尾流自导鱼雷直进射击系统误差的提前角修正方法

武志东，胡　坤，李祥珂，野学范

（海军潜艇学院，山东　青岛　266010）

尾流自导鱼雷直进射击系统误差的提前角修正方法

武志东，胡坤，李祥珂，野学范

（海军潜艇学院，山东青岛266010）

摘要：针对尾流自导鱼雷直进射击方式下弹道简化产生的命中结果系统误差问题，采用几何分析法，首先，分析了尾流自导鱼雷的直进射击原理；然后，依据尾流自导鱼雷弹道过程，建立了尾流自导鱼雷命中点偏差的解析计算模型，并分析了该偏差对鱼雷命中效果的影响；最后，研究了消除该系统误差的提前角修正方法。通过实例论证了该修正方法的可行性和有效性。

关键词：尾流自导鱼雷，直进射击，系统误差，提前角修正方法

0　引言

直进射击［1］是指鱼雷出管直至命中目标的航向与发射时发射管的轴线相一致的发射控制方式。鱼雷射击控制方式分为直进射击和转角射击。直进射击是特指利用射表［1］或绘算获得鱼雷射击参数，人工控制发射的一种射击控制方式。根据鱼雷使用方式和自导方式，直进射击可分为直航鱼雷直进射击、声自导鱼雷直进射击和尾流自导鱼雷直进射击。

目前，国内外学者对目标运动要素解算方法、尾流自导鱼雷射击阵位范围、尾流自导鱼雷射击参数计算方法等作了大量研究。文献［2-7］分别对目标运动要素解算的最小二乘原理、卡尔曼滤波原理、单目标（或编队目标）的一些解算算法进行了研究。文献［8］对尾流自导鱼雷的有效射击阵位范围进行了研究。文献［9-11］对尾流自导鱼雷的射击参数计算方法进行了研究。

本文拟对尾流自导鱼雷直进射击原理，以及直进射击方式下弹道简化导致的鱼雷命中结果系统误差进行建模分析，在此基础上，着重研究消除该误差的提前角修正方法。

1　尾流自导鱼雷直进射击原理

依据文献［12］可知，尾流自导鱼雷的制导装置决定了当且仅当鱼雷进入目标尾流角度θ和进入距离Dw满足式（1）时，才能保证其有效检测和确认尾流及其边界。

式中：θ1，θ2分别为鱼雷进入目标尾流时与目标尾流的最小和最大夹角；Dwmin和Dwmax分别为鱼雷进入目标尾流时的最小和最大进入距离。

假设发射鱼雷时刻目标位于Ms点、航向为Cm、速度为Vm、舷角为Xms、方位为Bs、距离为Ds，W为目标尾流瞄点，潜艇位于Ws点、舷角为Xws，其观测器材到鱼雷发射管口T的距离为Dn，鱼雷位于T点、低速和高速分别为VTl和VTh、出管低速段航程为S0、高速段航程为ST、进入目标尾流的进入角为θ，射击提前角为φ。则鱼雷进入目标尾流前的航程为：

尾流自导鱼雷直进射击原理，如图1所示。

图1　尾流自导鱼雷直进射击原理示意图

依据鱼雷和目标的相遇运动过程，建立尾流自导鱼雷直进射击方程为：

由式（2）和式（3）联立，可得

此时，可建立计算尾流自导鱼雷直进射击提前角φ的超越方程，即

直进射击时，射击提前角φ并非由式（5）实时解算得到，而是依据命中角θ、目标速度Vm、鱼雷高速VTh和尾流进入距离Dw，以及选用的射距Ds，通过射表差取或作图绘算获得，其解算模型为：

可见，尾流自导鱼雷直进射击时的射击提前角获取过程对鱼雷弹道过程进行了较大简化，近似认为鱼雷进入目标尾流前的雷速始终为高速，且不考虑潜艇观测器材和发射管管口之间的距离Dn对鱼雷直进射击的影响，这将导致鱼雷进入目标尾流时，难以与尾流瞄点W准确相遇，而是沿目标航向线偏离一段距离，本文中将该偏离距离定义为命中点偏差，并记为ΔSm。

2　命中点偏差的解析计算模型

依据鱼雷发射时刻的射距Ds、尾流进入距离Dw和命中角θ，可以计算出假定鱼雷全程高速条件下的鱼雷直进射击航程STS、航行时间TTs和目标航程Sms，即

鱼雷进入目标尾流前的实际航行时间为：

T'TS时间内的目标航程为：

因此，当鱼雷到达目标航向线上C点时，命中点偏差为：

鱼雷命中点偏差ΔSm对应的目标航行时间为：

可见，当鱼雷到达C点时，目标尾流瞄点并非位于C点，而是超前于C点，且与C点之间的距离为ΔSm。显然，当ΔSm＞Dw时，鱼雷将不能够在目标有效尾流范围内进入目标尾流；当0≤ΔSm≤Dw时，鱼雷仍然能够在目标有效尾流范围内进入目标尾流。

