航母中程对潜防御区声呐舰配置方法

吴福初，徐 寅，吴 杰

（海军海空工程学院a.指挥系；b.研究生管理大队，山东烟台264001）

航母中程对潜防御区声呐舰配置方法

吴福初a，徐 寅b，吴 杰a

（海军海空工程学院a.指挥系；b.研究生管理大队，山东烟台264001）

针对航母中程对潜防御区声呐舰配置问题，在分析航渡过程中航母受敌导弹攻击威胁的基础上，从有效应对敌潜艇导弹攻击，保障航母安全的要求出发，对中程对潜防御区声呐舰的配置问题进行了研究，提出了中程对潜防御区声呐舰的配置原则和方法，对航母编队反潜作战的兵力配置具有重要的参考指导作用。

中程对潜防御区；声呐舰；配置方法

水下威胁是航母编队航渡过程中面临的最大威胁之一。任务过程中，编队指挥员如何依据敌潜艇的威胁，对警戒兵力进行合理的配置；如何根据战场态势和兵力的作战使用特点，对警戒兵力进行高效的作战指挥等问题，这些是航母编队作战运用过程中指挥员极为关心和亟待解决的问题[1]。本文以航渡过程中航母编队反潜防御作战为背景，从反潜兵力有效应对敌潜艇中近程导弹攻击的目的和要求出发，提出了航母中程对潜防御区声呐舰配置的原则和方法，目的是为指挥员优化航母编队的中程对潜防御体系提供参考。

1 航母受敌潜艇导弹攻击威胁分析

为有效应对敌潜艇中近程导弹的威胁，或阻止敌潜艇进一步接近使用鱼雷对航母实施攻击，航渡过程中，编队指挥员通常根据敌潜艇中近程反舰导弹的可能攻击范围，由携带拖曳线列阵声呐和反潜直升机的水面舰艇（简称声呐舰）前出配置在航母前方的一定阵位，以构建航母中程对潜防御体系[2]。其基本要求是：在敌潜艇占领中近程导弹攻击阵位对航母实施攻击之前，先机制敌，及时消除敌潜艇对航母的威胁。

航母受敌潜艇导弹攻击威胁范围，是指对抗过程中敌潜艇能够对航渡中航母实施导弹攻击的可能区域，是一定条件下敌潜艇所能占领导弹攻击阵位的集合[3]。

1.1 敌潜艇导弹可能攻击阵位计算模型

敌潜艇导弹攻击阵位，通常用潜艇对航母实施导弹攻击时其相对于航母的舷角和距离来表示。由于导弹的飞行速度通常远大于航母的航渡速度。所以，在忽略导弹飞行过程中航母运动，且潜艇导弹攻击距离一定的情况下，潜艇导弹可能攻击阵位主要取决于潜艇所能占领的攻击舷角α。由于在潜艇水下接敌速度大于航母编队航渡速度时，潜艇可在任意舷角上通过机动对航母实施导弹攻击[4]。因此，以下只分析潜艇航速小于航母航速的情况。为此作如下定义。

定义1：在潜艇航速小于航母航速的条件下，潜艇以最大速度航行所能成功占位的最大舷角称为占位临界角α1，见图1。

图1 潜艇攻击临界角示意图Fig.1 Grneral view of submarine critical attack angle

由图1所示的速度三角形可知，若潜艇与航母有唯一相遇点，则潜艇的航向为垂直于潜艇最大速度圆切线的方向。由此可得

式（1）中：vq为潜艇最大接敌速度；vm为航母运动速度。

实际攻击过程中，潜艇对航母实施导弹攻击，并不需要潜艇本身与航母相遇，只需潜艇占领导弹攻击阵位，就可对目标实施攻击。即在实际攻击过程中，导弹的有效射程能够增大潜艇实际的占位攻击范围，从而形成潜艇导弹攻击的占位增角Δα1，见图2。

