负梯度声速剖面对鱼雷主动声自导反舰效果的影响

谢 勇, 刘清慧, 朱文振, 汪 新



负梯度声速剖面对鱼雷主动声自导反舰效果的影响

谢 勇, 刘清慧, 朱文振, 汪 新

(中国人民解放军第91388部队, 广东湛江, 524022)

鱼雷主动声自导反舰效果不仅和其自导系统性能有关, 还和声速剖面特性有着密切的关系。针对我国浅海海域普遍存在的负梯度声速剖面, 分析其对声线传播特性的作用机理, 得出负梯度声速剖面可能导致鱼雷主动声自导反舰失效、自导作用距离缩短与跟踪目标不连续, 从而影响鱼雷主动声自导反舰效果。最后结合具体算例进行分析说明。文中的研究可为进一步提高主动声自导反舰鱼雷使用效能提供依据。

鱼雷; 负梯度声速剖面; 主动声自导; 反舰

0 引言

声速随深度增加而减少的声速剖面称之为负梯度声速剖面, 负梯度声速剖面的出现将大大影响水声探测设备的工作性能, 早期这种现象称其为下午效应[1-3]。由于在我国黄海海域每年6月~11月、东海海域每年5月~11月以及南海浅海海域全年大部分时间的声速剖面皆为典型的负梯度声速剖面[4], 因此研究负梯度声速剖面对主动声自导反舰鱼雷使用效果的影响具有实际的军事意义。

目前关于负梯度声速剖面对声呐与鱼雷的使用效果影响研究主要包括3个方面: 1) 负梯度声速剖面下的声呐与鱼雷搜索深度优化选择[5-8]; 2) 负梯度声速剖面下的声呐使用效能评估方法研究[4,9]; 3) 负梯度声速剖面对主动声自导鱼雷自导作用距离影响研究[10-11]。这3个方面的研究虽然已较为深入, 但针对负梯度声速剖面对鱼雷主动声自导反舰使用效果影响的研究还较少。

文中分析了我国浅海海域普遍存在的负梯度声速剖面对声线传播特性的作用机理, 进而讨论对鱼雷主动声自导反舰效果的影响。

1 理论分析

1.1 负梯度声速剖面下的声线弯曲

图1 负梯度声速剖面下的声线弯曲示意图

Fig. 1 Schematic of sound ray curve under negative gradient sound velocity profile

1.2 负梯度声速剖面下的声线传播

根据上节的分析, 可以绘制负梯度声速剖面下的声线传播轨迹示意图(如图2)[13]。

1.3 负梯度声速剖面对鱼雷主动声自导反舰效果的影响

1.3.1 反舰失效

现役驱逐舰、护卫舰的吃水深度一般小于7 m, 航空母舰吃水深度一般小于12 m, 即鱼雷主动声自导反舰时水面舰艇的等效声反射中心在6 m以下。如果海水上层负声速梯度较大, 存在强跃变层, 鱼雷会因设定搜索深度不合理, 而与水面舰艇处于跃变层异侧, 此时鱼雷主动声自导发射的声脉冲无法到达目标舰艇, 不能建立起与水面舰艇的声接触, 导致鱼雷主动声自导反舰失效[14]。

1.3.2 自导作用距离缩短

从图1与图2可得出, 负梯度声速剖面下声线将向海底弯曲, 对位于临界声线以外的阴影区域将无声线到达, 鱼雷主动声自导系统或目标舰艇声反射体无法接收到声线能量, 导致主动声自导系统无法检测到目标舰艇。而对于深海或者海底反射较弱的浅海, 鱼雷主动声自导检测目标舰艇主要靠直达声或者海面反射, 故此时与良好水文条件相比, 鱼雷主动声自导反舰自导作用距离将缩短。

