丁紅巖，宋保維

（1.西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院，西安 710072；2.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018）

艦艇引導(dǎo)直升機(jī)攻潛是一種較為典型的艦機(jī)協(xié)同攻潛方式。由于新型艦艇具有較強(qiáng)的信息收集、處理和通信能力，因此，在引導(dǎo)直升機(jī)攻潛時(shí)，可以減少直升機(jī)搜索和定位過程，提高直升機(jī)的隱蔽性，延長(zhǎng)直升機(jī)有效留空攻擊時(shí)間，增強(qiáng)攻擊的突然性。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，潛艇越來越注重水聲對(duì)抗器材的使用，使得魚雷攻潛的效果受到影響。水聲對(duì)抗器材可分為抑制型對(duì)抗器材和誘騙型對(duì)抗器材，自航式聲誘餌就是典型的誘騙型對(duì)抗器材[1]。自航式聲誘餌的使用原則是作為假目標(biāo)，發(fā)射聲誘餌的目的是引誘聲自導(dǎo)魚雷發(fā)現(xiàn)、捕獲并追蹤誘餌，潛艇則借助聲誘餌的掩護(hù)迅速進(jìn)行規(guī)避機(jī)動(dòng)[2]。

本文在描述艦艇引導(dǎo)直升機(jī)空投魚雷攻擊過程的基礎(chǔ)上，建立相關(guān)模型，仿真計(jì)算機(jī)載魚雷的命中概率，為其作戰(zhàn)使用提供參考。

1 艦艇引導(dǎo)直升機(jī)空投魚雷攻擊方法

艦艇有較強(qiáng)的信息收集、處理、計(jì)算和通信能力，因而引導(dǎo)直升機(jī)空投魚雷攻擊，可免除直升機(jī)搜索和定位過程，提高作戰(zhàn)效率。艦艇引導(dǎo)直升機(jī)空投魚雷一般有2種引導(dǎo)方法。

1)提供潛艇信息。艦艇實(shí)時(shí)向直升機(jī)發(fā)送潛艇位置信息，并不斷引導(dǎo)直升機(jī)向潛艇接近，直升機(jī)在接近過程中利用指控系統(tǒng)進(jìn)行攻擊解算，導(dǎo)航系統(tǒng)確定飛行路線后，按攻擊程序?qū)嵤┕簟?/p>

2)提供攻擊信息。艦艇指控系統(tǒng)在已知目標(biāo)信息的條件下，為直升機(jī)進(jìn)行攻擊計(jì)算，解算魚雷投放點(diǎn)及戰(zhàn)斗航向。此后，引導(dǎo)直升機(jī)向投放點(diǎn)接近，到達(dá)投放點(diǎn)時(shí)，發(fā)出魚雷武器攻擊命令，機(jī)組人員按命令投放魚雷。該方法一般在直升機(jī)指控系統(tǒng)故障條件下使用。

艦艇通常處于潛艇攻擊的危險(xiǎn)半徑以外，在艦殼聲納、拖曳線列陣聲納探測(cè)到遠(yuǎn)距離水下目標(biāo)后，派出直升機(jī)，若目標(biāo)位置誤差較小，直升機(jī)可根據(jù)通報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速攻擊；若目標(biāo)位置誤差較大，直升機(jī)到達(dá)預(yù)定攻潛區(qū)后，一般應(yīng)重新定位，再進(jìn)行攻擊。以引導(dǎo)艦位置點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，正東方向?yàn)閄軸，建立坐標(biāo)系如圖1所示，其中M、Z分別為目標(biāo)潛艇位置、直升機(jī)位置，潛艇航向 Cm，直升機(jī)應(yīng)飛航向 CZ。

圖1 艦艇引導(dǎo)直升機(jī)原理圖

2 直升機(jī)攻潛參數(shù)解算模型

直升機(jī)根據(jù)引導(dǎo)艦提供的目標(biāo)位置，需要計(jì)算的參數(shù)有直升機(jī)應(yīng)飛航向HFC 及直升機(jī)應(yīng)飛時(shí)間tf，具體計(jì)算方法如下。