图2 潜艇占位增角示意图Fig.2 Grneral view of submarine position increase angle

设对抗过程中，潜艇沿垂直于其最大速度圆切线方向Hq航行，并在Qs点对位于M点的目标实施导弹攻击，且导弹飞行完其最大有效射程Rd时恰好命中目标，则可在潜艇航向线上得点Q，即潜艇能在Q点以其最大航速接敌机动，占领点Qs阵位，在导弹的最大有效射程上，对航母实施攻击[5-7]。则此时，Δα1+α1即为潜艇实施导弹攻击的极限占位角。

设潜艇导弹最大有效射程为Rd，导弹攻击的速度为vd，开始接受己方引导兵力引导信息时，潜艇与航母之间的距离为Dm，则有：

当Dm≤Rd时，即目标在潜艇反舰导弹最大有效射程范围之内，潜艇可在任意舷角上立即对目标实施导弹攻击；

当Dm＞Rd时，根据敌潜艇占位所需时间、潜艇导弹飞行所需时间之和与航母从点M航行到点Ms所需时间相等的特点，可得敌潜艇占位增角为

由此可得潜艇极限占位角αj为：

1.2 航母受敌典型潜艇导弹威胁扇面角计算

根据式（3），结合敌典型潜艇及其潜射导弹战技性能，计算出一定条件下航母受敌典型潜艇导弹攻击威胁扇面角的大小，见表1、2。表1计算条件：①航母航速vm=18 kn；②“基洛”级潜艇“克拉布”反舰导弹最大有效射程Rd=220km；③“克拉布”反舰导弹攻击目标的速度vd=0.71 Ma。表2计算条件：①航母航速vm=18 kn；②“苍龙”级潜艇“鱼叉”反舰导弹最大有效射程Rd=130km；③“鱼叉”反舰导弹攻击目标的速度vd=0.9 Ma。

表1 航母受“基洛”级潜艇导弹威胁扇面角Tab.1 Threat sector angle of“Kilo”class submarine missile attacking (°)

表2 航母受“苍龙”级潜艇导弹威胁扇面角Tab.2 Threat sector angle of“soruy”class submarine missile attacking (°)

根据表1、2，结合潜艇作战使用情况，可得出：

1）在潜艇水下接敌速度小于航母航速，且Dm＞Rd时，航母受敌潜艇导弹攻击的威胁范围为航母航向前方的一定扇形区域，且威胁扇面角随着敌潜艇接敌速度的增大而增大，随着引导接敌时潜艇与航母之间的距离增大而减小；

2）由于敌潜艇反舰导弹的射程较大，因而在有其他兵力引导条件下，敌潜艇对航母实施导弹攻击的威胁范围较大，反潜兵力要有效阻止敌潜艇在远距离对航母实施导弹攻击需要防御的范围较大。

2 中程对潜防御区声呐舰的配置

拖曳线列阵声呐具有较好的远程对潜警戒能力，而舰载反潜直升机具有机动灵活、反应速度快、对潜攻击效率高等优点。所以，声呐舰与舰载反潜直升机的结合，既使声呐舰具备了强大的远距离对潜探测能力，同时又有了可伸缩的快速攻击平台，从而使声呐舰成为航母中程对潜防御区对潜防御的主要兵力。

2.1 中程对潜防御区声呐舰配置原则

由于敌潜艇对航母实施导弹攻击的威胁范围较大，而航母中程对潜防御区的声呐舰数量有限，致使声呐舰的警戒扇面通常难以完全覆盖敌潜艇的导弹攻击范围。为充分发挥声呐舰反潜作战的优势，提高航母中程对潜防御区的对潜警戒能力，航渡过程中航母中程对潜防御区声呐舰的配置应遵循如下基本原则[8-10]。

1）突出重点威胁方向的对潜防御。航渡过程中，编队指挥员应根据航母受敌潜艇导弹攻击的威胁范围和特点，重点将声呐舰配置在航母受敌潜艇威胁的主要方向，即航母编队航向的前方。

