机动规避条件下尾流自导鱼雷射击瞄点选取方法

张洪刚，王　鹏，张静远

（海军工程大学 兵器工程系，湖北 武汉，430033）

机动规避条件下尾流自导鱼雷射击瞄点选取方法

张洪刚，王鹏，张静远

（海军工程大学 兵器工程系，湖北 武汉，430033）

随着鱼雷报警能力的提高，水面舰艇实施机动规避可有效对抗尾流自导鱼雷。针对典型规避方式，仿真了不同瞄点下水面舰艇成功规避的临界鱼雷报警距离。仿真结果表明，临界报警距离与来袭鱼雷方位角有关，且随比例系数k的增大而增大。因此，射击瞄点的后移可提高尾流自导鱼雷对机动规避方式的反对抗效果。

尾流自导鱼雷； 水面舰艇； 机动规避； 临界报警距离； 瞄点

0　引言

尾流自导鱼雷抗干扰能力强、命中概率高、毁伤威力大，可对敌方水面舰艇构成严重威胁。为有效对抗尾流自导鱼雷，各国一直在探索和研究尾流自导鱼雷的防御技术，从软杀伤、硬杀伤和非杀伤几个方面提出了多种对抗方法［1］，虽然实际的对抗效果未经检验，但如何有针对性地提高尾流自导鱼雷的反对抗能力，提高对抗条件下的鱼雷命中概率，仍是当前迫切需要研究的问题。当前国内对尾流自导鱼雷射击原理、作战使用方法的研究较多，但均基于攻击目标做匀速直线运动这一假设。实际上，随着水面舰艇鱼雷报警能力的提高，水面舰艇可采取包括机动规避等多种方式对抗尾流自导鱼雷。针对水面舰艇典型的机动规避方式，文中对不同瞄点下成功规避的临界报警距离进行了仿真，得出规避条件下提高尾流自导鱼雷反对抗效果的射击瞄点选取方法。

1　发现和跟踪目标条件及瞄点选择

1.1发现和跟踪目标的条件

不同于直航鱼雷和声自导鱼雷，尾流自导鱼雷射击的目标是舰船尾流，因此射击控制要求尾流自导鱼雷要在一定距离上，以一定的角度进入目标尾流。进入角是目标航向线与鱼雷的反航向线之间的夹角θ，由于尾流自导装置目标检测原理的特殊性，合适的进入角是保证鱼雷正常检测和跟踪目标的重要前提条件，进入角用区间范围表示，通常合适的进入角取30°～150°［2-3］。

进入点是指鱼雷进入目标尾流时与目标舰尾的距离。尾流长度实际上测量的是尾流寿命，与舰船航速、海况以及尾流自导装置的检测能力有关，通常可用式（1）描述

式中: LA为尾流长度； Vm为目标速度； CA为系数，表示尾流的生存时间，与海况及尾流自导检测能力有关。通常3级以下海况时，取CA= 180 s，在5级海况时，取CA=120 s。

式（1）表明，由于目标尾流中气泡的生存时间有限，尾流场中可供鱼雷检测的气泡散射强度将随时间的延长而逐渐减弱，如果鱼雷进入目标尾流时距离目标太远，就会因检测的信号太弱而造成鱼雷无法探测到尾流，因此鱼雷不能在太远的距离上进入尾流。该距离的边界就是目标有效尾流的上限Dmax。同时，鱼雷进入目标尾流后通常需要一定的适应与调整过程才能稳定跟踪尾流或在目标尾流中航行，随着鱼雷进入角的不同，鱼雷的弹道也呈现不同的稳定过程。因此，当进入点距离目标较近时，可能鱼雷弹道在振荡过程中就从前面穿越了目标而造成脱靶。因此要求鱼雷尽量不要在较小距离上进入目标尾流，满足鱼雷弹道稳定的最小距离就是目标有效尾流的下限范围内进入尾流效果最好。

1.2射击瞄点选取的一般原则

鱼雷发射时的瞄准点即射击时期望的鱼雷与尾流的相遇点，显然瞄点一定位于鱼雷进入尾流的限定区间Dmin，这就限定了鱼雷在区间范围内。但瞄点的具体选取必须依据战术条件来确定，因为在射击控制时选择的瞄点位置不同会产生不同的战术效果。潜艇隐蔽攻击时多用被动声呐，可以认为所测得的目标参数是相对于舰尾的，设Ds为瞄点距目标舰尾的距离［4］式中: A为目标舰长； k为比例系数。可见，瞄点（或k值）的选取对尾流自导鱼雷攻击的命中概率有重要影响。通常认为，射击瞄点取目标等效尾流长度的中点（即k=0.5），能保证鱼雷尾流自导装置发现目标尾流的概率最高。但是，实际应用中也并非一定选取尾流中点作为瞄点，比如在攻击高速目标（＞30 kn）时由于鱼雷的追踪航程消耗增大，通常将瞄点向目标方向前移，虽不能保证发现尾流概率最大，却可以得到对目标最大的命中概率。

