火箭助飞鱼雷水下射击禁区建模与仿真

林宗祥1, 周 明2, 孙永侃1, 高冬飞3



火箭助飞鱼雷水下射击禁区建模与仿真

林宗祥, 周 明, 孙永侃, 高冬飞

(1. 海军大连舰艇学院作战软件与仿真研究所, 辽宁大连, 116018; 2. 海军大连舰艇学院水武与防化系, 辽宁大连, 116018; 3. 中国人民解放军91278部队, 辽宁大连, 116000)

射击禁区是影响火箭助飞鱼雷作战使用安全的重要因素。给出了火箭助飞鱼雷射击禁区的定义及划分原则; 结合火箭助飞鱼雷水下弹道特点, 建立了火箭助飞鱼雷初始搜索段、跟踪段和再搜索段的射击禁区解算模型。仿真分析了不同因素对火箭助飞鱼雷水下射击禁区的影响, 仿真结果表明, 鱼雷自导作用距离、鱼雷航速以及目标最大航速是影响射击禁区大小的主要影响因素。最后, 从不利角度出发对火箭助飞鱼雷水下射击禁区的计算公式进行了简化。

火箭助飞鱼雷; 水下射击禁区

0 引言

作为水面舰艇中远程对潜攻击的主战武器, 火箭助飞鱼雷可以极大提高水面舰艇对潜艇的远距离打击能力。为确保火箭助飞鱼雷作战使用的安全, 提高其作战效能, 有必要对火箭助飞鱼雷的射击禁区进行深入研究。本文主要对火箭助飞鱼雷的水下射击禁区进行建模。

1 火箭助飞鱼雷射击禁区划分原则

1.1 定义

火箭助飞鱼雷的弹道可以分为空中弹道和水下弹道两部分, 因此, 其射击禁区也可分为空中禁区和水下禁区两部分。

1) 空中禁区

火箭助飞鱼雷射击时, 在射击方向一定范围内, 由于火箭助飞鱼雷空中飞行、分离装置坠落、雷伞分离以及鱼雷入水等原因, 可能误伤己方舰船的区域称为火箭助飞鱼雷的空中射击禁区。空中禁区在垂直面上的界限是从火箭助飞鱼雷空中弹道的最高点至水面。

2) 水下禁区

火箭助飞鱼雷入水后, 在入水点一定范围内由于鱼雷搜索捕获目标过程中无敌我识别能力等原因可能误伤己方目标的区域称为火箭助飞鱼雷的水下禁区。火箭助飞鱼雷水下禁区的界限是从水平面至鱼雷水下工作的最大深度。

1.2 火箭助飞鱼雷射击禁区的划分原则

火箭助飞鱼雷射击禁区的划分应遵循安全性和实用性两个原则。

1) 安全性原则

安全性是指火箭助飞鱼雷的射击禁区应保证攻击区域内己方舰船的安全。确保作战海区内己方及友军舰船的安全, 减少不必要的损失是研究火箭助飞鱼雷射击安全、划定射击禁区的主要目的。因此, 必须把安全性原则放在突出位置。确保安全性的基本要求是: 在确定火箭助飞鱼雷各个阶段射击禁区时, 应充分考虑最不利因素和可能出现的最不利结果。火箭助飞鱼雷的射击禁区应具有足够的安全性, 确保己方舰船位于射击禁区以外时, 被火箭助飞鱼雷误伤的概率极小。

2) 实用性原则

火箭助飞鱼雷射击禁区的实用性是指火箭助飞鱼雷的射击禁区应最大限度地降低其对作战使用的影响和限制, 且便于制定和判别。一个实用的射击禁区才能对火箭助飞鱼雷的作战使用具有现实的指导意义和使用价值。因此, 要最大限度地克服和减少射击禁区对作战使用的不利影响, 使射击禁区对舰机协同和直升机引导的影响降至最低。此外, 实用性还体现在对射击禁区制定的简易性和判定的易行性, 从而有利于作战人员划定和判别火箭助飞鱼雷的射击禁区。

总之, 作为矛盾的两个方面, 安全性和实用性既对立统一, 又不可偏颇。实用性原则是建立在安全性原则基础上的, 脱离射击禁区的安全性谈实用性是没有意义的。同样, 片面强调安全性而忽略作战使用的实用性也是不可取的。

2 火箭助飞鱼雷水下射击禁区建模

火箭助飞鱼雷的水下弹道一般分为初始搜索段、追踪段和再搜索段等。

2.1 初始搜索段禁区建模

由于火箭助飞鱼雷的落水点距离目标较近, 其初始搜索弹道一般采用图形搜索弹道。典型的图形搜索弹道有环形搜索弹道、扩展环形搜索弹道、“8”字形搜索弹道等, 如图1所示。

不论是扩展环形搜索弹道还是“8”字形搜索弹道, 其均是以最基本的环形搜索弹道为基础。因此, 本文以环形搜索弹道为例建立火箭助飞鱼雷初始搜索段禁区模型。

以鱼雷环形搜索旋回圆的圆心为中心, 以鱼雷至搜索扇面的最大距离为半径作圆, 如图3所示。图中, 鱼雷向右旋回搜索,为鱼雷开始旋回搜索点,为鱼雷旋回搜索中心, 大圆半径为旋回中心至鱼雷搜索扇面的最大距离。则以为圆心, 以为半径的圆就是鱼雷初始搜索形成的射击禁区。