2）先敌发现、先机制敌。声呐舰应在敌潜艇占领攻击阵位对我航母实施导弹攻击之前，能够对敌实施有效的攻击，及时消除敌潜艇对航母的威胁。

3）加强协同与配合。由于拖曳线列阵声呐使用过程中在声呐舰前方存在一定的探测盲区，而航向前方又是敌潜艇威胁的主要方向。所以，在敌潜艇对声呐舰威胁较大的情况下，应将反潜直升机配置在声呐舰前方，以填补声呐舰前方的探测盲区[11]。同时，应根据中程对潜防御区反潜兵力的战术特点和武备使用要求，保证各反潜兵力的行动安全和互不妨害。

4）利于指挥与控制。反潜作战使用过程中，要保证声呐舰、反潜直升机与编队反潜作战指挥所以及其他反潜兵力进行及时有效的通信，以保证编队指挥所对声呐舰和反潜直升机的反潜作战行动进行有效的指挥与控制。

2.2 中程对潜防御区声呐舰的配置

2.2.1 声呐舰前出距离的确定

声呐舰前出距离，是指为保证声呐舰能够在敌潜艇占领导弹攻击阵位之前对敌实施有效攻击，声呐舰应前出配置的距离。

1）声呐舰前出配置距离计算模型。声呐舰前出配置距离是否合理，直接关系到航渡过程中航母编队对潜防御的效果。其基本要求是先敌发现、先敌攻击，要在敌潜艇占领反舰导弹攻击阵位前对敌实施先敌攻击，确保航母免受敌反舰导弹的攻击[12]。因此，在声呐舰发现可疑目标后，应立即对目标进行跟踪、定位与识别。当确认目标为敌潜艇时，在满足攻击条件后应立即实施对敌攻击，并迅速恢复与敌潜艇的声呐接触，对攻击效果进行评估，视情实施再次攻击。其对潜攻击过程的时间节点，如图3所示。

定义2：为有效阻止敌潜艇占领攻击阵位对航母实施导弹攻击，声呐舰最迟必须拦截敌潜艇的界线称为声呐舰最迟拦截线。

定义3：为保证声呐舰能够在最迟拦截线前完成对敌潜艇的攻击，要求声呐舰最迟发现敌潜艇的界线称为最迟发现线。最迟发现线到航母的水平距离称为声呐舰最小警戒距离，用Ds表示，如图4所示。图中，Q、O点分别为声呐舰发现目标时潜艇、航母所在位置，Q1、O1点分别为潜艇实施导弹攻击时潜艇、航母所在位置。

图3声呐舰对敌潜艇攻击过程的时间节点图Fig.3 Time node graph of the process that sonar warship attacks enemy submarine

图4 声呐舰最小警戒距离示意图Fig.4 Grneral view of sonar warship minimum alert distance

由图4可得，航母中程对潜防御区声呐舰所需的最小警戒距离Ds的计算模型为：

式（4）中：T为声呐舰从发现目标到对敌潜艇实施攻击结束所需要的时间；vd为敌潜艇接敌速度；β为敌潜艇被反潜兵力发现时相对于航母的舷角。

定义4：为保证声呐舰能够在敌潜艇占领导弹攻击阵位之前对敌实施有效攻击，声呐舰必须前出的最小距离Dx称声呐舰最小前出距离，如图5所示。

图5 声呐舰最小前出距离示意图Fig.5 Grneral view of sonar warship minimum disposition distance

根据图5，得出中程对潜防御区声呐舰最小前出距离计算模型[8-9]：

式中，Dt为声呐舰拖曳式线列阵声呐战术作用距离。

2）算例分析。依据所构建的航母中程对潜防御区声呐舰前出距离计算模型，结合量化分析的条件，计算得出“苍龙”级潜艇位航母不同舷角条件下，航母中程对潜防御区声呐舰使用拖曳线列阵声呐所需前出的最小距离，如表3所示。表3计算条件：①声呐舰拖曳线列阵声呐战术作用距离Dt=30km；②声呐舰从发现目标到对敌潜艇实施攻击结束所需时间T=10min；③航母运动速度vm=18 kn。

