劉德才，時進發(fā)，朱紅波，趙修平

（1.海軍大連艦艇學(xué)院 水武與防化系，遼寧 大連 116018；2.海軍航空工程學(xué)院 飛行器工程系，山東 煙臺 264001）

在不改變武器系統(tǒng)的前提下，如何賦予火箭深彈反魚雷功能，并提高現(xiàn)有深彈武器系統(tǒng)的反魚雷效能，增加水面艦艇與潛艇對抗中的生存概率？研究認(rèn)為，火箭深彈使用編碼聲非觸發(fā)引信可解決這一難題。

1 火箭深彈反魚雷效能計算與分析

引信是影響火箭深彈作戰(zhàn)效能最重要的因素之一。深彈引信一般有以下幾種：水壓定時引信、撞擊定時引信、機械聯(lián)合引信和電子聯(lián)合引信。

以上幾種引信均采用的是“定時+觸發(fā)”爆炸機制。采用此類爆炸機制的引信，深彈散布和目標(biāo)散布都比較大，攔截、毀傷魚雷的概率均較低[1]。

1.1 反魚雷效率指標(biāo)描述

深彈爆炸可對聲自導(dǎo)魚雷產(chǎn)生軟、硬兩種殺傷作用。硬殺傷是指使魚雷動力、自導(dǎo)等機件失靈，喪失航行和追蹤能力；軟殺傷是指深彈爆炸聲源或形成的氣幕作為假目標(biāo)誘騙魚雷，并以氣幕阻隔、衰減信號傳播，降低魚雷自導(dǎo)作用距離，使魚雷降低或喪失追蹤我艦的能力[2]。實驗表明，一枚裝有30 kg 左右TNT 當(dāng)量的深彈爆炸時，在70 m 半徑內(nèi)對自導(dǎo)魚雷引信有破壞作用，爆炸后形成水中氣幕，在自導(dǎo)魚雷作用距離以內(nèi)具有干擾作用[3]。使用深彈對魚雷射擊的目的就是使魚雷喪失毀傷能力或?qū)嵤┱T騙。

火箭深彈反魚雷作戰(zhàn)效能計算，是在聲納具有對魚雷報警功能的條件下進行的。反魚雷效率指標(biāo)指的是火箭深彈干擾魚雷概率和至少一發(fā)深彈毀傷魚雷的概率綜合。

1.2 深彈毀傷干擾魚雷概率基本數(shù)模

在三維直角坐標(biāo)系中：Z軸為魚雷方位方向、X軸垂直于Z軸，Y軸垂直向地心，坐標(biāo)原點在魚雷中心，符合右手法則。坐標(biāo)軸水平面如圖1所示，深彈毀傷、干擾魚雷概率為P。

圖1 計算火箭深彈攔截魚雷坐標(biāo)圖

式中：φ(X)為魚雷分布概率密度，X=(x,y,z)T；Pxij(X)為各發(fā)深彈毀傷魚雷概率；Pzij(X)為深彈干擾魚雷概率。[4]

1.3 傳統(tǒng)引信深彈反魚雷射擊效能計算

火箭深彈毀傷魚雷目標(biāo)的能力與深彈類型有關(guān)。在計算深彈對魚雷毀傷概率的基礎(chǔ)上，對深彈爆炸點散布沿三維空間計算其毀傷魚雷的概率并進行綜合，從而求出火箭深彈反魚雷作戰(zhàn)效能。

火箭深彈在目標(biāo)區(qū)爆炸形成的爆炸噪聲和爆炸氣泡，可以對主、被動聲制導(dǎo)引信魚雷構(gòu)成干擾，由于爆炸只有在魚雷制導(dǎo)搜索扇面形成干擾。因此，分析傳統(tǒng)引信深彈對魚雷的干擾效能，需要在目標(biāo)散布分析的基礎(chǔ)上，對干擾能力的形成進行分析。

1.3.1 計算條件

目標(biāo)深度誤差為魚雷航行深度與深彈深度相對誤差，取±7 m。水平面分布誤差包括：現(xiàn)在點坐標(biāo)誤差和射擊諸元誤差?，F(xiàn)在點坐標(biāo)誤差由聲納報警距離誤差和報警方位誤差形成。報警距離現(xiàn)為估計值，且受水聲、艦艇航行狀態(tài)影響，其誤差均方差也無實測參數(shù)，分析計算時取1cab。報警方位誤差亦無實測參數(shù)，計算時取1°。仰角和方向設(shè)定誤差均方差均為0.5°；仰角和方向跟蹤誤差均方差分別取0.5°和0.7°；仰角和方向不修正誤差均方差分別取0.8°和0.5°。

