鱼雷变速对潜艇防御鱼雷时间影响分析＊

孙国振 陈路伟

（91388部队93分队 湛江 524022）

1 引言

随着电动力在鱼雷发动机的应用与发展，鱼雷可以实现10%～100%转速范围内的无级变速[1]，而热动力系统亦可实现较小范围的变速。鱼雷动力装置决定着鱼雷的航速、航程、航深、航迹和噪声等性能，同时影响着鱼雷作战效能。鱼雷速度固定容易被舰艇探测其航行轨迹，并实施有效拦截，鱼雷变速不仅可以躲避反鱼雷武器攻击，还可以通过改变速度，改变鱼雷自噪声，使舰艇探测跟踪难度加大。鱼雷的速度决定于动力装置，鱼雷速度越大，噪声越大，自导效果也会随之降低，达到一定程度，便无法自导。

鱼雷在水下航行会受到噪声干扰、水流的影响，鱼雷速度的改变会使鱼雷辐射噪声发生改变[2]，辐射噪声对潜艇鱼雷报警声纳的报警距离产生影响，鱼雷航速越大，报警距离就越远[3]。鱼雷的较强噪声虽然容易被潜艇探测，同样可以作为隐藏鱼雷的手段，较强的噪声可以吸引目标潜艇进行防御攻击，突然的变速可以隐藏鱼雷准确位置，造成目标潜艇无法锁定鱼雷，大大提高了攻击能力。鱼雷的攻击效能不仅体现在目标探测方面，而且体现在攻击能力方面；鱼雷的攻击能力体现在发起攻击的时间，本文着重讨论鱼雷速度与攻击时间的关系。

2 鱼雷速度对辐射噪声的影响

鱼雷辐射噪声是主要由螺旋桨噪声和发动机产生的机械噪声，可以用经验公式表示其声源级[4]。

其中SLT表示鱼雷噪声级；vt为鱼雷航速；ft为鱼雷工作频率；R表示潜艇与鱼雷距离；T为鱼雷重量。图1为鱼雷航速与自身辐射噪声之间的关系曲线。

图1 鱼雷航速与鱼雷辐射噪声关系

通过二战时所测量的鱼雷噪声谱可以看出，鱼雷的噪声级与鱼雷航速的关系可以线性表示[3]，与经验公式描述类似，表示如下：

其中vmin为鱼雷最小速度；vmax为鱼雷最大速度；SL0为零点噪声级，由观测得到。潜艇通过鱼雷的噪声进行探测来袭鱼雷，而鱼雷噪声在水下传播，而潜艇会受到自身噪声干扰，潜艇探测声纳一般为被动声纳，被动声纳方程表示如下。

其中，TL表示声传播损失；DI表示空间增益；DT表示检测域；NL潜艇自噪声级，噪声在水下传播损失是由球面波扩展和海水吸收引起的，经验公式[5]如下：

其中fmc为潜艇探测声纳系统工作的中心频率。

3 鱼雷速度与潜艇鱼雷报警距离的关系

假设鱼雷速度在vmin时，潜艇对鱼雷的最远探测距离为R0，由公式计算出ND0＝NL－DI＋DT，并为固定值，进而得到鱼雷速度与最远探测距离的关系式：

鱼雷为了更好地攻击目标潜艇，尽量避开潜艇的鱼雷探测声纳，所以鱼雷的攻击过程可以分为隐身过程和全速过程；在隐身过程中，通过控制鱼雷的速度控制鱼雷的辐射噪声，鱼雷距潜艇的距离Rs应大于相应的R：

其中，α可由当前的海洋环境和目标决策决定，目标决策可以分为安全方式、折中方式和冒险方式。安全方式是确保鱼雷在要求的距离内无法被目标潜艇探测到，此时α＞1.5；折中方式则为在安全与攻击效率之间寻求最佳方案，1＜α＜1.5；危险方式，α＜1。

图2 鱼雷航速与目标潜艇鱼雷报警距离关系图示

4 鱼雷航速与潜艇反应时间关系

常规鱼雷的速度假设为vx，由式（5）得到目标潜艇鱼雷报警距离Rx，反应时间为tx＝Rx／vx，经计算得到图3，由图3可以看出反应时间是随着鱼雷速度增加而增加，原因是由于鱼雷速度变大，使得鱼雷辐射噪声增大，潜艇发现距离变远，鱼雷速度与发现距离之间比例关系小于1，导致反应时间增大。

此时鱼雷变速可以解决这个问题，鱼雷以低速行进至探测距离临界点，然后以最大速度对目标实施攻击，可以有效缩短潜艇反应时间。当鱼雷速度为vmin，到达距潜艇β R0（β≥1）时，加速至vmax。而β是由从鱼雷暴露到预计攻击至潜艇的时间决定，计算方法如下：

图3 鱼雷航速对其攻击时间的影响

从vmin加速至vmax，加速度为a，时间为

其中，tw为全速过程时间。将上式整理可得：

虽然tw＋ta决定了整个攻击的时间，但是ta为定值，所以对tw取最小值即可，通过计算可以得到β＝1。

鱼雷以最大速度攻击目标时，由式（5）计算得到Rmax＝vmaxtmax，进而得到被潜艇探测到的反应时间tmax＝Rmax／vmax，为了更好地理解鱼雷航速对潜艇探测时间的影响，令ts＝tmax－tw，得到鱼雷航速与潜艇探测时间的变化情况，如图4所示。

图4 鱼雷航速与潜艇探测时间的变化情况

由图（4）可以看出在鱼雷速度在30kn时变速可以得到缩短反应时间的极值，当舰艇与目标潜艇的距离小于R0时，无论鱼雷是否变速，都应当以最大速度攻击目标，因为速度的变化不能提供隐身功能。

5 结语

本文通过对鱼雷变速所引起的连锁反应进行了分析，鱼雷的速度与自身辐射噪声存在类似线性关系，鱼雷速度越大，自身辐射噪声越大，越容易被目标潜艇探测发现，由于辐射噪声大于鱼雷速度的变化，虽然鱼雷速度提高了，但是相对目标潜艇的反应时间是增加了，目标潜艇更有充分的时间防御来袭鱼雷。本文对目标潜艇的反应时间进行了深入的分析，得到鱼雷在速度为30kn时变速反应时间差别最大。本文下一步工作是各类鱼雷的发动系统进行分析比较，得到鱼雷速度变化与鱼雷辐射噪声之间更为精准的关系。

[1]查志武.鱼雷动力技术发展展望[J].鱼雷技术，2005，13（01）：1－4.

[2]刘孟庵.水声工程[M].杭州：浙江科学技术出版社，2002.

[3]曹震卿，贾跃.鱼雷航速对潜艇鱼雷报警距离的影响分析[J].鱼雷技术，2011，19（4）：260－262.

[4]查志武，史小锋，钱志博.鱼雷热动力技术[M].北京：国防工业出版社，2006.

[5]陈剑，鲁民月，庞天照.潜艇噪声水平对声呐探测性能影响分析[J].舰船科学技术，2009，31（12）：22－25.