孫珠峰，吳 奔，肖明彥

（海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266071）

尾流自導(dǎo)魚(yú)雷攻擊規(guī)避機(jī)動(dòng)水面艦艇研究

孫珠峰，吳 奔，肖明彥

（海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266071）

研究了尾流自導(dǎo)魚(yú)雷攻擊水面艦艇的主要影響因素，分析了水面艦艇各種機(jī)動(dòng)規(guī)避方式對(duì)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷彈道的影響，利用仿真分析方法確定了水面艦艇規(guī)避機(jī)動(dòng)參數(shù)對(duì)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷跟蹤過(guò)程的影響程度，分別確定了水面艦艇和尾流自導(dǎo)魚(yú)雷對(duì)抗的有關(guān)原則，研究結(jié)果為尾流自導(dǎo)魚(yú)雷作戰(zhàn)使用和水面艦艇規(guī)避機(jī)動(dòng)提供了依據(jù)。

尾流自導(dǎo)，水面艦艇，魚(yú)雷，規(guī)避機(jī)動(dòng)

引 言

水面艦艇在航行過(guò)程中由于壓力、波浪、螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系，會(huì)在艦艇尾部產(chǎn)生具有一定長(zhǎng)度、寬度和持續(xù)時(shí)間的尾流。只要水面艦艇處于運(yùn)動(dòng)之中，這種尾流就會(huì)一直跟隨艦艇，成為難以去掉的“尾巴”。尾流自導(dǎo)魚(yú)雷正是利用這一特性，通過(guò)檢測(cè)、發(fā)現(xiàn)并跟蹤目標(biāo)尾流，進(jìn)而命中水面艦艇目標(biāo)［1-2］。

文獻(xiàn)［1］介紹了法國(guó)在水面艦艇尾流模型建立和魚(yú)雷對(duì)抗仿真方面的研究，提出了硬殺傷是水面艦艇對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的最有效手段；文獻(xiàn)［2］采用平面分割法建立了機(jī)動(dòng)目標(biāo)的尾流模型，并仿真了尾流自導(dǎo)魚(yú)雷檢測(cè)目標(biāo)尾流和追蹤目標(biāo)的過(guò)程。

1 射擊參數(shù)對(duì)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷命中過(guò)程的影響

尾流自導(dǎo)魚(yú)雷在射擊時(shí)需要關(guān)注的參數(shù)主要是魚(yú)雷進(jìn)入尾流的角度和進(jìn)入距離。為了滿足尾流自導(dǎo)魚(yú)雷正確檢測(cè)尾流和跟蹤目標(biāo)的需要，在不考慮目標(biāo)對(duì)抗的條件下，要求魚(yú)雷進(jìn)入尾流的角度和距離必須處于一個(gè)合適的范圍內(nèi)［2］。

圖1 尾流自導(dǎo)魚(yú)雷追蹤過(guò)程

1.1 進(jìn)入尾流角度

魚(yú)雷進(jìn)入尾流的角度是魚(yú)雷進(jìn)入尾流的航向和尾流方向的夾角α。較小的尾流進(jìn)入角一方面可以減少魚(yú)雷自適應(yīng)需要耗費(fèi)的調(diào)整航程，提高魚(yú)雷的彈道品質(zhì)；另一方面，過(guò)小的魚(yú)雷進(jìn)入角容易使魚(yú)雷產(chǎn)生反向跟蹤，同時(shí)，對(duì)射擊控制參數(shù)的計(jì)算要求很高，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)誤差極易造成魚(yú)雷錯(cuò)過(guò)目標(biāo)尾流，或者影響魚(yú)雷進(jìn)入尾流的距離。因此，為了減少魚(yú)雷再入尾流的航程，覆蓋可能的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素誤差，提高魚(yú)雷進(jìn)入尾流的概率，進(jìn)入尾流的角度必須位于一個(gè)合適的范圍內(nèi)。

1.2 進(jìn)入尾流距離

理論上，魚(yú)雷進(jìn)入尾流的距離越小越好。較小的魚(yú)雷進(jìn)入距離意味著較小的魚(yú)雷追蹤航程。不過(guò)魚(yú)雷進(jìn)入尾流需要一段自適應(yīng)過(guò)程才能穩(wěn)定跟蹤，過(guò)小的魚(yú)雷進(jìn)入距離容易使魚(yú)雷無(wú)法完成自適應(yīng)過(guò)程，在首次出尾流后易從目標(biāo)艦艇的前方繞過(guò)，從而錯(cuò)過(guò)再入尾流的時(shí)機(jī)。這是由于魚(yú)雷速度一般遠(yuǎn)大于目標(biāo)速度，首次出尾流后的調(diào)整由于太靠近目標(biāo)尾部容易使魚(yú)雷超過(guò)目標(biāo)艦艏，從而漏過(guò)目標(biāo)。所以魚(yú)雷進(jìn)入尾流的位置應(yīng)控制在尾流的中間偏前位置。

