航母中程反潜区声纳舰最小警戒纵深计算方法∗

（海军航空大学 烟台 264001）

1 引言

航母编队面临最大的水下威胁来自敌潜艇，航渡过程中，编队指挥员如何基于敌潜艇威胁，对警戒兵力进行科学合理的配置，是航母编队作战运用过程中亟待解决的问题［1］。从掌握的文献资料看，在国内针对航母编队航渡过程中声纳舰配置方法，大多对敌情设置过于简单化和理想化，并以此为前提进行研究，而对声纳舰所需最小警戒纵深进行深入研究还很少见。本文以航母受敌导弹攻击威胁扇面为依据，构建声纳舰所需最小警戒纵深模型，并通过仿真计算，得出了航母受敌典型潜艇威胁情况下航母中程反潜区声纳舰所需最小警戒纵深，可为航母中程反潜区声纳舰的配置提供决策支持。

2 航母编队受潜艇导弹威胁扇面

设置航母中程反潜区的主要目的，是防止敌潜艇占领中近程反舰导弹攻击阵位，使用中近程反舰导弹对我航母实施攻击，或阻止敌潜艇进一步接近占领鱼雷攻击阵位［2］。

从设置中程反潜区，有效阻止敌潜艇使用中近程反舰导弹对我航母实施攻击的要求出发，要求遂行航母编队中程对潜防御任务的警戒兵力（声纳舰、反潜直升机）能够在敌潜艇占领中程反舰导弹攻击阵位前，先敌发现、先敌攻击，及时消除敌潜艇中程导弹攻击对航母的威胁［3］。

2.1 敌潜艇导弹攻击可占位舷角计算模型

潜艇通过一定速度机动，占领导弹攻击阵位时，其相对于航母的初始舷角，称为潜艇导弹攻击可占位舷角［4］。当敌潜艇水下接敌速度大于航母编队的航渡速度时，潜艇可通过一定速度机动在任意舷角对目标实施导弹攻击，因此，本文仅讨论敌潜艇接敌速度小于航母的情况下，潜艇攻击的可占位舷角。潜艇攻击可占位舷角由可占位极限舷角和占位增角组成。

潜艇航速小于目标运动速度时，潜艇全速航行能够与目标相遇，所能占领的最大目标舷角，称为潜艇攻击可占位极限舷角［5］，用α表示，见图1。

图1 潜艇导弹攻击可占位极限舷角示意图

由速度三角形可知，若潜艇与目标有唯一相遇点，则潜艇的航向为垂直于潜艇最大速度圆切线的方向［6］。由此可得

式中：vm为航母编队航渡速度；vq为潜艇最大接敌速度。

图2 潜艇导弹攻击可占位增角示意图

由于潜艇对目标实施导弹攻击时并不需要自身与目标相遇，只需在导弹最大有效射距范围内占领攻击阵位即可，因此，潜艇导弹最大有效射距所能扩大的潜艇攻击可占位舷角称为潜艇占位增角［7］，用Δα表示，见图2。

设潜艇从Q点航行至Q0点，并立即对航母进行导弹攻击，恰好导弹航行完最大有效射程时命中目标，则潜艇导弹攻击占位增角Δα的计算模型为

潜艇导弹攻击可占位舷角的计算模型为

式中，vm航母编队航渡速度；vd为导弹的平均飞行速度；Rd为导弹最大有效射程，D为潜艇开始实施占位机动时与目标的距离。

2.2 航母受敌典型常规潜艇导弹攻击威胁扇面角分析

分析航母受敌潜艇导弹攻击威胁扇面，是编队指挥员在航渡过程中确定警戒兵力配置，构建反潜屏障的基本依据。航母受敌潜艇导弹攻击威胁扇面，是指敌潜艇导弹攻击威胁扇面角φ对应的导弹最大有效射距和圆弧所围绕的区域［8］。如图3所示。

图3 航母受敌潜艇导弹攻击威胁扇面角示意图

由图3可知，航母受敌潜艇导弹攻击威胁扇面角φ计算模型为

式中，vm航母编队航渡速度；vq为潜艇最大接敌速度；vd为敌潜艇导弹平均飞行速度；Rd为导弹最大有效射程，D为潜艇开始实施占位机动时与目标的距离。

核动力攻击型潜艇接敌航速通常高于航母编队速度，因此，核动力攻击型潜艇理论上可以从任意舷角通过一定机动占领攻击阵位，对航母实施导弹攻击［9］。本文仅讨论速度小于航母编队的常规动力潜艇的导弹攻击威胁扇面。

以越南“基洛”级潜艇为例，依据式（4），结合“基洛”级潜艇装备的“俱乐部-S”导弹性能，给出以下量化分析条件：

1）航母编队航渡速度为16kn～22kn；

2）“俱乐部-S”反舰导弹（无中继制导）最大有效射程为40km；

3）“俱乐部-S”反舰导弹平均飞行速度为735km/h；

4）敌潜艇接敌速度为4kn～10kn；

5）潜艇与目标初始距离为40km（典型情况下取值为40km～120km）。

通过Matlab计算得出航母受“基洛级”导弹攻击威胁扇面角，如表1所示。

表1 航母受“基洛”级潜艇导弹攻击威胁扇面角（°）

由上表可知，在典型条件下，潜艇威胁扇面角范围为118°～174°。由于潜艇与目标初始距离越大，潜艇对航母编队威胁越小，即潜艇导弹攻击威胁扇面角越小，实际作战过程中，潜艇与目标初始距离往往大于40km，因此，“基洛”级潜艇导弹攻击威胁扇面实际上比表中的计算值更小。