表3 中程对潜防御区声呐舰最小前出距离Tab.3 Minimum disposition distance of sonar warship in medium-range defenses area km

2.2.2 声呐舰配置方位的确定

1）声呐舰配置方位计算模型。依据航母编队的兵力编成和典型配置方案，实际作战时航母中程对潜防御区通常配置2～3艘声呐舰遂行对潜防御任务[13]。由于航渡过程中航母航向前方是敌潜艇威胁的主要方向，所以在未知敌潜艇具体威胁方向的情况下，通常依据中程对潜防御区声呐舰数量作如下典型配置。

①中程对潜防御区配置2艘声呐舰时。在配置2艘声呐舰情况下，通常以航母航向线为基准，将声呐舰配置在航母航行前方的两翼[14]，见图6。

图6 中程对潜防御区2艘声呐舰配置方位示意图Fig.6 Grneral view of configuration direction of two sonar warships in medium-range defenses area

显然，在2艘声呐舰携带同类型拖曳线列阵声呐，且与航母保持同向同速运动的条件下，声呐舰的配置舷角为：

式（6）中：λ为声呐舰拖曳线列阵声呐探测圆的间隔系数，通常取为1.2～1.8；Dx1为敌潜艇位航母舷角θ时声呐舰最小前出距离。

②中程对潜防御区配置3艘声呐舰时。在航母中程对潜防御区配置3艘声呐舰情况下，应将声呐舰环形配置在以主要威胁方向（通常为航母航向线）为轴线的左右两翼[15]，见图7。

图7 中程对潜防御区3艘声呐舰配置方位示意图Fig.7 Grneral view of configuration direction of three sonar warships in medium-range defenses area

显然，在3艘声呐舰携带同类型拖曳线列阵声呐，且与航母保持同向同速运动的情况下，声呐舰的配置舷角应满足：

式（7）中，Dx0为敌潜艇位航母正前方时声呐舰所需最小前出距离。

由式（7）变换可得：

2）算例分析。依据所构建的航母中程对潜防御区声呐舰配置方位计算模型，结合量化分析的条件，计算得出敌潜艇位航母不同舷角情况下，中程对潜防御区声呐舰使用拖曳线列阵声呐的配置方位，如表4所示。表4计算条件：①声呐舰拖曳线列阵声呐战术作用距离Dt=30km；②声呐舰从发现目标到对敌潜艇实施攻击结束所需时间T=10min；③航母运动速度vm=18 kn；④“苍龙”级潜艇“鱼叉”反舰导弹最大有效射程Rd=130km；⑤“苍龙”级潜艇接敌速度vd=6 kn；⑥声呐舰拖曳线列阵声呐探测圆的间隔系数λ=1.8。

表4 航母中程对潜防御区声呐舰配置方位Tab.4 Medium-rang defenses area of the aircraft carrier for the sonar warship

通过算例可见，声呐舰具有伴随护航能力强，与舰载反潜直升机配合反潜作战能力好等优点[16-18]。

3 结束语

声呐舰是遂行航母编队中程反潜防御的主要兵力，其在中程反潜防御区的配置是否合理，直接关系到航母中程反潜防御的效果。本文采用战术与技术相结合，定性与定量分析相结合的方法，在分析航母受敌中近程导弹攻击威胁的基础上，从有效应对敌潜艇中近程导弹攻击威胁，保障航母航渡安全的目的和要求出发，对航渡过程中航母中程反潜防御区声呐舰的配置原则和配置方法进行了较为深入的研究。所得结论，可为编队指挥员优化航母中程对潜防御区声呐舰的配置提供决策支持，对于优化航母反潜兵力的配置，提高航母编队的航渡反潜作战能力具有重要的理论指导意义和参考使用价值。