根據(jù)艦艇提供的參數(shù)，可以得到直升機(jī)的位置坐標(biāo)（xz,yz）和目標(biāo)的坐標(biāo)（xm,ym）。

則前置相遇點(diǎn)I的坐標(biāo)為：

前置相遇點(diǎn)與攻擊機(jī)之間的距離 ID為：

目標(biāo)相對(duì)于攻擊機(jī)方位為：

投放參數(shù)HFC、tf可由下式計(jì)算：

3 潛艇使用自航式聲誘餌對(duì)抗自導(dǎo)魚雷模型

潛艇使用聲誘餌時(shí)要考慮發(fā)射時(shí)機(jī)、本艇初始航向、航速以及發(fā)射后的機(jī)動(dòng)等問題。發(fā)射時(shí)機(jī)對(duì)聲誘餌的對(duì)抗效果影響很大，發(fā)射時(shí)機(jī)的選擇與發(fā)射方向有關(guān)，通常在選擇好發(fā)射方向后，再確定發(fā)射時(shí)機(jī)。由于聲誘餌的初始航向是聲誘餌作戰(zhàn)使用中高于一切的因素[3]，因此聲誘餌航向的選擇應(yīng)遵循使聲誘餌比潛艇先被魚雷發(fā)現(xiàn)并且在魚雷追上聲誘餌時(shí)盡可能地遠(yuǎn)離潛艇。為此潛艇使用聲誘餌對(duì)抗魚雷后一般采取高速機(jī)動(dòng)[4]。在其他因素一定的條件下，魚雷捕獲聲誘餌的概率是聲誘餌航向的函數(shù)[5]，通常聲誘餌航向可取為：

1)沿魚雷報(bào)警方位航行。

2)沿本艇原來航向航行。

3)當(dāng)報(bào)警距離較近時(shí)，聲誘餌的最優(yōu)發(fā)射航向?yàn)榘凑Ｌ崆敖前l(fā)射；當(dāng)報(bào)警距離較遠(yuǎn)時(shí)，聲誘餌的最優(yōu)發(fā)射航向?yàn)榘呆~雷報(bào)警方位發(fā)射[6]。

圖2為自航式聲誘餌對(duì)抗過程示意圖，潛艇航向 Cm，在m點(diǎn)發(fā)現(xiàn)魚雷攻擊，魚雷報(bào)警舷角Q，到達(dá)m'點(diǎn)時(shí)發(fā)射聲誘餌，然后潛艇轉(zhuǎn)向加速規(guī)避，潛艇發(fā)射的聲誘餌相對(duì)于魚雷的舷角[1]

式中：Vm為潛艇航速；Vs為聲誘餌航速。

圖2 自航式聲誘餌對(duì)抗過程示意圖

潛艇在發(fā)射聲誘餌后，會(huì)立即采用合適的航向進(jìn)行機(jī)動(dòng)規(guī)避，以擺脫魚雷的追蹤。通常情況下，為了使魚雷在識(shí)別出誘餌時(shí)與潛艇的距離盡可能大，潛艇一般沿與聲誘餌航向 Cs相反的方向進(jìn)行全速規(guī)避機(jī)動(dòng)。則潛艇的規(guī)避航向 Cm'為：

潛艇旋回角度θ為：

潛艇進(jìn)行旋回時(shí)，旋回角速度ωm、旋回半徑Rm與潛艇速度Vm相關(guān)，可以表示為[7]：

4 機(jī)載魚雷發(fā)現(xiàn)與命中目標(biāo)分析

4.1 魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)條件

魚雷能否命中目標(biāo)，關(guān)鍵在于自導(dǎo)裝置能否發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，要想使自導(dǎo)裝置發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，就必須使目標(biāo)能進(jìn)入自導(dǎo)裝置有效作用范圍之內(nèi)，即目標(biāo)要落入自導(dǎo)扇面之中，并且根據(jù)魚雷、目標(biāo)的位置及目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)航向，可求得魚雷相對(duì)目標(biāo)潛艇的舷角，進(jìn)而可求得對(duì)應(yīng)的目標(biāo)強(qiáng)度[8]。通過聲納方程可以得出在該條件下魚雷的自導(dǎo)作用距離ri，如果ri大于此刻魚雷到目標(biāo)的距離 iD，那么目標(biāo)可被魚雷發(fā)現(xiàn)，即滿足下式則可認(rèn)為目標(biāo)被魚雷發(fā)現(xiàn)[9]：

式(10)中：Qs為潛艇相對(duì)于魚雷的舷角；λ為魚雷自導(dǎo)扇面角。

4.2 魚雷命中目標(biāo)判據(jù)

當(dāng)滿足以下條件時(shí)，可認(rèn)為魚雷能夠追蹤上目標(biāo)并命中目標(biāo)[8]：

式(11)中：St為魚雷當(dāng)前航程；ST為魚雷總航程；dTm為潛艇—魚雷距離；xm、ym分別為潛艇橫、縱坐標(biāo)；xT、yT分別為魚雷橫、縱坐標(biāo)；qm為命中角，即相對(duì)方位線與潛艇航向的夾角。

