潜伏式鱼雷攻击性能分析

周 涛, 张晨光



潜伏式鱼雷攻击性能分析

周 涛1, 张晨光2

(1. 海军装备研究院, 北京, 100161; 2. 西北工业大学 航海学院, 陕西 西安, 710072)

为更好发挥潜伏式鱼雷作战效能, 根据其发射导引的技术特点, 在想定原则、态势和弹道流程下, 建立了攻击性能仿真模型, 分别利用当前方位法和提前方位法计算了多速制鱼雷高低速航程不同配置时的发现概率, 得到了能够有效提高潜伏式鱼雷发现概率的高低速配置方案, 并针对大敌舷角鱼雷脱靶量大的问题, 对比2种方法的仿真结果后表明, 采用提前方位法射击更能有效提高潜伏式鱼雷的发现概率。

潜伏式鱼雷; 攻击性能; 多速制; 发现概率

0 引言

自19世纪问世以来, 鱼雷已经成为近现代各次海战中使用最多和杀伤力最大的水中兵器, 由于其具有自动跟踪、隐蔽性强、爆炸威力大和使用范围广等特点, 因此始终是各国海军的水下主要攻击武器[1]。利用待机潜伏方式的鱼雷来作为封锁航道、港口的水中兵器近年来得到很大的发展。目前国外海军正在发展潜伏式鱼雷与潜艇一样潜伏探测目标, 确认发现目标后发射释放出鱼雷实施攻击, 既具有长期值守的优点, 也具有自动跟踪精确打击的优点, 是水中兵器发展的一个新方向。

潜伏式鱼雷是一种携带鱼雷的潜伏水下平台, 它一般以被动方式探测目标, 发现目标后解算目标要素, 然后发射鱼雷实施攻击。潜伏式鱼雷对目标的探测、跟踪跨越静止平台和机动平台, 为保持对目标的连续接触, 一般采用多速制鱼雷。多速制鱼雷在现代鱼雷中已经普遍实施, 如法国的MU90鱼雷, 瑞典TP617鱼雷(航速20/30 kn)、英国“旗鱼”重型鱼雷(航速28/55/70 kn)、美国MK54轻型鱼雷(航速8/36/45 kn)[2]等等。多速制鱼雷可以平衡远航程和高速度这2个重要指标, 但鱼雷高低速度应该如何设计、航程如何分配等问题随之浮出水面。

潜伏式鱼雷作为一种新型水中兵器, 融合了静止探测和机动攻击两方面的优点。因此, 潜伏式鱼雷所具备的攻击性能不仅取决于潜伏平台的探测能力, 也取决于鱼雷自身战技指标和攻击弹道设计。本文针对潜伏式鱼雷使用方式, 对其携带的多速制自导鱼雷射击参数进行了分析, 主要包括多航速航程分配和射击提前角设置等, 而潜伏式鱼雷战斗载荷则考虑装载“发射后不管”的国外声自导鱼雷。通过分析, 以能够充分利用多速制鱼雷的技术优势, 更好地发挥其作战效能。

1 鱼雷速度配置原则和弹道流程

1.1 速度配置原则

对于战术应用而言, 总希望鱼雷有足够高的速度, 一方面时间就是效率, 鱼雷航速越快, 越有利于尽快击中目标, 从而降低目标机动规避的成功概率; 另一方面, 随着目标航速的不断提高, 只有鱼雷的航速足够高才可能成功地击中目标。但是由于鱼雷携带的能源有限, 而高速航行则需要消耗大量能源, 导致航程缩短、自噪声增大[3], 反而降低了对目标的命中概率。因此, 只有适当地选取鱼雷速度, 才能尽可能充分发挥鱼雷的攻击性能。

针对多速制鱼雷不同航速所带来的优缺点, 结合使用方式, 对速度配置作不同分析。对于线导使用方式, 考虑前期有声纳修正导引, 一般在导引时采用低速航行, 以隐蔽方式接近目标, 有利于扩大航程、确保探测环境的安静和提高搜索阶段自导作用距离; 而在攻击时则采用高速航行, 以缩短命中时间、确保有效攻击高速目标。多速制鱼雷的这一速度配置的原则在线导提供远程导引的情况下是较为合理的。