[1]沈治河，朴成日.基于作战行动航母编队兵力配置[J].舰船科学技术，2014，36（3）：131-135. SHEN ZHIHE，PIAO CHENGRI.Disposition of aircraft carrier formation based on operational action[J].Ship Science and Technology，2014，36（3）：131-135.（in Chinese）

[2]吴福初，石文星，刘卫东.某型舰近程反潜防御区反潜直升机配置[J].指挥控制与仿真，2014，36（4）：68-70. WU FUCHU，SHI WENXING，LIU WEIDONG.Allocation of antisubmarine helicopters in ship’s short-range defenses area[J].Command Control&Simulation，2014，36（4）：68-70.（in Chinese）

[3]朴成日，沈治河.基于作战能力需求航母编队兵力编成模型[J].兵工自动化，2013，32（11）：12-15. PIAO CHENGRI，SHEN ZHIHE.Force composition model of aircraft carrier formation based on combat ability[J].Ordnance Industry Automation，2013，32（11）：12-15.（in Chinese）

[4]吴福初，石文星，吴杰.大型舰船受潜艇鱼雷攻击威胁扇面分析[J].海军航空工程学院学报，2014，29（3）：291-294. WU FUCHU，SHI WENXING，WU JIE.Threat sector analysis of the large ship by submarine torpedo attack[J]. Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University，2014，29（3）：291-294.（in Chinese）

[5]罗光成，杨日杰.潜艇非规避运动模型建模与仿真[J].国外电子测量技术，2011，30（9）：51-52. LUO GUANGCHENG，YANG RIJIE.Modeling and simulation of the submarine no-avoidance motion[J].Foreign Electronic Measurement Technology，2011，30（9）：51-52.（in Chinese）

[6]于凤全，周晓光，赵仁厚，等.突击潜艇对航母可生存性影响建模分析[J].兵工自动化，2014，33（3）：25-28. YU FENGQUAN，ZHOU XIAOGUANG，ZHANG RENHOU，et al.Modeling and analysis on survivability of aircraft carrier attacked by strike submarine[J].Ordnance IndustryAutomation，2014，33（3）：25-28.（in Chinese）

[7]黄文斌，刘剑，吴文龙.潜艇对水面舰艇编队威胁判断[J].火力与指挥控制，2011，36（4）：92-96. HUANG WENBIN，LIU JIAN，WU WENLONG.Threat judge of submarine aiming at surface ship formation[J]. Fire Control&Command Control，2011，36（4）：92-96.（in Chinese）

[8]吴福初，徐辉，王向阳，等.近程反潜警戒舰艇最小前出距离计算模型的建立[J].火力与指挥控制，2014，39（3）：120-122. WU FUCHU，XU HUI，WANG XIANGYANG，et al. Building model of minimum distance forward of anti-submarine guard warship at the short-range[J].Fire Control &Command Control，2014，39（3）：120-122.（in Chinese）

[9]丁红岩，董晓明.水面舰艇编队使用拖曳线列阵声呐对潜搜索问题研究[J].四川兵工学报，2013，34（8）：6-7. DING HONGYAN，DONG XIAOMING.The research of using towed linear-array sonar to hunt submarine by the surface warship formation[J].Journal of Sichuan Ordnance，2013，34（8）：6-7.（in Chinese）

[10]王磊，吴福初，崔旭涛.基于线列阵声呐的水面舰艇检查搜潜仿真[J].火力与指挥控制，2011，36（11）：91-94.WANG LEI，WU FUCHU，CUI XUTAO.Discussion about the efficiency of surface ships checking-antisubmarine which using sonar buoy[J].Fire Control&Command Control，2011，36（11）：91-94.（in Chinese）