需要注意的是，以上结论都是在目标做匀速直线运动的前提下得出的。实际上，被攻击的目标舰艇通常会采取多种方式来对抗尾流自导鱼雷。那么，在对抗条件下为得到最高的鱼雷命中概率，瞄点的选取必然有所区别，需要针对不同的具体条件进行具体分析，本文就是针对舰艇采取机动规避条件下尾流自导鱼雷瞄点的选取问题进行仿真分析。

2　水面舰艇机动规避方法

目前发达国家水面舰艇装备的舰壳声呐和拖曳声呐具有很强的远程探测能力，不仅可以探测到对方潜艇发射鱼雷，还可探测到来袭鱼雷的运动轨迹。据报道，理想水文条件下其探测距离可达5～10 km［5-6］，这样的鱼雷报警距离为水面舰艇对抗尾流自导鱼雷提供了充足的时间和空间，必然对尾流自导鱼雷的使用效果产生重大影响。

水面舰艇发现尾流自导鱼雷来袭时会采取多种机动规避方法，在机动规避过程中还可能结合使用各种对抗器材以加强防御。对单舰规避防御而言，通常采取的机动规避方法有以下几种［7］。

2.1转向规避

尾流自导鱼雷首次穿出尾流后的转向方向由“目标舷别”标志决定，如果“目标舷别”标志为“左舷”，则鱼雷首次出尾流后就会向左边旋回，如果是“右舷”则首次出尾流后就向右边旋回。该标志在鱼雷发射前通过参数设定写入雷上的存储器件，该参数在鱼雷出管后就无法更改（除非在线导方式下通过线导指令更改设置）。鱼雷首次进入尾流后一旦“目标舷别”标志与实际不符，根据预设定的弹道逻辑，鱼雷就会沿目标尾流进行反向追踪，如图1所示。

图1　迎雷转向规避Fig. 1　Schematic of ship turning for elusion as toward a torpedo

如果水面舰艇在鱼雷进入尾流之前采取迎雷转向的方法将其置于异舷，那么鱼雷就会捕获转向后的尾流，按照最初输入的“目标舷别”标志，鱼雷就会沿着尾流向相反的方向进行反向追踪，直至航程耗尽或逻辑错乱。

2.2停车规避

停车规避如图2所示。图中C′为瞄点，水面舰艇匀速直航时C点为鱼雷与尾流的相遇点。如果水面舰艇在O点立即停车，则分析对抗态势可知，若相遇点C位于水面舰艇停车位置点后方，停车规避是无法阻止鱼雷捕获尾流的，除非预警距离非常远，足以确保停车后有效尾流在被鱼雷捕获前完全消失。如果不考虑鱼雷在相遇点未发现尾流时展开的再搜索过程，则停车规避成功运用的前提是解算得到鱼雷攻击的相遇点位于水面舰艇停车位置点的前方。

图2　停车规避Fig. 2　Schematic of ship stopping for elusion

2.3其他规避方式

图3　交叉航迹规避Fig. 3　Schematic of ship keeping cross track for elusion

当鱼雷报警距离较近，水面舰艇无法阻止鱼雷捕获本舰尾流时，若本舰航速较高可采取加速直航的方式进行机动，并在机动过程中采取各种软硬杀伤手段对抗来袭鱼雷。

目前的普遍观点是，尾流自导鱼雷一旦成功发现尾流并正向跟踪，随着现代鱼雷的智能化及抗干扰能力的提高，水面舰艇对抗成功的概率很低，这也是尾流自导鱼雷最大的战术优势［2］。但是，水面舰艇借助日益增强的鱼雷远程报警能力，通过规避机动的方式使得鱼雷不能进入尾流或进入尾流后进行错误的反向跟踪，从而能够成功对抗尾流自导鱼雷。因此为保证尾流自导鱼雷的作战使用效果，研究水面舰艇典型机动规避条件下提高鱼雷命中概率的问题就非常迫切。

3　不同瞄点下的鱼雷报警距离仿真

通过以上分析，在具备较大鱼雷报警距离的前提下，水面舰艇可通过机动规避方式有效对抗尾流自导鱼雷。下面对转向规避和停车规避这2种典型情况下，鱼雷报警距离对水面舰艇机动规避效果的影响进行建模，进而对尾流自导鱼雷瞄点的选取对攻击效果的影响进行仿真。

