火箭深弹使用非触发引信反鱼雷作战效能分析

刘德才，时进发，朱红波，赵修平

（1.海军大连舰艇学院 水武与防化系，辽宁 大连 116018；2.海军航空工程学院 飞行器工程系，山东 烟台 264001）

在不改变武器系统的前提下，如何赋予火箭深弹反鱼雷功能，并提高现有深弹武器系统的反鱼雷效能，增加水面舰艇与潜艇对抗中的生存概率？研究认为，火箭深弹使用编码声非触发引信可解决这一难题。

1 火箭深弹反鱼雷效能计算与分析

引信是影响火箭深弹作战效能最重要的因素之一。深弹引信一般有以下几种：水压定时引信、撞击定时引信、机械联合引信和电子联合引信。

以上几种引信均采用的是“定时+触发”爆炸机制。采用此类爆炸机制的引信，深弹散布和目标散布都比较大，拦截、毁伤鱼雷的概率均较低[1]。

1.1 反鱼雷效率指标描述

深弹爆炸可对声自导鱼雷产生软、硬两种杀伤作用。硬杀伤是指使鱼雷动力、自导等机件失灵，丧失航行和追踪能力；软杀伤是指深弹爆炸声源或形成的气幕作为假目标诱骗鱼雷，并以气幕阻隔、衰减信号传播，降低鱼雷自导作用距离，使鱼雷降低或丧失追踪我舰的能力[2]。实验表明，一枚装有30 kg 左右TNT 当量的深弹爆炸时，在70 m 半径内对自导鱼雷引信有破坏作用，爆炸后形成水中气幕，在自导鱼雷作用距离以内具有干扰作用[3]。使用深弹对鱼雷射击的目的就是使鱼雷丧失毁伤能力或实施诱骗。

火箭深弹反鱼雷作战效能计算，是在声纳具有对鱼雷报警功能的条件下进行的。反鱼雷效率指标指的是火箭深弹干扰鱼雷概率和至少一发深弹毁伤鱼雷的概率综合。

1.2 深弹毁伤干扰鱼雷概率基本数模

在三维直角坐标系中：Z轴为鱼雷方位方向、X轴垂直于Z轴，Y轴垂直向地心，坐标原点在鱼雷中心，符合右手法则。坐标轴水平面如图1所示，深弹毁伤、干扰鱼雷概率为P。

图1 计算火箭深弹拦截鱼雷坐标图

式中：φ(X)为鱼雷分布概率密度，X=(x,y,z)T；Pxij(X)为各发深弹毁伤鱼雷概率；Pzij(X)为深弹干扰鱼雷概率。[4]

1.3 传统引信深弹反鱼雷射击效能计算

火箭深弹毁伤鱼雷目标的能力与深弹类型有关。在计算深弹对鱼雷毁伤概率的基础上，对深弹爆炸点散布沿三维空间计算其毁伤鱼雷的概率并进行综合，从而求出火箭深弹反鱼雷作战效能。

火箭深弹在目标区爆炸形成的爆炸噪声和爆炸气泡，可以对主、被动声制导引信鱼雷构成干扰，由于爆炸只有在鱼雷制导搜索扇面形成干扰。因此，分析传统引信深弹对鱼雷的干扰效能，需要在目标散布分析的基础上，对干扰能力的形成进行分析。

1.3.1 计算条件

目标深度误差为鱼雷航行深度与深弹深度相对误差，取±7 m。水平面分布误差包括：现在点坐标误差和射击诸元误差。现在点坐标误差由声纳报警距离误差和报警方位误差形成。报警距离现为估计值，且受水声、舰艇航行状态影响，其误差均方差也无实测参数，分析计算时取1cab。报警方位误差亦无实测参数，计算时取1°。仰角和方向设定误差均方差均为0.5°；仰角和方向跟踪误差均方差分别取0.5°和0.7°；仰角和方向不修正误差均方差分别取0.8°和0.5°。