但对于非线导方式使用的潜伏式鱼雷而言, 其属于自导鱼雷的射击方式, 由于发射后鱼雷攻击过程前期没有目标导引修正, 则初始射击角的误差将会对速度配置提出与线导方式不同的要求, 速度配置是否合理将直接影响鱼雷攻击的命中概率。考虑到潜伏式鱼雷无前期修正和导引, 且打击目标距离较近等因素, 为减少目标运动随时间延迟累积误差带来的影响, 需首先考虑鱼雷发射后应快速接近目标, 以确保初始射击角的有效性, 提高命中概率。大量实践表明, 直航搜索时, 如果先使用低速制, 会导致鱼雷航行过程中目标远离原位置, 使两者距离相差太远, 使鱼雷无法发现目标。因此, 对于潜伏式鱼雷, 应在初始段先采用高速制, 速度配置原则应为先高速接近, 后低速搜索。

1.2 弹道流程想定

综合考虑各种因素对鱼雷攻击目标性能的影响, 根据潜伏式鱼雷速度配置原则, 在不同舷角态势和不同速度航程配置下, 仿真计算基于直航搜索弹道的潜伏式鱼雷声自导捕获目标概率, 研究分析最优射击方式及其攻击性能。在本文仿真中假定目标等速直航, 不考虑目标规避机动和对抗问题。潜伏式鱼雷攻击时仿真弹道流程想定主要如下。

1) 携带自导鱼雷的潜伏式平台发现目标后, 当目标落入可攻击的距离时, 初始以当前或提前方位法发射鱼雷, 直航搜索;

2) 在鱼雷发射后的初始阶段, 为了能够迅速远离发射平台、接近目标, 减少目标运动带来额外的脱靶量, 设定鱼雷先高速直航一段距离;

3) 鱼雷接近目标后, 考虑到鱼雷低速航行时自导作用距离较大, 则转为采取低速直航搜索模式, 便于尽早发现目标;

4) 鱼雷低速直航至发现目标, 一旦判断目标落入鱼雷自导波束范围内, 则认为发现目标, 如鱼雷超过目标航向线, 则认为仿真结束;

5) 鱼雷跟踪段预留一定的跟踪航程, 鱼雷发现目标则认为鱼雷能够跟踪目标直至命中目标。

2 当前方位法攻击性能分析

潜伏式鱼雷战斗载荷以法国的MU90多速制鱼雷为模型, 假定其高速为40 kn, 低速为25 kn。

潜伏式鱼雷首先探测到目标、解算出目标方位和距离信息, 当目标落入可攻击的距离时, 把目标当前方位装订给战斗载荷自导鱼雷, 然后发射自导鱼雷, 使其向该方位直航搜索。

假定目标航速为8 kn, 下面以鱼雷发射敌舷角、初始距离、高速直航距离为参变量, 通过蒙特卡洛仿真, 得出搜索段脱靶量小于2 km的发现概率, 如表1所示。

图1 鱼雷发射模型

当目标航速进一步提高到10 kn时, 再次计算鱼雷的发现概率, 如表2所示。可见, 目标航速的提高更增大了鱼雷的脱靶量, 降低了鱼雷发现概率。

表1 目标航速为8 kn时鱼雷发现概率

表2 目标航速为10 kn时鱼雷发现概率

通过分析表1和表2的仿真数据可以看出, 较大敌舷角和初始距离时, 由于目标航速较高, 鱼雷接近目标过程中, 目标偏离原位置较远, 容易逃出鱼雷的工作扇面, 所以只通过调整高速直航距离, 发现概率是无法满足作战要求的。

为了解决该问题, 比较有效的方法是提高鱼雷的速度。将假定的鱼雷高低速度分别提高5 kn, 其他仿真条件不变, 重新进行仿真计算, 得到的数据如表3所示。

可以看出, 适当提高鱼雷速度, 可以小幅提高鱼雷的发现概率, 但依旧不能解决大敌舷角态势下鱼雷发现概率总体较低的问题。

3 提前方位法攻击性能分析

图2为鱼雷提前角计算模型, 图中:1和2为Δ声学间隔测量2次的目标距离。

图2 鱼雷提前角计算模型

声学测量得到的距离误差为

式中:为发射信号带宽;为目标和鱼雷的真实距离。

表3 鱼雷航速为45/30 kn时的发现概率

得

由误差传递公式, 可以计算并得到目标径向速度误差

设定1ky, 又有

根据建立的提前角计算模型几何关系可以得到

则

由提前角计算公式

得

根据式(11)估计鱼雷提前角, 由于鱼雷初始采用高速, 且鱼雷接近目标后, 与目标距离较近, 因此计算提前角时, 鱼雷速度采用高速计算。当鱼雷高速为40 kn, 低速为25 kn时, 重新对鱼雷的发现概率进行蒙特卡洛仿真, 鱼雷发现概率如表4所示。