采用向魚雷搜索扇面內(nèi)射擊法，向同一距離連續(xù)發(fā)射n發(fā)深彈，形成固定距離彈幕。一次射擊后經(jīng)間隔時間?t，再向下一距離射擊，進行連續(xù)誘騙干擾，將魚雷向本艦后方拖引。射擊中不解相遇，不進行彈道、氣象修正。

1.3.2 計算模型

1）目標(biāo)分布和深彈散布。

目標(biāo)分布和深彈散布是計算毀傷和干擾魚雷概率的基礎(chǔ)[5]。聲納對魚雷報警為方位信息，報警距離為估計值，無深度信息，因而目標(biāo)分布為水平面二維正態(tài)分布，垂直方向在魚雷航行深度區(qū)間內(nèi)均等分布。設(shè)Z為魚雷方位方向，分布密度為：

目標(biāo)分布誤差在水平和方向上不相干，則目標(biāo)分布密度是均等分布與兩個正態(tài)分布密度的乘積：

攔截魚雷使用定時引信深彈，深彈散布密度式為[4]：

則毀傷、干擾魚雷概率基本數(shù)學(xué)模型(1)可以化為：

2）毀傷魚雷概率。

深彈毀傷魚雷自導(dǎo)裝置，即使其喪失自導(dǎo)能力。毀傷體為半徑為RB的球形體，深彈定時引信炸點落入毀傷體即為毀傷，毀傷概率為炸點落入毀傷體的概率[4]，D為直徑，

3）干擾魚雷概率。

由于深彈爆炸噪聲級為230 dB，遠比水面艦艇輻射噪聲100 dB 大，爆炸噪聲干擾完全覆蓋目標(biāo)，因此深彈可以對被動目標(biāo)誘騙[6]。連續(xù)發(fā)射3枚，持續(xù)時間達11 s以上，形成干擾能力?？紤]到潛艇魚雷引信有主、被動兩種工作方式，從形成有效干擾能力分析，應(yīng)考慮對主動聲自導(dǎo)引信的干擾，干擾概率為一次射擊中至少有3枚深彈炸點命中魚雷干擾區(qū)的概率。

深彈炸點只有在魚雷搜索扇面以內(nèi)，才能形成干擾能力，因而干擾區(qū)一般在魚雷搜索扇面以內(nèi)。魚雷搜索區(qū)為一錐體，其頂角即魚雷波束角。參考MK-46 魚雷性能，計算時波束角取30°。深彈炸點在距魚雷破壞半徑RB以內(nèi)即可毀傷魚雷，屬硬殺傷作用，分析軟殺傷作用時，干擾區(qū)應(yīng)在RB以外。

魚雷穿越深彈爆炸氣幕以后，如果在其搜索扇面內(nèi)未發(fā)現(xiàn)其他目標(biāo)，經(jīng)過?t時間后進行環(huán)形再搜索。在即將開始環(huán)形搜索時，進行第二次射擊，深彈氣幕可以形成連續(xù)欺騙干擾。兩次射擊間隔為氣幕保留持續(xù)時間。干擾區(qū)最小距離為RT0。按魚雷速度計算，RT0＞RB深彈氣幕對主動自導(dǎo)魚雷最大作用距離為615 m。干擾概率P表示為：

1.4 編碼聲非觸發(fā)引信深彈反魚雷效能計算

使用編碼聲非觸發(fā)引信的火箭深彈，由于大大增加了魚雷非觸發(fā)毀傷體，從而有效提高了火箭深彈反魚雷作戰(zhàn)能力。

需要指出的是，增加深彈發(fā)射數(shù)量，可提高毀傷魚雷的效能，但經(jīng)過研究分析和作戰(zhàn)使用的要求，一次發(fā)射通常在6枚之內(nèi)。這是因為發(fā)射數(shù)量對效能提高有限，此外艦艇需要有連續(xù)抗擊、多次發(fā)射的戰(zhàn)術(shù)需求。

火箭深彈對潛射魚雷射擊效率與深彈武器系統(tǒng)、探測系統(tǒng)和目標(biāo)條件等因素有關(guān)，在武器系統(tǒng)和目標(biāo)條件相同的情況下，裝備非觸發(fā)引信的深彈對潛射魚雷射擊效率的提高主要體現(xiàn)在對魚雷捕獲能力的提高，計算其對潛射魚雷的毀傷概率，可將其捕獲能力等效到潛射魚雷非觸發(fā)等效體，見圖2。