采用向鱼雷搜索扇面内射击法，向同一距离连续发射n发深弹，形成固定距离弹幕。一次射击后经间隔时间∆t，再向下一距离射击，进行连续诱骗干扰，将鱼雷向本舰后方拖引。射击中不解相遇，不进行弹道、气象修正。

1.3.2 计算模型

1）目标分布和深弹散布。

目标分布和深弹散布是计算毁伤和干扰鱼雷概率的基础[5]。声纳对鱼雷报警为方位信息，报警距离为估计值，无深度信息，因而目标分布为水平面二维正态分布，垂直方向在鱼雷航行深度区间内均等分布。设Z为鱼雷方位方向，分布密度为：

目标分布误差在水平和方向上不相干，则目标分布密度是均等分布与两个正态分布密度的乘积：

拦截鱼雷使用定时引信深弹，深弹散布密度式为[4]：

则毁伤、干扰鱼雷概率基本数学模型(1)可以化为：

2）毁伤鱼雷概率。

深弹毁伤鱼雷自导装置，即使其丧失自导能力。毁伤体为半径为RB的球形体，深弹定时引信炸点落入毁伤体即为毁伤，毁伤概率为炸点落入毁伤体的概率[4]，D为直径，

3）干扰鱼雷概率。

由于深弹爆炸噪声级为230 dB，远比水面舰艇辐射噪声100 dB 大，爆炸噪声干扰完全覆盖目标，因此深弹可以对被动目标诱骗[6]。连续发射3枚，持续时间达11 s以上，形成干扰能力。考虑到潜艇鱼雷引信有主、被动两种工作方式，从形成有效干扰能力分析，应考虑对主动声自导引信的干扰，干扰概率为一次射击中至少有3枚深弹炸点命中鱼雷干扰区的概率。

深弹炸点只有在鱼雷搜索扇面以内，才能形成干扰能力，因而干扰区一般在鱼雷搜索扇面以内。鱼雷搜索区为一锥体，其顶角即鱼雷波束角。参考MK-46 鱼雷性能，计算时波束角取30°。深弹炸点在距鱼雷破坏半径RB以内即可毁伤鱼雷，属硬杀伤作用，分析软杀伤作用时，干扰区应在RB以外。

鱼雷穿越深弹爆炸气幕以后，如果在其搜索扇面内未发现其他目标，经过∆t时间后进行环形再搜索。在即将开始环形搜索时，进行第二次射击，深弹气幕可以形成连续欺骗干扰。两次射击间隔为气幕保留持续时间。干扰区最小距离为RT0。按鱼雷速度计算，RT0＞RB深弹气幕对主动自导鱼雷最大作用距离为615 m。干扰概率P表示为：

1.4 编码声非触发引信深弹反鱼雷效能计算

使用编码声非触发引信的火箭深弹，由于大大增加了鱼雷非触发毁伤体，从而有效提高了火箭深弹反鱼雷作战能力。

需要指出的是，增加深弹发射数量，可提高毁伤鱼雷的效能，但经过研究分析和作战使用的要求，一次发射通常在6枚之内。这是因为发射数量对效能提高有限，此外舰艇需要有连续抗击、多次发射的战术需求。

火箭深弹对潜射鱼雷射击效率与深弹武器系统、探测系统和目标条件等因素有关，在武器系统和目标条件相同的情况下，装备非触发引信的深弹对潜射鱼雷射击效率的提高主要体现在对鱼雷捕获能力的提高，计算其对潜射鱼雷的毁伤概率，可将其捕获能力等效到潜射鱼雷非触发等效体，见图2。

图2 计算鱼雷非触发等效体图

LL、WL、HL为计算传统引信深弹对鱼雷射击效率的等效体长、宽、高。而计算非触发引信深弹对鱼雷射击效率鱼雷等效体描述为：

式中：Lz=Rz·SinΦ为声非触发引信深弹轴线垂直方向探测距离；Rz为声非触发引信轴线方向探测距离；Φ为声非触发引信轴线方向探测张角。可以看出非触发等效体远远大于触发等效体。

