被动声自导鱼雷极限射距影响因素仿真分析*

许兆鹏 张亦楠 武志东 王向阳

(1.海军潜艇学院 青岛 266042)(2.91352部队 威海 264200)



被动声自导鱼雷极限射距影响因素仿真分析*

许兆鹏1张亦楠1武志东1王向阳2

(1.海军潜艇学院 青岛 266042)(2.91352部队 威海 264200)

依据被动声自导鱼雷的射击模型,建立起极限射距的表达式,进而得出影响其值大小的主要因素。通过仿真对各影响因素进行了定量研究,找出它们对极限射距的影响规律。此研究可为指挥员在作战使用时提供必要的参考,以期充分灵活地利用研究成果,提高被动声自导鱼雷的命中概率。

被动声自导鱼雷; 极限射距; 作用距离; 目标舷角

Class Number TP391.9

1 引言

在鱼雷攻击中适宜的射距和合适的鱼雷射向是确保鱼雷命中目标的关键。所谓射距即发射鱼雷时敌我之间的距离。有时按提前角确定的鱼雷射向实施射击,并不一定都能命中目标。这是因为鱼雷携带的动力能源是有限的,鱼雷极限射程也是有限的,因此射距也必有限制,其最大允许值就是极限射距。如果发射鱼雷时,敌我的距离大于极限射距,即便是鱼雷射向合适,鱼雷也不可能命中目标。极限射距严格定义是“在一定射击条件下,鱼雷从发射至命中目标所消耗的航程正好是鱼雷极限射程,则发射鱼雷时发射平台与目标之间的距离称极限射距[1]。”

以往对鱼雷极限射距的研究主要是针对直航鱼雷、尾流自导雷和线导雷[2～6],目前在使用被动声自导鱼雷时,对极限射距的考虑还不够充分,因此十分有必要对其进行深入研究,从而为指挥员在使用被动声自导鱼雷时提供必要的参考,以确保较高的命中概率。

2 极限射距

如图1所示,ds和Ws分别为射击时的目标位置点和发射平台位置点,目标的航向为Hd,鱼雷出管时的射向为Hl;θ为鱼雷直航时的命中角,φ为提前角,Xds为发射鱼雷时的敌舷角;CT为鱼雷被动声自导作用距离,用r表示,Sl1为鱼雷搜索段航程,Sl2为自导追踪段航程[7],Dsj为极限射距;T为鱼雷发现目标时的位置点。

图1 被动声自导鱼雷攻击示意图

在三角形WsdsC中,由余弦定理可得:

(1)

整理得:

(2)

其中m为目标速度与鱼雷速度之比。

(3)

其中,Vl为鱼雷速度,Vd为目标速度。

Sl1=Slj-Sl2

(4)

其中,Slj为鱼雷的极限射程。Sl2有明确的表达式,即:

(5)

其中,Xd为鱼雷发现目标时的目标舷角。

通过式(2)、式(4)和式(5)不难看出,被动声自导鱼雷的极限射距Dsj与Vd、Vl、Slj、r和Xd密切相关,上述各参数即为影响鱼雷极限射距的主要因素。

在上述各参数中Vd可通过指控系统计算得出,Vl和Slj根据所采用被动声自导鱼雷的型号可提前确定。而r与发现目标时的目标舷角Xd有很大的关系,其随着Xd的不同而变化。这是因为鱼雷接近目标所处的目标舷角(或命中角)不同,鱼雷自导装置发现目标的距离r会有较大的差异。

通常在计算过程中,近似地取鱼雷自导装置发现目标时的目标舷角为直航段时对目标的命中角,即Xd等于θ,如图1所示,可认为鱼雷自导扇面中线发现目标。则如上所述,在Vd、VL、Slj已知的条件下,Dsj可表示为Xd和r的函数,亦可以表示为θ和r的函数。因此要想求得极限射距,关键是要求出鱼雷在不同Xd或θ条件下的被动声自导作用距离r。

3 被动声自导作用距离

以往在计算直航雷极限射距的过程中r通常取定值,其常常取目标正横方向上的被动声自导作用距离,而实际上r是随着Xd的不同而变化的,这样势必会带来一定的误差,因此必须首先求出不同目标舷角所对应的r之后才可以较准确地计算极限射距。

影响r的主要因素有水文条件[8]、目标辐射噪声、鱼雷自噪声、海洋噪声,同时还与鱼雷自导装置性能密切相关[9]。

在理想的水文条件下,r主要取决于声传播损失。理论计算可参照被动声纳方程[10]:

TL=SL-NL+GL-DT

(6)

其中TL为声传播损失,SL为目标声源级,NL为鱼雷自噪声干扰级,GL为鱼雷自导装置处理增益,DT为鱼雷自导装置检测阈,式中忽略了海洋噪声的影响。

TL可表示为扩展损耗20lgr和吸收损耗βr的和,即

TL=20lgr+βr

(7)

