反潜巡逻机使用航空自导深弹攻潜效能及方法研究

李居伟，谢力波，刘钧贤

（海军航空大学青岛校区，山东 青岛266041）

0 引言

反潜巡逻机作为一种重要的战役、战术反潜兵力，其主要任务是独立或协同其他反潜兵力，在指定海区进行昼夜巡逻、检查和监视，对敌潜艇实施搜索、跟踪、定位和攻击。反潜巡逻机具有机动性强、航程远、留空时间长等特点，可装备多种搜潜设备，具有很强的信息处理能力。可挂载多种反潜武器，具有很强的对潜攻击能力。目前世界上至少有20余个国家（地区）的海（空）军装备有反潜巡逻飞机[1]。

航空自导深弹是一型典型的攻潜武器，与航空反潜鱼雷相比具有体积小、价格便宜等优势，反潜飞机的携带较大。可用于打击处于水面、通气管、潜望镜和水下等各种状态时的潜艇目标。由于安装有自导和控制系统，并可以多枚连续投放，与普通航空深弹相比其攻潜效果有了质的飞跃[2]。

当反潜巡逻机装备航空自导深弹之后，在攻潜作战中如何合理有效地使用，以提高攻潜效果是必须深入研究的问题。本文将围绕这一问题，针对水下潜艇目标，通过反潜巡逻机使用航空自导深弹攻潜效能仿真分析，研究总结具体攻潜方法。

1 基本攻潜过程和瞄准方法

反潜巡逻机使用航空深弹攻击目标潜艇的一般攻击过程为：对潜搜索、潜艇目标识别、采用不同定位设备跟踪目标、测定运动要素、解算投弹诸元、为深弹装定参数、投放深弹、检查战果[3-4]。

针对水下潜艇目标，反潜巡逻机一般采用一定间隔连投多枚自导深弹的方式投弹攻击，以便更好发挥深弹的自导性能。瞄准和投弹方法为[5]：以目标分布中心为瞄准点，根据设定的投弹间隔和投弹数量，连续投放数枚深弹，使最后一枚深弹入水时，各枚深弹水面落点连线的中心与瞄准点重合（不考虑投弹瞄准系统的误差）。如图1所示。

图1 深弹连投攻击水下目标瞄准方法示意图Fig.1 Schematic diagram of aiming method of depth charge releasing sequentially to attack underwater target

图1中的“目标分布范围”是依据上述水下目标探测设备的定位结果得到。投弹航向是指飞机投放深弹的航向与正北方向（Y轴正向）的夹角。

2 攻潜效能评估模型

2.1 潜艇目标定位模型

以目标位置测量值为中心，按照随机分布的形式：其采用距离上瑞利分布（σq＞0）和方向上均匀分布 （U（0，2π））的形式来表示。 在仿真计算时，首先通过瑞利分布获取目标点到分布中心（记为（x0，y0））的距离d，而后根据均匀分布获取两者的相对方位α，进而计算目标点坐标为

2.2 自导深弹投弹散布模型

采用已有的成熟方法建立了航空自导深弹的空中弹道模型，仿真了反潜巡逻机的投弹落点，进而参照现有的航空轰炸武器投放散布经验公式[6]，采用回归分析的方法，给出了航空自导深弹投放散布规律的模拟公式：

2.3 自导深弹水下弹道模型

由于航空自导深弹不带动力装置，其搜索弹道相对简单，就是在重力作用下的垂直下沉。

根据深弹的自上而下的攻潜弹道特点，其主动自导受到潜艇目标舷角的影响相对较小。在模拟中假设其主动自导作用距离为固定值，当潜艇目标进入深弹的自导作用范围内时认为发现目标。

自导深弹发现目标后，将弹体转向目标，采用纯追踪法跟踪目标。

2.4 自导深弹命中判定模型

将攻潜武器视为点状，当武器进入等效毁伤面内认为命中目标。结合深弹自上而下的攻潜弹道的特点，目标被弹面可以简化为椭球体的水平面投影，称之为等效毁伤面。此处为了计算简便将该等效毁伤面近似为一个长方形。如图2所示。