尾流自导鱼雷有一次转角射击、带角射击、二次转角射击、齐射以及线导＋尾流自导等多种射击方式，具体射击原理各不相同，但是射击瞄点的选取原则是一致的，因此这里以基本的一次转角射击进行分析。

3.1转向规避尾流自导鱼雷数学模型

转向规避是水面舰艇在鱼雷报警后采取迎雷转向，将来袭鱼雷置于异舷，使得鱼雷捕获转向后的尾流从而进行反向追踪，或从舰艇转向的前方穿过而不能捕获尾流。显然转向规避与水面舰艇的鱼雷报警距离密切相关。

尾流自导鱼雷完成转角后直航段的攻击态势如图4所示，水面舰艇匀速直线航行至M点时在右舷发现来袭鱼雷，舰艇声呐系统测得来袭鱼雷方位角为α，距离为Dt，水面舰艇鱼雷报警后即以角速度ω向右转向γ角度后再高速直航脱离［8］。

图4　水面舰艇转向规避尾流自导鱼雷态势Fig. 4　Situation of a surface ship turning for elusion as toward a wake homing torpedo

鱼雷航速为VT，达到T点时引起水面舰艇的鱼雷报警，此时鱼雷期望进入尾流的瞄点为S，瞄点距目标舰尾的距离为Ds，鱼雷航向指向提前点C。

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下面根据水面舰艇的鱼雷报警信息推导鱼雷的航向信息。在图4中从鱼雷位置点T向水面舰艇初始航线做垂线交于K点，在△SKT中利用已知条件可得瞄点S对应的鱼雷舷角α′。

在△STC中，有

由式（3）和式（4）可得到鱼雷预期进入尾流的进入角

水面舰艇解算得到来袭鱼雷距离Dt和进入角β后，就要判断进行迎雷转向规避能否成功规避来袭鱼雷。由图4可知，水面舰艇转向角为γ，即旋回一段圆弧MT后转高速直航离开。随进入角β的变化，若鱼雷航向指向水面舰艇前方，则进行迎雷转向规避后水面舰艇航迹与鱼雷航迹不相交，此时水面舰艇显然可以规避成功。若鱼雷航行轨迹与水面舰艇航迹相交，则规避成功的条件是水面舰艇先于鱼雷通过轨迹的相交点，此情况下规避成功条件可表示为

关于规避舰艇转向角的选取，其限制条件是保证舰艇先于鱼雷穿过鱼雷预定航迹的最佳航向，经证明该航向与舰艇和鱼雷的航速比值有关，在假定鱼雷航速的情况下，计算得到最佳转向角度约为59°。若解算得到舰艇航迹与鱼雷航迹的交点位于舰艇转向阶段或航迹没有交点，则舰艇转向180°后直航脱离。

从图4所示的态势及以上分析容易看出，水面舰艇具备的鱼雷报警距离越大，则计算得到的提前点C距离瞄点越远，甚至指向水面舰艇舰首的前方，这种情况下水面舰艇规避成功的概率就高。另一方面，水面舰艇的鱼雷报警距离是确定的，那么在进行尾流自导鱼雷射击时，如果设定的瞄点S越靠后，即式（2）中的k>0.5，那么水面舰艇规避成功的概率显然会降低。

图5为对不同k值下水面舰艇成功规避的最小鱼雷报警距离的仿真曲线。仿真条件为，水面舰艇初始航速，舰艇航速，旋回角速度ω=1.7（º）/s，旋回半径R=300m，转向完成后以高速Va=30kn直航离开，鱼雷航速VT=50kn，3级海况下对应的尾流长度由式（1）可得LA=1620m。

图5　不同比例系数下的临界鱼雷报警距离Fig. 5　Critical torpedo alarm distances under different proportionality coefficients

从图5曲线可以看出，尾流自导鱼雷选取瞄点的k值增大时，水面舰艇成功进行转向规避所需的鱼雷报警距离大大增加，即对抗难度增大。另一方面，鱼雷射击时选取较大的k值提高了尾流自导鱼雷的反对抗能力，提高了鱼雷命中概率。同时从图中可以看出，随着水面舰艇发现来袭鱼雷的方位角增大，临界鱼雷报警距离快速增大，即对雷转向规避在来袭鱼雷位于较小方位角时效果较好，随着方位角的增大，水面舰艇成功实施转向规避的难度增大。当来袭鱼雷方位角>90°时，对雷转向规避并不是好的选择，一方面是由于临界报警距离较大，另一方面现代鱼雷多采取线导方式，此时如果发射艇遥控鱼雷转向并改变攻击舷别，则加快了水面舰艇被命中的速度。因此，水面舰艇此时采取停车规避或背雷转向会有更好的效果。