其中,β为声波传播衰减系数。

β= (1.2488×10-5-6.0535×10-7t+1.4767×10-8t2

-1.5352×10-10t3)×(1-1.764×10-5h)f2

(8)

其中t为海水的温度,f为鱼雷中心工作频率。

因此,式(6)可写成:

20lgr+βr=SL-NL+GL-DT

(9)

上式亦称鱼雷被动自导方程,其中:

NL=96lgVl-33lgf-23.51lgh

(10)

SL=60lgVd+9lgT-20lgf+20lgk(Xd)+35.8

(11)

T为目标的重量,k(Xd)为目标声源级,与舷角有关[11]。

k(Xd)= 0.3+3.9655sinXd-105.1651sin2Xd

+1093.9709sin3Xd-5596.9957sin4Xd

+16776.5741sin5Xd-31451.003sin6Xd

+37358.4773sin7Xd-27319.4625sin8Xd

+11221.651sin9Xd-1981.3219sin10Xd

(12)

或近似用以下公式表示:

k(Xd)=sin|Xd|+0.3

(13)

将以上各项参数代入鱼雷被动声自导方程,即可求出不同Xd所对应的r,之后可进一步求在不同命中角条件下的解极限射距。

4 仿真及分析

假设鱼雷的极限射程为10km,航速为30kn,声自导装置的处理增益GL为20dB,自导装置检测阈DT为10dB,鱼雷中心工作频率为30kHz,鱼雷搜索深度h为15m;攻击海区为等温层,水温t为5℃;目标舰船排水量3000t。仿真时目标速度分四种情况即16kn、18kn、20kn和22kn,首先可以求出不同的目标舷角条件下鱼雷的被动声自导作用距离,仿真结果如图2所示。

图2 被动声自导鱼雷作用距离

从图2可以看出,在目标速度一定的情况下,正横方向上r最大,首尾方向上r逐渐减小,这一点充分说明鱼雷自导装置具有一定的指向性,其受目标舷角的影响较大。此外,目标舷角一定的情况下,目标速度越高则r越大,这是因为目标速度越高,其辐射噪声越高,鱼雷自导装置就越容易在较远的距离上发现目标。

图3 被动声自导鱼雷极限射距

依据上面的结果进一步可以计算出不同速度和命中角条件下的极限射距,如图3所示。

从图3可以看出,在目标速度一定的情况下,Dsj随θ的增大而逐渐减小。此外,当θ较小时,Dsj随目标速度的增大而增大;当θ较大(该仿真中约大于90°)时,Dsj随目标速度的增大而减小。

5 结语

被动声自导鱼雷极限射距与诸多因素有关,这里仅仅对几个主要影响因素进行了研究。指挥员在使用被动声自导鱼雷时,必须综合态势、敌我速度、鱼雷性能等方面,在此基础上除了确定鱼雷射向外,必须顾及到射距,使射距控制在极限射距之内。这就需要指挥员充分把握影响到极限射距的各个因素,熟悉其影响规律,从而能在使用被动声自导鱼雷时做到心中有数,以提高鱼雷的命中概率。

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[2] 宋健锋,黄文斌.水面舰运动要素误差对线导雷极限射距计算影响[J].鱼雷技术,2008,16(4):58-62.

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[6] 夏佩伦,朱伟良,张靖康.考虑进入角限制的确定尾流自导鱼雷极限射距方法[J].光电与控制,2014,21(3):29-31.

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[11] 赵加余.潜艇攻击[M].青岛:海军潜艇学院,2003:11-16.

Analyasis on the Simulation of Effecting Factors About the Utmost Firing Distance of the Passive Acoustic Homing Torpedo

XU Zhaopeng1ZHANG Yinan1WU Zhidong1WANG Xiangyang2

(1. Navy Submarine Academy, Qingdao 266042)(2. No. 91352 Troops of PLA, Weihai 264200)

The expression of utmost firing distance is established based on the attacking model of passive acoustic homing torpedo. Then the mainly effecting factors are gotten. Quantitative research is carried out about the effecting factors by simulation and the effecting rule is gotten. Necessary reference is given by this research to the commanding officer during operation, in order to apply this conclusion fluently, so that the hit probability could be improved.

passive acoustic homing torpedo, utmost firing distance, effecting range, relative angle of target

2015年6月3日,

2015年7月25日

许兆鹏,男,博士,讲师,研究方向:潜艇指控系统。张亦楠,女,硕士,讲师,研究方向:潜艇攻击。武志东,男,博士,讲师,研究方向:鱼雷攻击。王向阳,男,硕士,助教,研究方向:鱼水雷。

TP391.9

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.022