图2 潜艇等效毁伤面示意图Fig.2 Schematic diagram of equivalent destructive surface of submarine

图中l和b分别为潜艇长度和宽度。采用文献[7]对潜艇等效毁伤体的表示方法，对于触发式的自导深弹，其等效毁伤面长度和宽度即为潜艇目标的长度和宽度。

2.5 潜艇目标运动模型

使用航空自导深弹攻击水下目标时，由于攻击过程与目标深度特征关系密切，此时主要考虑目标采取一种典型的机动规避运动——加速转向并速潜。

设潜艇在首枚深弹自导开机时发现深弹的主动自导信号时开始规避。设此刻深弹的水平位置为（X0，Y0），潜艇水平位置为（Xq0，Yq0），航向为βq0，则潜艇应转航向为θs

潜艇按照最大加速度将速度增加到最大航速为vqmax。

潜艇的旋回半径rq可由如下经验公式表示[8]：

令相对方位角为Δβ＝βq0－θs，当－π＜Δβ＜－π／6或π＜Δβ＜2π－π／6时，潜艇向右转向；π／6＜Δβ≤π或－2π＋π／6＜Δβ≤－π时，潜艇向左转向。当潜艇航向达到转向要求，即超出了上述向左或向右的转向判定时，潜艇保持航向不变，作直线运动。

2.6 命中概率计算

根据目标定位模型模拟目标分布规律；根据目标运动模型计算攻潜过程中目标潜艇的位置。根据深弹投弹散布规律模拟投弹落点散布；根据水下弹道模型和目标检测模型，计算自导深弹与目标的相对关系；根据命中判定模型给出深弹是否命中目标的判定。采用蒙特卡洛法计算至少命中一枚深弹概率的计算流程如图3所示。

图3中的初始条件包括：目标分布规律（包括目标位置、深度、航速和航向）、目标尺寸、反潜飞机飞行高度和速度、深弹自导作用距离、一次连投深弹数量和投弹间隔，以及仿真次数等。

图3 命中概率计算流程Fig.3 Calculation flow of hit probability

3 攻潜方法

根据仿真分析可知，影响反潜巡逻机使用航空自导深弹攻击水下目标命中概率的主要因素有：目标初始航速和目标定位精度（称为目标状态），以及投弹航向、投弹数量和投弹间隔（称为投弹参数）。其中，投弹参数是反潜飞机能够控制的方面。因此，攻潜方法研究就是在根据不同的目标状态合理选择投弹参数。

3.1 投弹航向的影响

取σq＝100 m，目标的初始航速为3 kn。投弹间隔为100 m，不同投弹数量下，投弹航向与命中概率的关系如图4。

命中概率与投弹航向的关系不大，这是由于潜艇目标速度较低，且加速能力较小，同时自导深弹下沉速度较快，在此期间潜艇位移较小。

图4 投弹航向与命中概率的关系Fig.4 Relation between bomb releasing course and hit probability

3.2 投弹数量和投弹间隔的确定

以初始航速为3 kn的目标为攻击对象，不同目标定位精度时，较为合理的投弹参数见表1。

表1 基本投弹参数表Table 1 Basic bomb dropping parameters table

改变目标初始航速（7 kn和10 kn）时，仿真计算不同目标定位精度下的投弹标准，与表1基本一致。因此，认为表中投弹数量和投弹间隔具有普遍意义。

根据投弹数量和投弹间隔的数量关系，表1的仿真结果基本符合如下规律。

其战术意义：使连续投放的数枚深弹最大程度地覆盖目标分布范围。

4 结束语

1）投弹航向对攻潜效果的影响不显著，具体使用中可不必过多考虑。

2）连投多枚深弹攻潜时，应当尽量覆盖目标散布区域。具体标准可参照表1。

3）随着目标定位精度的降低，虽然投弹数量不断增加，但深弹的攻潜效果却显著降低。因此，当目标定位精度不高时，不宜仅使用自导深弹攻击。