2 目標(biāo)機(jī)動(dòng)對(duì)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷命中過(guò)程的影響

2.1 目標(biāo)變速

變速機(jī)動(dòng)主要指加速。目標(biāo)加速主要體現(xiàn)在延長(zhǎng)尾流長(zhǎng)度，以增加魚(yú)雷追蹤航程。魚(yú)雷追蹤目標(biāo)的距離與雷目速度比和雷目距離相關(guān)，在雷目距離一定的情況下，目標(biāo)速度增加，雷目速度比減小，魚(yú)雷追蹤距離增大；反之，目標(biāo)速度減小，雷目速度比增大，魚(yú)雷追蹤距離減小。如果魚(yú)雷進(jìn)入尾流時(shí)的剩余航程不大，容易造成魚(yú)雷航程耗盡，難以追上目標(biāo)。

2.2 目標(biāo)變向

目標(biāo)航向的變化造成目標(biāo)尾流形態(tài)的變化，從而影響魚(yú)雷進(jìn)入尾流的角度和魚(yú)雷內(nèi)外尾流調(diào)整的過(guò)程。魚(yú)雷首次進(jìn)入尾流如果恰好處于目標(biāo)尾流形態(tài)變化的部位，則必然造成魚(yú)雷進(jìn)入角度的變化，影響尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的自適應(yīng)過(guò)程。目標(biāo)航向的劇烈變化還可能造成魚(yú)雷判斷目標(biāo)舷別出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致魚(yú)雷的反向跟蹤。

2.2.1 大角度變向

對(duì)于沒(méi)有線導(dǎo)控制的尾流自導(dǎo)魚(yú)雷，發(fā)射后只能根據(jù)預(yù)定程序搜索目標(biāo)尾流，沒(méi)有辦法隨意改變彈道。如果目標(biāo)在魚(yú)雷探測(cè)到尾流之前進(jìn)行機(jī)動(dòng)，將影響魚(yú)雷進(jìn)入尾流的角度和距離；如果目標(biāo)在魚(yú)雷已經(jīng)探測(cè)到尾流的情況下進(jìn)行機(jī)動(dòng)，則會(huì)影響魚(yú)雷追蹤目標(biāo)的過(guò)程。這兩種情況都可能導(dǎo)致魚(yú)雷彈道品質(zhì)的下降，甚至丟失目標(biāo)（如圖2所示）。

2.2.2 目標(biāo)改變方向的方式

圖2 艦艇規(guī)避對(duì)尾流魚(yú)雷的影響

目標(biāo)的機(jī)動(dòng)規(guī)避過(guò)程不僅僅是單純的一次性改變速度和方向，有可能是綜合的改變速度和方向，如比較極端地走“S”形或者“O”形彈道，在多目標(biāo)的情況下，甚至采取目標(biāo)交叉航行的方法，以干擾尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的跟蹤過(guò)程。由于這兩種方式對(duì)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的彈道影響比較復(fù)雜，將另文加以研究，本文僅就目標(biāo)采取一次性變速變向機(jī)動(dòng)方式對(duì)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷跟蹤彈道的影響進(jìn)行研究。

3 仿真模型及實(shí)例

3.1 仿真模型

為了簡(jiǎn)化仿真模型，設(shè)定仿真初始時(shí)間為魚(yú)雷出管后已完成轉(zhuǎn)角后開(kāi)始直航的那一刻，坐標(biāo)軸原點(diǎn)也設(shè)為該時(shí)刻的魚(yú)雷位置。在理想狀態(tài)下，即魚(yú)雷沒(méi)有任何航行誤差、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素也沒(méi)有誤差，且目標(biāo)不進(jìn)行任何機(jī)動(dòng)規(guī)避時(shí)，尾流自導(dǎo)魚(yú)雷將以火控系統(tǒng)計(jì)算的尾流進(jìn)入角度和尾流進(jìn)入距離進(jìn)入目標(biāo)尾流，并開(kāi)始末端追蹤過(guò)程。