圖2 計算魚雷非觸發(fā)等效體圖

LL、WL、HL為計算傳統(tǒng)引信深彈對魚雷射擊效率的等效體長、寬、高。而計算非觸發(fā)引信深彈對魚雷射擊效率魚雷等效體描述為：

式中：Lz=Rz·SinΦ為聲非觸發(fā)引信深彈軸線垂直方向探測距離；Rz為聲非觸發(fā)引信軸線方向探測距離；Φ為聲非觸發(fā)引信軸線方向探測張角?？梢钥闯龇怯|發(fā)等效體遠遠大于觸發(fā)等效體。

根據(jù)基本模型(1)、式(5)，即可計算聲非觸發(fā)引信對魚雷的毀傷概率，干擾效率計算原理與常規(guī)引信相同。

計算時有關(guān)參數(shù)取值：目標(biāo)速度45 kn，海深100 m。系統(tǒng)誤差分別?。禾綔y方位誤差1°，探測距離誤差1%；計算目標(biāo)舷角誤差5°，計算目標(biāo)速度誤差1 kn；計算仰角誤差1°，計算旋回角誤差1.2°；仰角與旋回角瞄準(zhǔn)誤差0.5°；仰角和旋回角跟蹤誤差0.5°；本艦速誤差1 kn；3個有代表性的射擊距離分別為：880 m、1 200 m和2 800 m，目標(biāo)舷角取值10°至100°（篇幅所限）。

2 傳統(tǒng)引信和編碼聲非觸發(fā)引信深彈反魚雷效能分析

根據(jù)目前深彈武器系統(tǒng)裝備情況，在相同條件下，計算一深彈彈道使用傳統(tǒng)引信和編碼聲非觸發(fā)引信的反魚雷作戰(zhàn)效能。為分析火箭深彈武器系統(tǒng)相關(guān)要素對作戰(zhàn)效能的影響，軟件設(shè)計時將武器系統(tǒng)誤差源（計算時有關(guān)參數(shù)取值）作為輸入量，以便在分析引信效能的同時，找出其他因素對反潛效能的影響，編程計算結(jié)果如表1所示。

表1 編碼聲非觸發(fā)引信和傳統(tǒng)引信反魚雷毀傷概率比較表

從表1可以看出，無論在任何舷角和距離條件下，使用聲非觸發(fā)引信深彈毀傷魚雷概率均比傳統(tǒng)引信毀傷概率要高；在相同舷角條件下，距離越遠，聲非觸發(fā)引信毀傷魚雷概率提高越明顯，為遠程火箭深彈發(fā)展提供了技術(shù)支持[7]；在任何距離上，目標(biāo)舷角0°或180°（篇幅受限100°以上舷角無列出）附近毀傷概率增加較小，但仍可達20°以上，30～150°附近毀傷概率增加明顯，90°附近增加最大。

從表1中隨機抽樣以6個目標(biāo)舷角得出表2?？梢钥闯?，在相同條件下，裝備編碼聲非觸發(fā)引信深彈的反潛射魚雷作戰(zhàn)能力比傳統(tǒng)引信的毀傷概率至少提高41%以上，平均毀傷概率提高50%以上。

用相同方法同樣也可計算出另一種火箭彈道，結(jié)果表明，裝備編碼聲非觸發(fā)引信后的深彈反魚雷效能至少提高57%以上，平均毀傷概率提高達70%。

表2 深彈毀傷魚雷概率分析比較表

3 結(jié)論

通過對編碼聲非觸發(fā)引信作戰(zhàn)效能仿真計算和結(jié)果分析，得到如下結(jié)論：編碼聲非觸發(fā)引信能提高深彈捕獲目標(biāo)能力，提高反魚雷作戰(zhàn)效能；在不改變反潛系統(tǒng)的情況下，賦予各型深彈攔截魚雷功能，可提高反魚雷效果，增加與潛艇對抗中水面艦艇的生存概率；用編碼聲非觸發(fā)引信替代傳統(tǒng)引信，可以實現(xiàn)現(xiàn)役火箭式深彈引信通用化，為發(fā)展新型遠程火箭深彈提供技術(shù)支持。此外，隨著探測、跟蹤技術(shù)的發(fā)展，火箭深彈的作戰(zhàn)效能將得到進一步提升。計算分析表明，如果采用編碼聲非觸發(fā)引信，同時改善武器系統(tǒng)計算、跟蹤和瞄準(zhǔn)誤差等，可使深彈武器一次齊射反潛、反魚雷作戰(zhàn)效能提高200%，特別是反潛效能幾乎與自導(dǎo)魚雷作戰(zhàn)效能相當(dāng)，大大提高了效費比，軍事效益十分明顯。

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[6]湯生大,汪順玉.新型火箭深彈發(fā)展思路[J].水中兵器,2003(1)∶11-13.

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