将提前方位法射击应用到潜伏式鱼雷中, 使鱼雷在较大敌舷角情况下的发现概率也能够稳步提高, 大大增加了鱼雷的攻击性能。

在其他条件不变的前提下, 继续增大敌舷角, 仿真结果如表5所示。

该方法完全适用于大敌舷角的态势, 对比表4和表5, 发现随着敌舷角的增大, 鱼雷的发现概率并没有随之降低, 反而增大。这是由于在大敌舷角下, 提前角估计的误差反而相对降低, 更加有利于减小鱼雷的脱靶量。

表4 小舷角下鱼雷航速为40/25 kn时的发现概率

4 结论

本文在假定潜伏平台探测能力和鱼雷自导作用距离一定的前提下, 研究分析了潜伏式鱼雷在采用多速制自导鱼雷为战斗载荷时, 其鱼雷射击方案、弹道流程和高低速配置问题。综合分析鱼雷速度配置、高速航程以及射击方法等因素对鱼雷攻击性能带来的影响。仿真结果表明, 对于采用初始估计的目标航速航向作为解算射击参数输入的潜伏式鱼雷, 对攻击性能影响的结论如下。

表5 大舷角下鱼雷航速为40/25 kn时的发现概率

1) 采用先高速接近, 后低速搜索方式对提高潜伏式鱼雷攻击性能较为有利;

2) 当高速航程适当提高时, 对潜伏式鱼雷攻击性能提高更有利;

3) 整体提高潜伏式鱼雷的高速和低速, 对提高鱼雷攻击性能贡献较小;

4) 采用提前方位法射击时, 鱼雷攻击性能最优, 可以在–75°~75°的大舷角范围内高概率稳定捕获10 kn以下的目标。

当然, 在实际作战中, 目标类型、机动情况会更复杂, 潜伏平台探测能力、所携带鱼雷自导作用距离跟水文条件也密切相关, 因此, 潜伏式鱼雷的攻击性能也不仅用鱼雷的发现概率来描述, 还需要考虑其他更多的因素。

[1] 石秀华, 王晓娟. 水中兵器概论[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 2005.

[2] 曹震卿, 贾跃. 双速制热动力鱼雷高低速混合航程研究[J]. 指挥控制与仿真, 2011, 33(2): 38-40.

Cao Zhen-qing, Jia Yue. Research on the Relation of Mixed Distance with High and Low Speed of Double Speed Feat Powered Torpedo[J]. Command Controle & Simulation, 2011, 33(2): 38-40.

[3] 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.

[4] 张弛. 线导鱼雷的混合速制导引法[J]. 鱼雷技术, 2010, 18(5): 393-396.

Zhang Chi. Multispeed Guidance Method for Wire-guided Torpedo[J]. Torpedo Technology, 2010, 18(5): 393-396.

[5] 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.

Cao Zhen-qing, Jia Yue. Influence of Torpedo Speed on Submarine′s Torpedo Warning Distance[J]. Torpedo Technology, 2011, 19(4): 260-262.

(责任编辑: 陈 曦)

Analysis on Attack Performance of Sleeping Torpedo

ZHOU Tao,ZHANG Chen-guang

(1. Naval Armament Academy, Beijing 100161, China; 2. College of Marine Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi′an 710072, China)

To improve the operational efficiency of a sleeping torpedo, an attack performance simulation model of a sleeping torpedo is established according to its technical characteristics of launching guidance and the given principle, situation and trajectory flow. The present bearing method and advance bearing method are used to calculate the detection probability when a multi-speed torpedo is running at alternate high and low speeds, and a speed setting scheme for effectively improving the detection probability of a sleeping torpedo is achieved. Aiming at the problem of large miss distance of a torpedo at big enemy board angle, the simulation results of two methods are compared, conclusion is drawn that the advance bearing method can improve detection probability more effectively for a sleeping torpedo.

sleeping torpedo; attack performance; multi-speed; detection probability

TJ630

A

1673-1948(2014)01-0007-07

2013-12-05;

2013-12-25.

周 涛(1971-), 男, 高工, 主要研究方向为鱼雷自导技术.