先确定2个参数之一才能计算另一参数。通常先确定散角， 通过计算确定预定段航程。

鱼雷的自导开机时机是影响互导的重要因素，如果鱼雷在扇面展开过程中就完成自导开机， 将大大增加产生互导的可能， 所以必须待鱼雷进入平行航向之后才开机。鱼雷自导开机时机通常用鱼雷出管后的航行距离来控制， 由图3中的几何关系， 可得鱼雷自导开机距离

式中， VT和ωT为鱼雷速度和旋回角速度。

由此， 在两雷齐射条件下， 为了便于齐射组织， 把转角较大的鱼雷作为前雷， 转角较小的鱼雷作为后雷， 则齐射各雷的一次和二次转角分别由以下各式确定。

5　结束语

鱼雷航程的大幅增加， 尽管可以使水下发射平台在更远的距离上对敌发起攻击， 但同时也大大增加了鱼雷接近目标的时间。相比之下， 一定量的目标运动参数误差导致的目标位置散布， 在使用单条自导鱼雷的条件下， 如果说在近距离上由于鱼雷航行时间短而能够被鱼雷的自导作用范围所覆盖的话， 那么， 当鱼雷航程增加数倍时， 将由于时间放大了目标位置散布范围而使鱼雷难以达成发现目标的目的， 更何况目标的有意机动是不可避免的。因此， 多雷齐射是水下发射平台必须具备的一种射击控制方式， 否则将使其攻击效率大打折扣。

尽管被动声自导鱼雷难以通过鱼雷技术解决齐射的互导问题， 但通过上述射击控制方法仍能达到期望的目的。而且， 大量仿真计算表明， 这种组织方法不仅有效避免了被动声自导鱼雷齐射的互导问题， 极大提高了远距离、大误差条件下齐射鱼雷发现目标的概率， 而且对实施者提供了十分方便的操作性能。

［1］ 李本昌. 现代潜艇作战软件的需求与技术难点［J］. 火力与指挥控制， 2004， 29（6）： 73-75.

Li Ben-chang. Requirements and Technical Difficulties of Modern Submarine Warfare Software［J］. Fire Control & Command Control， 2004， 29（6）： 73-75.

［2］ 李本昌， 梁涛. 尾流自导鱼雷的齐射及其建模［J］. 火力与指挥控制， 2008， 33（6）： 128-130.

Li Ben-chang， Liang Tao. Salvo and Model of Wake-guide Torpedo［J］. Fire Control & Command Control， 2008，33（6）： 128-130.

［3］ 李本昌. 尾流自导鱼雷及其射击控制的关键［J］. 火力与指挥控制， 2002， 27（增刊）： 17-20.

Li Ben-chang. The Wake Homing Torpedoes and the Critical Firing and Control Critiael［J］. Fire Control & Command Control， 2002， 27（z）： 17-20.

［4］ 张静远. 鱼雷作战使用与效能分析［M］. 北京： 国防工业出版社， 2005.

［5］ 李本昌， 刘光. 潜艇鱼雷射击控制方式及有关问题［J］.火力与指挥控制， 2012， 37（11）： 1-3.

Li Ben-chang， Liu Guang. Submarine Torpedoes Weapon Firing Control Mode and Revalant Problems［J］. Fire Control & Command Control， 2012， 37（11）： 1-3.

［6］ 李本昌. 潜射鱼雷作战运用理论与工程［M］. 北京： 国防工业出版社， 2014.

［7］ 赵正业. 潜艇武器系统运用理论基础［M］. 北京： 兵器工业出版社， 2001.

（责任编辑： 许妍）

Firing Organization and Salvo of Passive Acoustic Homing Torpedoes

LI Meng
（Department of the Naval Equipment， Beijing 100841， China）

Based on the analyses of the purposes and demands of torpedoes salvo and the mechanism of mutual guidance of a passive acoustic torpedo， this paper proposes a program to avoid the front-torpedo from being in the detecting range of the back one by firing control， then establishes a model to calculate firing parameters and presents a salvo organization method. Simulation results indicate that the program can avoid the mutual guidance effectively， and is very convenient for operating， which facilitates the salvo of passive acoustic homing torpedoes.

passive acoustic homing torpedo； salvo； mutual conductance； firing parameter

TJ631.5

A

1673-1948（2015）06-0461-04

10.11993/j.issn.1673-1948.2015.06.013

2015-09-09；

2015-10-14.

李勐（1980-）， 男， 工程师， 主要研究方向为潜用水中兵器装备.