声纳浮标系统在Z9直升机平台加装及效能分析

2020-12-16曲昱燊

商品与质量 2020年53期

关键词：声纳水面舰艇航速

曲昱燊

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司飞机设计研究所黑龙江哈尔滨 150066

1 声纳浮标系统介绍

1.1 声纳浮标

声纳浮标是探测水下目标的浮标式声纳器材，是一种水声遥感探测器。它与浮标信号接收处理设备等组成浮标声纳系统，用于航空反潜探测及对水下潜艇的预警等。

1.2 航空声纳浮标

航空声纳浮标装备于反潜巡逻机、反潜直升机和某些水上飞机。其外形呈圆柱形，顶部有可分离的旋叶和天线护罩，壳体内安装有可折叠的伞状天线、超高频无线电发射机、声信号放大器、声纳基阵、电池和浮标自沉装置等。

2 Z9平台介绍

Z9直升机是航空工业哈飞设计制造的单旋翼、涵道尾桨、前三点式起落架的中型双发多用途直升机。

Z9直升机符合CCAR29规范中目视飞行规则（VFR）和仪表飞行规则（IFR）的要求，国内民用型（H425型）直升机已取得CAAC颁发的型号合格证。

3 完成应召反潜任务所需的声纳浮标效能分析

3.1 应召反潜

水面舰艇在航行中发现有潜艇可能威胁到自身安全时，可组织舰载直升机使用声纳浮标与吊放声纳协同执行应召反潜任务。由于潜艇航向和航速是未知的，因此潜艇位置分布是在以发现点为圆心的圆，半径为潜艇最高航速与时间乘积，且在圆内服从均匀分布[1]。

当潜艇企图攻击水面舰艇时，可以认为其运动意在与舰艇接近至声纳探测距离。因此，潜艇的航向范围根据战场态势的不同，可是圆或是扇面[2]。

3.2 应召反潜模型分析

假设舰艇发现敌潜艇位于Q点，与舰艇的距离为d，方位角为θ，潜艇战术航速为Vq，舰艇位于W点，航向0°，航速为Vw，相对航速为Vxd。如潜艇试图与舰艇接近至声纳探测距离R处，则有两条相对航向线可以选择，分别为QH和QG，下面求解QE所对应的两条边界航向。

根据余弦定理，可求得潜艇的两个边界航向QA’和QB’分别为：

同理可求得QG所对应的两条边界航向QC’和QD’。

这样，潜艇可能的航向范围即为四个边界航向之问的最大夹角。

设水面舰艇航向为0°，航速为18kn；潜艇与水面舰艇的距离为200km，战术航速分别为16kn和12kn，潜艇对水面舰艇的攻击距离为15km，运用软件进行仿真，则敌潜艇可对水面舰艇进行攻击的航向范围如表1所示。

表1 潜艇攻击水面锦亭航向范围表

3.3 声纳浮标搜索阵列建模

建立声纳浮标阵列模型的思路是：首先确定潜艇边界点A的坐标，再根据A点坐标和声纳浮标的作用范围，在潜艇可能位置圆弧上确定第一个浮标点（B1）的坐标，使其声纳作用范围可有效包含A点，然后依次在潜艇可能位置圆弧上布放浮标，并使得浮标的声纳作用范围有一定重叠。

3.4 吊放声纳搜索建模

建立吊放声纳搜索模型的思路是：直升机布放声纳浮标后，沿着边界飞向第一个吊听点（D1），D1坐标应位于潜艇可能航向的边界上，根据潜艇可能采取的最低航速率和直升机从起飞至开始吊放声纳听测所需的总时间来确定。而第n个吊点Dn的确定需使得潜艇可能位置弧尽可能多的处于直升机吊放声纳的探测半径内，同时保证潜艇不能从相邻两个听测圆的重叠区域穿过[3]。

3.5 搜潜仿真分析

以3.2中仿真结果为条件，在不同态势下搜索行动的仿真结中可以看出，对浮标和吊听点数量产生影响的因素主要包括潜艇的距离和航速。单从封堵潜艇所需声纳浮标的数量来看，潜艇距离的变化会对结果产生一定影响，当潜艇战术航速、距离d=150/200/250km时，所需的浮标数量分别为11/14/16枚，但是这种影响程度要弱于潜艇最高战术航速带来的变化，如当潜艇战术航速降至时，所需的浮标数量迅速减少为8/10/12枚。