3 中程反潜区声纳舰最小警戒纵深模型

为有效应对敌潜艇反舰导弹的攻击，或阻止敌潜艇进一步接近占领导弹攻击阵位，航渡过程中，航母编队指挥员应根据敌潜艇反舰导弹对航母的威胁特点和声纳舰的对潜警戒能力，从先敌发现、先机制敌，保障航母免遭敌潜艇导弹攻击的目的和要求出发，将声纳舰前出配置在航母中程反潜区敌潜艇来袭的主要方向［10］。

3.1 声纳舰所需最小警戒距离模型

航母中程反潜区声纳舰所需最小警戒距离，是指为保证声纳舰能够在敌潜艇占领反舰导弹攻击阵位之前实施对敌攻击，声纳舰最迟必须发现敌潜艇的界线到航母的距离［11］。

声纳舰的配置距离和舷角受到声纳舰所需警戒纵深的影响。由上文可知，敌潜艇可以在导弹攻击可占位舷角ϑ范围内对航母实施导弹攻击。所以，航母中程反潜区声纳舰最迟警戒线，为敌潜艇导弹以不同舷角来袭时，声纳舰所需最小警戒纵深的连线。用Dj表示，如图4所示。

图4 声纳舰最迟警戒线示意图

由于航母航向前方是航母航渡过程中受敌潜艇威胁的最主要方向。为此，设航渡过程中，声纳舰按要求前出配置于航母航向前方，采用伴随护航方法实施对潜警戒，攻击过程中敌潜艇采用前置点法对位于O1点的航母实施导弹攻击，如图2所示。图中，Q、O点分别为声纳舰发现敌潜艇时，敌潜艇与航母所在位置，Q1、O1点分别为敌潜艇实施导弹攻击时敌潜艇、航母所在位置。则在忽略敌潜艇反舰导弹飞行过程中航母运动的情况下，攻击型潜艇的最迟拦截线为以O1点为圆心，以敌潜艇反舰导弹攻击距离为半径的圆。

则由图2可得，航母中程反潜区声纳舰所需的最小警戒纵深Dj的计算模型为

式中：Vm为航渡过程中航母编队运动速度；Vq为敌潜艇接敌运动速度；Rd为敌潜艇导弹有效射程；ϑ为敌潜艇占领导弹攻击阵位时相对于航母的舷角；T为声纳舰自发现目标至其反潜武器命中敌潜艇所需的时间。

3.2 声纳舰所需最小警戒纵深分析

由式（5）可知，在航母速度和敌潜艇速度确定的前提下，敌潜艇占领导弹攻击阵位时相对于航母的舷角越大，则声纳舰所需的警戒纵深就越小。以越南“基洛”级潜艇为例，依据式（5），结合“基洛”级潜艇装备的“俱乐部-S”导弹性能，给出以下量化分析条件：

1）航母编队航渡速度为16kn～20kn；

2）“俱乐部-S”反舰导弹（无中继制导）最大有效射程为40km；

3）敌潜艇接敌速度为4kn～10kn；

4）声纳舰自发现目标至攻潜武器命中目标所需时间为10min；

5）潜艇与目标初始距离为40km。

通过Matlab计算得出声纳舰所需最小警戒纵深，如表2所示。

表2 声纳舰所需最小警戒纵深（km）

假设“基洛”级导弹有中继制导，导弹攻击距离为40km～120km。当航母编队航渡速度为20Kn，敌潜艇接敌速度为4kn时，声纳舰所需最小警戒纵深随敌潜艇导弹攻击距离的变化规律，如表3所示。

表3 声纳舰所需最小警戒纵深（km）

表中导弹攻击距离单位为km，潜艇攻击舷角单位为°。

依据所构建的声纳舰所需最小警戒纵深模型，结合量化分析的结果，可以得出如下主要的结论。

1）敌潜艇占领导弹攻击阵位时相对于航母的舷角越大，声呐舰所需警戒纵深越小。

2）敌潜艇导弹攻击距离对声纳舰所需最小警戒纵深具有重要影响。敌潜艇导弹攻击距离越远，声纳舰所需最小警戒纵深越大。

3）敌潜艇接敌速度和航母编队航渡速度对声纳舰的对潜警戒能力具有一定的影响，但影响关系较小。

4 航母中程反潜区声纳舰阵位的确定

航渡过程中，声纳舰通常使用拖曳线列阵声纳实施对潜搜索，担负一定责任扇面的对潜警戒任务［12］。其阵位配置主要受到航母中程反潜区声纳舰所需最小警戒纵深、声呐舰数量、受威胁程度、气象条件、水文条件的影响［13］。

图5 2艘声纳舰阵位配置示意图

航母中程反潜区一般配置2～3艘声纳舰担负对潜警戒任务。由于航渡过程中航母航向前方是敌潜艇威胁的主要方向［14］。所以，在未知敌潜艇具体威胁方向的情况下，航母编队指挥员通常将声纳舰以航母航向线为基准，左右配置在航母航行前方的两翼。相邻的声呐舰探测圆应有一定的重叠，重叠系数为λ。并且，应使声纳舰的探测圆直径顶点在最迟警戒线上，以达到最大限度覆盖最迟警戒线的效果，发挥声纳舰的最大警戒能力。如下图6所示。

图6 3艘声纳舰阵位配置示意图

5 结语

声纳舰所需最小警戒纵深，是航母编队指挥员确定航母中程反潜区声纳舰配置与使用的基本依据［15］。本文以航母编队航渡过程中的反潜防御作战为背景，从声纳舰有效应对敌潜艇反舰导弹攻击，保障航母航渡安全的目的和要求出发，根据航母受敌典型潜艇威胁扇面，构建了声纳舰所需最小警戒纵深模型，并依据模型结合量化分析的条件，计算得出了典型条件下声纳舰所需警戒距离。所得结论对于优化声纳舰的配置，提高声纳舰的反潜作战能力具有重要的参考使用价值。