1.3.3 跟踪目标不连续

2 算例分析

文中以某航次鱼雷主动声自导模式攻击水面舰艇为例, 假设该航次鱼雷发现目标后进入持续跟踪, 在雷目距离为1530 m处尚能检测到目标信号, 但在后续自导检测周期中目标丢失, 此后直至雷目距离为820 m处时再次捕获目标并转入跟踪状态, 后续自导周期连续检测并稳定跟踪目标。海区实测的声速与声速梯度图分别如图3与图4所示。

假定鱼雷搜索深度为22 m, 目标舰吃水为6 m, 近似以其吃水深度的一半(3 m)作为反射中心, 计算得出该航次鱼雷自导系统发射声线、目标反射声线的声线传播轨迹图、传播损失图(见图5~图8), 图5与图7中虚线表示声反射/接收点深度位置线。

从图5与图6可以看出, 在目标舰艇反射中心深度3 m处, 鱼雷自导系统发射声线。当雷目距离为800 ~1500 m之间, 到达目标舰艇的声线稀疏甚至几乎没有, 同时传播损失平均增加约20 dB, 造成声自导声线到达目标舰艇的可能性极小; 但在雷目距离少于800 m时, 有较强的海面反射声线, 在雷目距离大于1500 m时, 有较密集的海底反射声线, 都具备声自导系统发射声线到达目标舰艇的可能性。

从图7与图8可知, 在鱼雷搜索深度22 m处, 目标舰艇反射声线在雷目距离为850 ~1 350 m之间时, 到达鱼雷声自导系统的声线稀疏, 同时传播损失平均增加约15 dB, 将导致目标舰艇反射声线到达鱼雷处的可能性极小; 但在雷目距离小于850 m时, 有较强的直达与海面反射声线, 大于1 350 m时, 有较强的海底反射声线, 鱼雷声自导系统具备接收目标舰艇反射声线的可能。

综上所述, 因存在负梯度声速剖面, 声线向海底弯曲, 声线空间分布不均匀, 导致鱼雷主动声自导反舰时自导跟踪目标不连续。

从图5与图7可看出, 如果海底反射较弱, 鱼雷也难以利用海底声反射探测到水面目标, 此时由于声线弯曲, 则相比良好水文条件, 鱼雷主动声自导反舰自导作用距离将缩短。对于负梯度声速剖面导致鱼雷主动声自导反舰失效的实例分析参见文献[14]。

3 结束语

针对我国浅海海域普遍存在的负梯度声速剖面这一实际情况, 分析了负梯度声速剖面对声线传播特性的作用机理, 进而得出负梯度声速剖面可能导致鱼雷主动声自导反舰失效、自导作用距离缩短或跟踪目标不连续, 从而影响鱼雷主动声自导反舰作战使用效果。最后结合具体实例进行分析说明。文中的研究可为优化鱼雷主动声自导反舰效果提供依据。

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(责任编辑: 杨力军)

Influence of Negative Gradient Sound Velocity Profile on Anti-ship Effect of Active Acoustic Homing Torpedo

XIE YongLIU Qing-huiZHU Wen-zhenWANG Xin

(91388thUnit, The People′s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

The anti-ship effect of an active acoustic homing torpedo depends on the performance of acoustic homing system and the sound velocity profile characteristics. Aiming at the negative gradient sound velocity profiles in the shallow sea areas of China, this paper analyzes the effect mechanism on sound ray propagation, and concludes that the negative gradient sound velocity profile may lead to attacking failure of active acoustic homing anti-ship torpedo, shortened homing distance, and discontinuous target tracking, which will affect the anti-ship effect of active acoustic homing. Finally, an example is given. This research may provide the basis for further enhancing effectiveness of active homing anti-ship torpedo.

torpedo; negative gradient sound velocity profile; active acoustic homing; anti-ship

10.11993/j.issn.1673-1948.2017.01.004

TJ630.34; TB565.1

A

1673-1948(2017)01-0018-04

2016-12-03;

2017-01-20.

国家自然科学基金项目(61601473).

谢 勇(1985-), 男, 博士, 工程师, 主要从事水下航行器自导技术研究.