5 機(jī)載魚雷命中概率仿真與結(jié)果分析

以美國MK-46為例，直升機(jī)投雷高度50 m，投雷速度200 km/h，魚雷入水后作主動(dòng)環(huán)形搜索，魚雷自導(dǎo)作用距離為1.2 km，魚雷入水后15 s 潛艇釋放自航式聲誘餌對(duì)抗魚雷攻擊，模擬次數(shù)2 000次。

5.1 仿真誤差取值

表1 主要參數(shù)誤差取值

5.2 仿真計(jì)算流程

采用模擬法計(jì)算艦艇引導(dǎo)直升機(jī)空投魚雷對(duì)潛攻擊命中概率的流程如圖3所示。

5.3 仿真結(jié)果分析

根據(jù)仿真結(jié)果，繪制艦艇引導(dǎo)直升機(jī)前飛投雷對(duì)目標(biāo)提前點(diǎn)攻擊仿真圖，圖4為初始敵舷角45°，潛艇純機(jī)動(dòng)及使用自航式聲誘餌時(shí)魚雷命中概率隨攻擊距離變化圖；圖5為艦艇引導(dǎo)下直升機(jī)前飛投雷對(duì)目標(biāo)提前點(diǎn)攻擊，初始敵舷角為135°，潛艇純機(jī)動(dòng)及使用自航式聲誘餌時(shí)魚雷命中概率隨攻擊距離變化圖。

圖3 仿真流程圖

圖4 初始敵舷角為45°時(shí)命中概率變化圖

圖5 初始敵舷角為135°時(shí)命中概率變化圖

圖4表明，攻擊初始距離6 km時(shí)，在直升機(jī)初始敵舷角為45°情況下，潛艇機(jī)動(dòng)規(guī)避，魚雷命中概率為0.7；潛艇在使用自航式聲誘餌對(duì)抗后，攻擊初始距離減小到4 km時(shí)，命中概率才能達(dá)到0.7。

圖5表明，攻擊初始距離6 km時(shí)，在直升機(jī)初始敵舷角為135°情況下，潛艇機(jī)動(dòng)規(guī)避，魚雷命中概率能達(dá)到0.8；而在潛艇使用自航式聲誘餌對(duì)抗后，攻擊初始距離減小到3.5 km時(shí)，命中概率才勉強(qiáng)達(dá)到0.7。

根據(jù)上述結(jié)果可得到以下結(jié)論。

1)相同對(duì)抗條件下，隨著直升機(jī)初始攻擊距離的增大，魚雷的命中概率逐漸下降；在相同命中概率下，與潛艇純機(jī)動(dòng)規(guī)避相比，潛艇使用自航式聲誘餌對(duì)抗時(shí)，直升機(jī)初始攻擊距離減小。這也說明適當(dāng)減小攻擊初始距離能有效降低自航式聲誘餌對(duì)自導(dǎo)魚雷命中概率的影響。

2)在潛艇不使用自航式聲誘餌對(duì)抗的條件下，當(dāng)直升機(jī)攻擊初始距離小于6 km時(shí)，初始敵舷角為135°的魚雷命中概率比初始敵舷角為45°時(shí)高；直升機(jī)攻擊初始距離大于8 km時(shí)，初始敵舷角為45°魚雷命中概率比初始敵舷角為135°時(shí)高。這表明初始敵舷角對(duì)魚雷命中概率的影響隨攻擊初始距離的變化而變化。

3)當(dāng)潛艇使用自航式聲誘餌對(duì)抗魚雷攻擊時(shí)，直升機(jī)初始敵舷角在45°的魚雷命中概率遠(yuǎn)比135°時(shí)的命中概率高。這說明與潛艇純機(jī)動(dòng)條件相比，在對(duì)抗條件下初始敵舷角對(duì)魚雷命中概率的影響發(fā)生了變化，即選擇合理的初始敵舷角對(duì)于保證自導(dǎo)魚雷在自航式聲誘餌對(duì)抗條件下的命中概率具有重要意義。

6 結(jié)束語

由于直升機(jī)在反潛作戰(zhàn)中具有快速性、隱蔽性等優(yōu)勢(shì)，在引導(dǎo)條件下使用機(jī)載魚雷攻潛效果較好。本文研究了潛艇使用自航式聲誘餌對(duì)機(jī)載魚雷命中概率的影響，結(jié)論對(duì)部隊(duì)實(shí)際艦機(jī)協(xié)同攻潛作戰(zhàn)具有一定的參考價(jià)值。

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