3　提前角修正方法

尾流自导鱼雷直进射击时，鱼雷速率的变化和射击提前角解算模型的简化导致命中点偏差的产生，使鱼雷总是滞后于瞄点而进入目标尾流。若适当修正鱼雷射击提前角，且修正量选择适宜，便可消除鱼雷命中点偏差，鱼雷射击提前角修正前后鱼雷相对于目标的运动过程，如图2所示。

图2　尾流自导鱼雷相对于目标的运动过程

图中，曲线WsAW'表示射击提前角修正前鱼雷相对于目标的运动过程；曲线W'sBW表示射击提前角修正后鱼雷相对于目标的运动过程。

依据相对运动原理［13］，可知AW'/WWs且四边形Ws'WsAB为平行四边形，记Ws'Ws为ΔSw。

在ΔW'WD中，依据正弦定理，有

在ΔWs'WsMs中，有

在ΔWWs'Ws中，记WWs'为DS''，依据余弦定理，有

并且

在ΔWWs'Ms中，有

修正后的射击提前角为：

提前角总的修正量为：

联立式（9）～式（14），可解算出修正后的鱼雷射击提前角φ''；联立式（9）～式（13）、式（15），可解算出消除尾流自导鱼雷直进射击系统误差的提前角修正量Δφ''。

4　实例分析

假设目标航向90°，目标航速20 kn，目标长度100 m，鱼雷高速60 kn，低速30 kn，采用命中角90°，射距20 cab，当鱼雷出管低速段航程S0满足条件：0≤S0≤2 000时，鱼雷命中点偏差ΔSm和提前角总修正量Δφ的变化规律，如图3所示。

图3　尾流自导鱼雷低速段航程对直进射击结果的影响

图中，鱼雷出管低速段航程为1 852.0 m时，低速段航程导致的命中点偏差达到临界值617.3 m，此时的鱼雷射击提前角修正量为9.1°。可见，鱼雷在采用命中角90°的条件下，当S0≤1 852时，即使不进行射击提前角修正尾流自导鱼雷也能够在有效尾流范围内进入目标尾流；当1 852＜S0≤2 000时，若不进行提前角修正，鱼雷将不能够在有效尾流范围内进入目标尾流。

随着鱼雷射距Ds和射击命中角θ的变化，基本提前角φ0、提前角修正量Δφ的临界值，以及提前角修正量Δφ占基本提前角φ0的百分比的变化规律，如下页表1～表3所示。

可见，当命中角为110°时，提前角修正量Δφ达到最大值，且该修正量随着射距Ds的增大而减小。鱼雷出管低速段航程至少1 852.0 m时，才有可能错过目标有效尾流。从提前角修正量占射击提前角的比例，可看出为了保持鱼雷尽可能在瞄点附近进入目标有效尾流，则应该修正鱼雷射击提前角。此外，若鱼雷发射时刻的目标运动要素存在较大误差，则应尽量选择命中角为110°左右的鱼雷射向，以减小鱼雷命中点偏差。

5　结论

尾流自导鱼雷直进射击时，为了使实际尾流进入点尽量地靠近目标尾流瞄点，减小目标运动要素误差和鱼雷靶场散布导致的鱼雷脱靶概率，则有必要对鱼雷射击提前角进行修正。通过本文研究，可以得出：不同鱼雷攻击态势或不同型号的鱼雷，提前角修正量大小均是不同的，应针对不同型号的鱼雷制作不同攻击态势下的直进射击提前角修正量表，用于快速查取提前角修正量，可在不影响尾流自导鱼雷直进射击效率的前提下改善攻击效果。

表1　射距20 cab，不同命中角θ对应的临界提前角修正量Δφ

表2　射距30 cab，不同命中角θ对应的临界提前角修正量Δφ

表3　射距40 cab，不同命中角θ对应的临界提前角修正量Δφ

参考文献：

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中图分类号：TJ630

文献标识码：A

文章编号：1002-0640（2016）04-0170-04

收稿日期：2015-03-23修回日期：2015-04-30

作者简介：武志东（1980-），男，山西文水人，博士。研究方向：潜艇指控系统。

Lead Angle Revise Method for Systematic Error of Straight-forward Shooting by Wake-guided Torpedo

WU Zhi-dong，HU Kun，LI Xiang-ke，YE Xue-fan
（Navy Submarine Academy，Qingdao 266010，China）

Abstract：To solve the problem that the trail simplification of wake-guided torpedo shoots straight-forward brings systematic error to hit result.In this paper，the straight-forward shooting mathematical principle of wake-guided torpedo is analyzed，and analytic models of hit result error are established in accordance with the trail of wake-guided torpedo through geometrical analysis.Besides，this paper analysis the influence of hit result error，moreover，the torpedo lead angle revising method to eliminate systematic error is researched.Example result demonstrates the feasibility and validity of the proposed method.

Key words：wake-guided torpedo，straight-forward shooting，systematic error，lead angle revise method