3.2瞄点对停车规避效果影响分析

图6　水面舰艇停车规避尾流自导鱼雷态势Fig.6　Situation of a surface ship stopping for eluding a waking homing torpedo

来袭鱼雷方位角>90°时的态势如图6所示，分析可知，若水面舰艇鱼雷报警后解算得到尾流自导鱼雷与舰艇尾流的预期相遇点位于舰艇前方，则水面舰艇采取停车规避（或背雷转向后逃离）的方式可成功规避鱼雷，该条件可表示为β＞α（7）对图6进行分析并结合上节的仿真结论，鱼雷射击时若设定的瞄点S越靠后，越不利于水面舰艇进行停车规避，即鱼雷有更高的命中概率。如果采取与3.1节相同的仿真设定值，对不同瞄点设置（对应于不同的k值）下水面舰艇成功进行停车规避的临界报警距离计算结果如表1所示。

表1　不同k值下停车规避的临界报警距离Table 1　Critical alarm distances of stopping for elusion under different proportionality coefficients

可见，尾流自导鱼雷瞄点的选择对水面舰艇的停车规避效果有显著影响。当瞄点指向尾流中点（k=0.5）时，水面舰艇只要鱼雷报警距离大于2 250 m就可以成功实施规避，而当瞄点指向尾流后部（k=0.8）时，要求鱼雷报警距离不小于3 600 m才能成功实施规避。当前尾流自导鱼雷具有丢失目标后的再搜索功能，且通常尾流自导与声自导结合使用，因此若水面舰艇解算出停车能够成功规避来袭鱼雷，一般采取背雷转向以远离鱼雷发射载体和来袭鱼雷的方式进行规避，但是其数学模型与停车规避是一致的。

4　结束语

尾流自导鱼雷特殊的制导方式决定了只要鱼雷准确识别尾流并正向跟踪，水面舰艇成功实施对抗的概率非常低，因此采取机动规避的方式使得鱼雷不能进入尾流或进入尾流后反向跟踪，是当前水面舰艇对抗尾流自导鱼雷最有效的方式。

传统观点认为尾流自导鱼雷瞄点选取的原则是保证鱼雷进入目标尾流的概率尽可能高和鱼雷航程尽可能小［3］，因此通常选取目标尾流中点（k=0.5）作为瞄点。但是随着水下探测能力的提高，大型的水面舰艇具备很强的鱼雷报警能力，文中仿真结果证明了水面舰艇采取机动规避方式可有效对抗尾流自导鱼雷。因此，尾流自导鱼雷瞄点适当后移（增大k值）可有效降低水面舰艇的机动规避效果，从而提高鱼雷攻击的成功概率。瞄点后移虽然会增大鱼雷追击过程的航程损失，但是随着新型鱼雷航速的提高、航程的增大以及追击弹道的优化，鱼雷航程损失对鱼雷攻击效果的影响因素大大降低。

文中仿真结果表明，尾流自导鱼雷攻击无鱼雷报警能力的辅助舰船、商船等目标时瞄点的选取可不考虑舰艇规避的影响，一般选取目标尾流中点（k=0.5）作为瞄点； 而在攻击有鱼雷报警能力的大型水面舰艇时，瞄点可适当后移，具体数值在保证命中概率最高的前提下综合多种因素给出。同时，仿真结果还说明，提高尾流自导装置的性能，使得可检测的目标有效尾流长度增加，也是提高尾流自导鱼雷攻击效果的重要途径。

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（责任编辑: 许妍）

An Aiming Point Selection Method for Wake Homing Torpedo Against Elusive Maneuver

ZHANG Hong-gang，WANG Peng，ZHANG Jing-yuan
（Department of Weapon Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China）

With torpedo alarm distance increasing，a surface ship can effectively evade the attack of a wake homing torpedo by elusive maneuver. In this study，aiming at typical elusion mode，the critical alarm distance for a surface ship to successfully evade a wake homing torpedo is simulated with different aiming points. Simulation results show that the critical alarm distance is relative to the azimuth of an incoming torpedo，and increases with the increase in proportionality coefficient. As a result，moving the aiming point backward can improve the anti-countermeasure effect of a wake homing torpedo against elusive maneuver of a surface ship.

wake homing torpedo； surface ship； elusive maneuver； critical alarm distance； aiming point

TJ631.5

A

1673-1948（2015）02-0145-05

2014-10-19；

2014-11-09.

张洪刚（1980-），男，博士，讲师，主要研究方向为水中兵器自导技术、水声建模与仿真.