尾流自导鱼雷射击方式转换及参数解算问题

李长军，何青海，丁文强

(海军潜艇学院，山东 青岛266042)

0 引 言

潜艇在使用尾流自导鱼雷对水面目标进行攻击时，射击方式可以有多种选择，其选择依据当时目标态势或者攻击者所期望的鱼雷能够对目标造成的毁伤程度。当确定鱼雷使用一次转角射击即能满足鱼雷尾流命中角要求的情况下，鱼雷通常以平行航向齐射的射击方式被攻击者所采用，以期最大限度的提高鱼雷的命中概率［1-2］;而当目标舷角较小或较大的情况下，鱼雷通常以二次转角射击的方式而被采用。在射击方式上二者有本质不同，前者属于一次转角射击的范畴。本文以尾流自导鱼雷单雷射击为研究对象，解决其射击方式选择的时机及其参数解算问题，进而完善临界舷角条件下的鱼雷攻击理论。

1 尾流自导鱼雷射击方式转换时机

尾流自导技术的要求决定了鱼雷进入目标尾流时必须满足2个条件:尾流进入点与目标舰尾的距离Dw∈(Dwmin，Dwmax)及尾流进入角θ ∈(θmin，θmax)［3-4］。后者是确保鱼雷尾流自导能否有效检测到尾流的关键因素，也是决定鱼雷能否有效实施追踪的必要前提。在鱼雷实施攻击过程中，为了减小鱼雷转向过程产生的航向偏差，通常情况下希望采用一次转角射击，如果一次转角射击不能满足尾流命中角的要求，再使用二次转角射击。由此可以判断，当前发射态势下使用尾流自导一次转角射击所需满足的尾流命中角是确定尾流自导鱼雷射击方式转换时机的重要依据。一次转角射击阵位如图1所示。图中，Ms为发射鱼雷时的目标位置，Ws为发射鱼雷时的潜艇位置，Ds为发射鱼雷时的目标距离(即Ms与Ws之间的距离)。Dm为从鱼雷发射到命中目标时的目标航程(即Ms与C 之间的距离)，Dl为鱼雷航程。

图1 一次转角射击阵位图Fig.1 First turning angle firing position

由文献［2］可得，转角射击命中方程式为:

式中:A 值为潜望镜至发射管口的水平位置差;a 为鱼雷发射出管后的惯性直航段;Rl为鱼雷转向旋回半径;m 为速率比。

式中:Vm为目标速度;Vl为鱼雷速度。

用式(1)的数学模型进行计算，求得尾流自导鱼雷射击有利提前角φ0，首先应进行消元变换而成为只含有未知量φ0的方程式。程序设计时采用直进射击提前角arcsin(msinXm)赋予φ0初值，采用迭代算法即可计算出满足一定精度要求的φ0值。

由此，可以求得一次转角射击尾流命中角参数:

以此为依据，可确定按照当前发射态势能否使用尾流自导鱼雷采取一次转角射击的时机，即命中角θ ∈(θmin，θmax)范围内，采用一次转角射击;否则，就采用二次转角射击。

2 二次转角射击的参数选择

尾流自导鱼雷二次转角射击方式确保了鱼雷进入目标尾流后能有效地检测到尾流，在战术上实现了武器机动代替平台机动的效果，通过二次转角射击的控制方式免去了发射平台需机动占领射击阵位的过程，有效增大了发射平台的可攻击范围。对于尾流自导鱼雷而言，二次转向点的确定是确定鱼雷整个航行弹道的关键，亦是解决小舷角或大舷角条件下鱼雷攻击的重要环节。

2.1 预定命中角确定原则

由于目标速度不同，所以仅仅依赖使用者根据当前的敌我态势，很难判断一次转角射击能否满足鱼雷的命中角度要求，所以，尾流自导鱼雷预定命中角确定原则是以一次转角射击解算的命中角大小为确定前提，解决的是对目标进行攻击的时机问题。如果θ < θmin，或者θ > θmax，说明一次转角射击的命中角过小或过大，不能满足尾流进入角的要求，应自动转为二次转角射击。二次转角射击所确定的预定命中角需满足θ ∈(θmin，θmax)范围。

2.2 参数解算模型

二次转角射击的实质就是两次解相遇问题，在给定了二次转向点T所处目标的舷别、与未来相遇点C 之间的距离Dc和鱼雷到达二次转向点后的预定命中角θ 后，首先需要按照相遇条件解算出鱼雷到达二次转向点T 时，相对于同时刻瞄准点Cs的舷角Xr和距离Dr，以便确定鱼雷一次转角的瞄准点M′s。二次转角射击阵位如图2所示。

图2 小舷角二次转角射击阵位关系图Fig.2 Second turning angle firing position of small relative bearing

根据图2的几何关系有:

以发射点W 作为基准点建立以正东和正北为坐标轴的直角坐标系，则瞄准点Ms(x1，y1)的坐标可通过以下方法计算［5］:

一次转角瞄准点M′s(x2，y2)的坐标:

式中Cm与Cw分别为目标航向与我艇航向。

一次转角瞄准点M′s(x2，y2)相对发射点的态势:

用该组参数替代一次转角射击方程的态势参数，即可以解算出鱼雷的一次转角ω1和二次转角前的航程DT1。然后求解出鱼雷的二次转角:

鱼雷完成二次转角后，即执行自导开机指令。二次转向点与命中点之间距离必须大于尾流自导最小开机距离。所以，除预定命中角外，确定二次转向点与命中点之间距离也是确定二次转向点的关键因素。

2.3 二次转向点至尾流命中点之间距离确定原则

由于鱼雷技术和作战使用的需要，尾流自导鱼雷开机后通常需要完成下列动作:变深、变速、自导自适应，以建立尾流自导的检测基准等，而完成这些任务都需要一定的时间过程［6］。对于尾流自导鱼雷二次转角射击而言，其自导开机点在二次转角之后进行，这就使得二次转向点至尾流命中点之间的距离必须满足鱼雷自导开机过程要求。

鱼雷在攻击过程当中，很多不确定因素也将影响尾流自导开机距离，主要包括:鱼雷航行深度的影响、鱼雷航向误差的影响、鱼雷速度误差的影响及目标散布的影响。由此可以建立二次转角射击方式下尾流自导最小开机距离数学模型:

其中:

图3 尾流自导鱼雷二次转向点示意图Fig.3 Second turning point of wake self-guide torpedo

图3 中，Dmin为尾流自导最小开机距离，d1为鱼雷完成变深时航行航程，d2为鱼雷完成自适应航行航程，Δd3为目标运动要素误差引起的鱼雷直航段航程误差，Δd4为二次转向点散布误差，Δh 为鱼雷深度误差，H 为鱼雷巡航深度，h 为预设定的战斗深度，t1为鱼雷完成变深所需时间，t2为鱼雷自适应时间 (设为20 s)，α 为鱼雷变深时俯仰角(设为30°)，β 为鱼雷自适应蛇行机动时与主航向夹角(设为45°)，x 为鱼雷方位失准角;ΔSlΔD和ΔSlΔXm分别为目标距离误差、航向误差引起的鱼雷直航段航程误差。

采用目标速度Vm=20 kn，鱼雷速度Vl=30 kn，三级海况，潜艇攻击目标右舷，仿真次数N=10 000 。分别对目标距离6 000 m，10 000 m的小舷角和大舷角目标采取二次转角射击，利用上述数学模型计算二次转向点至尾流预定命中点之间的距离，得出结果如表1和表2所示。

表1 目标距离6 000 m 时的最小开机距离Tab.1 The minimum operate distance when target distance is 6 000 meters

表2 目标距离10 000 m 时的最小开机距离Tab.2 The minimum operate distance when target distance is 10 000 meters

根据数据可以得出结论，鱼雷的尾流命中角对于尾流自导最小开机距离的影响较小，目标舷角的大小影响较大，对于小舷角目标而言，攻击远距离目标时的尾流最小开机距离的变化规律非常稳定。

4 结 语

要想发挥尾流自导鱼雷的战术优势，在射击控制过程中，就必须按照鱼雷发现和稳定跟踪目标尾流的条件使鱼雷进入目标尾流，这是鱼雷本身的制导性能所要求的。当目标舷角过大或过小时，一次转角射击不能满足进入尾流要求，需转换为二次转角射击方式。本文提出以一次转角射击所确定的尾流命中角为依据，作为鱼雷射击方式转换的时机。以此为基础来建立尾流自导鱼雷二次转角射击参数解算模型，提出了尾流预定命中角以及二次转向点至尾流命中点之间距离的确定原则，使得潜艇攻击指挥决策更加有效。

［1］孟庆玉，张静远，等.鱼雷作战效能分析［M］.北京:国防工业出版社，2003:164-167.

［2］赵正业.潜艇火控原理［M］.北京:国防工业出版社，2003(3):266-272.

［3］武志东，李祥柯.尾流自导鱼雷一次转角射击时的有效射击阵位［J］.舰船电子工程，2007(3):199-202.

［4］孟范栋，黄文斌，王军.尾流自导鱼雷二次转角射击最优参数解算研究［J］.舰船科学技术，2009，31(8):120-123.

［5］李本昌，李长文.预定相遇态势的潜射鱼雷射击及其技术方法［J］.指挥控制与仿真，2013(2):5-8.

［6］野学范，李本昌，等.尾流自导鱼雷最小开机距离及其应用［J］.指挥控制与仿真，2011(5):33-36.