[11]张磊，朱琳，顾颀.舰艇编队舰机协同反潜警戒模型研究[J].指挥控制与仿真，2012，34（2）：18-22. ZHANG LEI，ZHU LIN，GU QI.Guard model of naval ship formation antisubmarine research in the surface ship and helicopter coordination[J].Command Control&Simulation，2012，34（2）：18-22.（in Chinese）

[12]赵小龙，吴晓锋，徐圣良.航母编队反潜声呐舰阵位确定方法研究[J].指挥控制与仿真，2007，29（3）：45-48. ZHAO XIAOLONG，WU XIAOFENG，XU SHENGLIANG.How to determine the position of anti-submarine sonar warship in aircraft carrier formation[J].Command Control&Simulation，2007，29（3）：45-48.（in Chinese）

[13]贺扬清，沈治河，刘峰.大型水面舰艇编队航渡中直接反潜警戒舰阵位仿真研究[J].指挥控制与仿真，2010，32（4）：38-41. HE YANGQING，SHEN ZHIHE，LIU FENG.Simulation research on the position of anti-submarine vessel for the large surface ship formations in navigation[J].Command Control&Simulation，2010，32（4）：38-41.（in Chinese）

[14]郭传福，王洪胜，曲延明.驱护舰编队使用拖曳声呐反潜的队形配置[J].舰船电子工程，2015，35（2）：46-48. GUO CHUANFU，WANG HONGSHENG.Research of configurations of ship formation using towed sonar to search submarine[J].Ship Electronic Engineering，2015，35（2）：46-48.（in Chinese）

[15]林福冬，杜一平.舰艇编队对潜搜索效能分析[J].火力与指挥控制，2008，33（2）：104-106. LIN FUDONG，DU YIPING.Efficiency analysis of ship formation antisubmarine search[J].Fire Control and Command Control，2008，33（2）：104-106.（in Chinese）

[16]丁红岩，宋保维，李文哲.水面舰艇编队对潜攻击决策研究[J].海军工程大学学报，2011，23（6）：53-56. DING HONGYAN，SONG BAOWEI，LI WENZHE.Attacking decision to submarine with ship formation[J]. Journal of Naval University of Engineering，2011，23（6）：53-56.（in Chinese）

[17]吴福初，吴杰，刘卫东.单舰反潜作战能力评估研究[J].微型电脑应用，2013，30（5）：7-8. WU FUCHU，WU JIE，LIU WEIDONG.Combat capability evaluation of single ship anti-submarine[J].MicrocomputerApplications，2013，30（5）：7-8.（in Chinese）

[18]杨健，姜伟，王步云.基于战例的舰艇编队防潜作战辅助决策研究[J].计算机测量与控制，2010，18（5）：1106-1109. YANG JIAN，JIANG WEI，WANG BUYUN.Research on decision support of surface warship formation antisubmarine operation[J].Computer Measurement&Control，2010，18（5）：1106-1109.（in Chinese）

Configuration Method of Sonar Warship for the Aircraft Carrier in Medium-Range Defenses Area

WU Fuchua,XU Yinb,WU Jiea
（Naval Aeronautical and Astronautical University a.Department of Command; b.Graduate Students’Brigade,Yantai Shandong 264001,China）

In this paper,on the configuration of sonar warship for the aircraft carrier in medium-range defenses area,based on analyzing the threat of enemy submarine missle to the aircraft carrier in navigation,the configuration of sonar warship for the aircraft carrier in medium-range defenses area was discussed,and the principle and methods of sonar warship con⁃figuration was put forward,according to the demand of effctive response to enemy submarine missle attacks and protection of aircraft carrier.The conclusion was of important reference and guiding significance to the allocation of antisubmarine forces in aircraft carrier formation.

medium-range defenses area;sonar warship;configuration method

E925

A

1673-1522（2016）06-0671-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2016.06.013

2016-08-24；

2016-09-20

吴福初（1963-），男，教授，博士。