根据基本模型(1)、式(5)，即可计算声非触发引信对鱼雷的毁伤概率，干扰效率计算原理与常规引信相同。

计算时有关参数取值：目标速度45 kn，海深100 m。系统误差分别取：探测方位误差1°，探测距离误差1%；计算目标舷角误差5°，计算目标速度误差1 kn；计算仰角误差1°，计算旋回角误差1.2°；仰角与旋回角瞄准误差0.5°；仰角和旋回角跟踪误差0.5°；本舰速误差1 kn；3个有代表性的射击距离分别为：880 m、1 200 m和2 800 m，目标舷角取值10°至100°（篇幅所限）。

2 传统引信和编码声非触发引信深弹反鱼雷效能分析

根据目前深弹武器系统装备情况，在相同条件下，计算一深弹弹道使用传统引信和编码声非触发引信的反鱼雷作战效能。为分析火箭深弹武器系统相关要素对作战效能的影响，软件设计时将武器系统误差源（计算时有关参数取值）作为输入量，以便在分析引信效能的同时，找出其他因素对反潜效能的影响，编程计算结果如表1所示。

表1 编码声非触发引信和传统引信反鱼雷毁伤概率比较表

从表1可以看出，无论在任何舷角和距离条件下，使用声非触发引信深弹毁伤鱼雷概率均比传统引信毁伤概率要高；在相同舷角条件下，距离越远，声非触发引信毁伤鱼雷概率提高越明显，为远程火箭深弹发展提供了技术支持[7]；在任何距离上，目标舷角0°或180°（篇幅受限100°以上舷角无列出）附近毁伤概率增加较小，但仍可达20°以上，30～150°附近毁伤概率增加明显，90°附近增加最大。

从表1中随机抽样以6个目标舷角得出表2。可以看出，在相同条件下，装备编码声非触发引信深弹的反潜射鱼雷作战能力比传统引信的毁伤概率至少提高41%以上，平均毁伤概率提高50%以上。

用相同方法同样也可计算出另一种火箭弹道，结果表明，装备编码声非触发引信后的深弹反鱼雷效能至少提高57%以上，平均毁伤概率提高达70%。

表2 深弹毁伤鱼雷概率分析比较表

3 结论

通过对编码声非触发引信作战效能仿真计算和结果分析，得到如下结论：编码声非触发引信能提高深弹捕获目标能力，提高反鱼雷作战效能；在不改变反潜系统的情况下，赋予各型深弹拦截鱼雷功能，可提高反鱼雷效果，增加与潜艇对抗中水面舰艇的生存概率；用编码声非触发引信替代传统引信，可以实现现役火箭式深弹引信通用化，为发展新型远程火箭深弹提供技术支持。此外，随着探测、跟踪技术的发展，火箭深弹的作战效能将得到进一步提升。计算分析表明，如果采用编码声非触发引信，同时改善武器系统计算、跟踪和瞄准误差等，可使深弹武器一次齐射反潜、反鱼雷作战效能提高200%，特别是反潜效能几乎与自导鱼雷作战效能相当，大大提高了效费比，军事效益十分明显。

[1]尤晓航.舰载深弹武器系统发展思路探讨[J].指挥控制与仿真,2003,12(6)∶1-3.

[2]贾跃.火箭深弹拦截鱼雷实现方法研究[J].水中兵器,2003(1)∶31-32.

[3]刘慷.反潜武器及战斗使用[M].大连∶海军大连舰艇学院,1996∶1-4.

[4]扬福渠.火箭深弹射击效率[M].北京∶国防工业出版社,1992∶47-115.

[5]时进发.舰载深弹武器系统射击效率分析[J].射击学报,2006(3)∶12-13.

[6]汤生大,汪顺玉.新型火箭深弹发展思路[J].水中兵器,2003(1)∶11-13.

[7]时进发.中远程火箭深弹大仰角射击方法探讨[J].射击学报,2006(1)∶50-52.