图3 火箭助飞鱼雷初始搜索段禁区

Fig. 3 Forbidden zone of a RAT in initial search phase

2.2 追踪段射击禁区建模

追踪段射击禁区是由于鱼雷追踪目标过程跟踪可能危及己方目标的区域。典型的鱼雷追踪弹道有尾追式弹道、固定提前角弹道以及比例导引弹道等。采用不同的追踪弹道, 鱼雷从发现目标至与目标相遇所耗费的时间也不同。一般情况下, 尾追式弹道所耗费的时间最多。相应地, 采用尾追式弹道鱼雷追踪目标的航程最远, 形成的追踪段射击禁区也最大。因此, 下面以尾追式弹道为例分析火箭助飞鱼雷追踪段的射击禁区。

鱼雷从初始搜索段转入追踪段是一个连续的过程, 初始搜索段射击禁区的远界与追踪段射击禁区的近界必然是相连的。因此, 求解追踪段射击禁区的关键是确定追踪段射击禁区的远界。追踪段射击禁区的远界是鱼雷追踪至与目标相遇时距离旋回中心的最大可能距离。

(4)

图4 追踪段弹道初始状态

Fig. 4 Initial trajectory situation in pursuit phase

2.3 再搜索段射击禁区建模

若鱼雷在追踪过程中丢失目标, 则进入再搜索段。根据丢失目标时的不同态势, 再搜索弹道可能采用不同的搜索策略。典型的再搜索策略如下: 鱼雷从当前位置向丢失目标方向直航搜索, 到达目标丢失位置时, 转入环形搜索。

鱼雷再搜索弹道的2种极端情况是: 1) 鱼雷刚开始进入追踪弹道即丢失目标; 2) 鱼雷追踪目标至雷目相遇时丢失目标。显然, 在这2种极端情况下形成的再搜索段射击禁区的区域最大。本文以典型的再搜索策略为例建立再搜索射击禁区模型。

鱼雷再搜索段射击禁区建模的重点是确定射击禁区的远界。鱼雷采取典型搜索策略时, 2种极端情况下鱼雷再搜索时的环形搜索初始点都是目标丢失位置点。显然, 情况2目标丢失位置点离鱼雷初始搜索旋回中心距离比情况1远, 因此, 其形成的再搜索射击禁区远界也更远。

假设鱼雷追踪目标过程中, 刚好在即将与目标相遇的时刻丢失目标。如图6所示, 根据追踪段禁区分析, 鱼雷最不利情况下可追踪至点时与目标相遇。为简化起见, 假设鱼雷追踪至点时丢失目标, 则鱼雷在点开始近距离丢失目标后的环形再搜索。

则

(7)

根据式(1)~式(7), 代入相关参数可得

(9)

火箭助飞鱼雷水下射击禁区如图7所示。图中: 最内圈为鱼雷初始搜索段形成的禁区; 中间网格状阴影部分圆环为鱼雷追踪段形成的射击禁区增量; 最外环横纹状阴影部分为鱼雷再搜索段形成的射击禁区增量。

3 仿真结果与分析

根据式(9), 代入不同参数即可计算得到对应的火箭助飞鱼雷射击禁区半径。

3.1 射击禁区半径与自导作用距离的关系

3.2 射击禁区半径与潜艇最大航速的关系

3.3 射击禁区半径与自导扇面半角的关系

3.4 射击禁区半径与鱼雷航速的关系

3.5 射击禁区半径与鱼雷环形搜索半径的关系

3.6 水下射击禁区的简化计算

根据以上仿真分析可知, 火箭助飞鱼雷水下射击禁区的主要影响因素为鱼雷自导作用距离、鱼雷航速以及潜艇最大航速, 鱼雷环形搜索半径及鱼雷自导搜索扇面半角对射击禁区影响很小, 并且水下射击禁区随和的增大而增大。因此, 从不利角度考虑, 只要取和的上限值即可简化水下射击禁区的计算。

4 结束语

射击禁区对火箭助飞鱼雷的安全使用具有重要意义。本文建立了火箭助飞鱼雷水下射击禁区的计算模型, 并进行了仿真计算。仿真结果表明,鱼雷自导作用距离、鱼雷航速以及潜艇最大航速是影响射击禁区大小的主要因素。实际应用时, 可进行一定的简化。

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(责任编辑: 许 妍)

Modeling and Simulation of Underwater Shooting Forbidden Zone for Rocket Assisted Torpedo

LIN Zong-xiang, ZHOU Ming, SUN Yong-kan, GAO Dong-fei

(1.Operational Software and Simulation Research Institute, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China; 2.Department of Underwater Weaponry and Chemical Defense, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China; 3. 91278Unit, The People′s Liberation Army of China, Dalian 116018, China)

The definition of rocket assisted torpedo (RAT) shooting forbidden zone and the division principle are given. Accordingly, the calculation models of shooting forbidden zones in initial searching phase, pursuing phase and re-searching phase of a rocket assisted torpedo are built by considering the characteristic of its underwater trajectory. The influences of some factors on the shooting forbidden zones are analyzed via simulation, and the result indicates that the torpedo homing distance and velocity, as well as the maximum velocity of target, are the key influencing factors. Further, the expression of RAT underwater shooting forbidden zone is simplified according to infaust instance.

rocket assisted torpedo; underwater shooting forbidden zone

TJ631.8

A

1673-1948(2013)03-0213-06

2012-12-19;

2013-01-09.

林宗祥(1984-), 男, 在读博士, 研究方向为水面舰艇反潜作战辅助决策.