設(shè)魚(yú)雷速度為vt，目標(biāo)速度為vm0，目標(biāo)航向?yàn)閏m0，目標(biāo)初始距離為rm0，初始方位為bm0。目標(biāo)魚(yú)雷報(bào)警距離為 Rta，如圖3所示。以魚(yú)雷發(fā)射時(shí)刻的位置點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，有關(guān)魚(yú)雷和目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模型和目標(biāo)尾流模型在相關(guān)文獻(xiàn)中已經(jīng)有了十分詳細(xì)的描述，本文仿真程序?qū)⒅苯討?yīng)用這些文獻(xiàn)中的模型［3-4］。

統(tǒng)計(jì)參數(shù)主要是魚(yú)雷追蹤距離，即從魚(yú)雷探測(cè)到目標(biāo)尾流開(kāi)始（圖中A0點(diǎn)），到魚(yú)雷命中目標(biāo)（圖中A1點(diǎn)）的航行距離。

3.2 參數(shù)設(shè)置

不考慮目標(biāo)的多次機(jī)動(dòng)規(guī)避過(guò)程，在仿真中的有關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：

圖3 尾流自導(dǎo)魚(yú)雷攻擊目標(biāo)示意圖

魚(yú)雷速度vt=55節(jié)，魚(yú)雷瞄點(diǎn)為目標(biāo)尾流中心點(diǎn)；目標(biāo)初始速度vm0=18節(jié)；目標(biāo)初始距離rm0=50鏈；目標(biāo)初始舷角Xm0=60°~120°;目標(biāo)魚(yú)雷報(bào)警距離Rta=1 500.0m。

目標(biāo)機(jī)動(dòng)規(guī)避時(shí)，按表1設(shè)定的規(guī)避角度分為60°、100°、140°、180°等 4個(gè)等級(jí)（在目標(biāo)原來(lái)航向的基礎(chǔ)上偏轉(zhuǎn)的角度值）；規(guī)避速度依次為24節(jié)、28節(jié)、32節(jié)等3個(gè)等級(jí)，分別和不進(jìn)行機(jī)動(dòng)的魚(yú)雷追蹤距離進(jìn)行對(duì)比，并將仿真結(jié)果記錄在表1中。

表1 艦艇規(guī)避尾流自導(dǎo)魚(yú)雷攻擊仿真結(jié)果

3.3 仿真結(jié)果及分析

圖4 追蹤距離與目標(biāo)規(guī)避方向的關(guān)系

圖4為水面艦艇魚(yú)雷報(bào)警后，采取背雷轉(zhuǎn)向60°的規(guī)避方式時(shí)，魚(yú)雷追蹤距離和艦艇規(guī)避速度之間的關(guān)系。由圖4可知，無(wú)論魚(yú)雷和目標(biāo)的初始態(tài)勢(shì)如何，魚(yú)雷追蹤距離隨目標(biāo)規(guī)避速度增大呈顯著增大趨勢(shì)。以仿真想定所確定的第一種態(tài)勢(shì)為例，在目標(biāo)不進(jìn)行規(guī)避時(shí)，此時(shí)的目標(biāo)速度為18節(jié)，則魚(yú)雷追蹤距離為1 497m，當(dāng)目標(biāo)規(guī)避速度為24節(jié)時(shí)，魚(yú)雷追蹤距離達(dá)到2 294m；當(dāng)目標(biāo)規(guī)避速度為28節(jié)時(shí)，魚(yú)雷追蹤距離達(dá)到2 789m；當(dāng)目標(biāo)規(guī)避速度為32節(jié)時(shí)，魚(yú)雷追蹤距離達(dá)到3 667m。追蹤距離和規(guī)避速度并不是簡(jiǎn)單的線性變化關(guān)系。從水面艦艇這一方來(lái)說(shuō)，在遭遇尾流自導(dǎo)魚(yú)雷攻擊時(shí)，首先采取的措施就是迅速加大速度，延長(zhǎng)魚(yú)雷的追蹤距離，以便有更多的時(shí)間采取其他對(duì)抗方式化解魚(yú)雷威脅。從尾流自導(dǎo)魚(yú)雷這一方來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡可能提高航行速度，降低航行噪聲，盡量減小被目標(biāo)發(fā)現(xiàn)的距離，從而縮短目標(biāo)進(jìn)行對(duì)抗的時(shí)間。

圖5 追蹤距離與目標(biāo)規(guī)避角度的關(guān)系

圖5為目標(biāo)規(guī)避速度固定為24節(jié)時(shí)，魚(yú)雷追蹤距離和艦艇規(guī)避角度之間的關(guān)系。從圖5中可以看出，目標(biāo)進(jìn)行大角度的規(guī)避機(jī)動(dòng)，并不能一定導(dǎo)致魚(yú)雷追蹤距離的增大，有的時(shí)候甚至?xí)s小魚(yú)雷的追蹤過(guò)程。如在態(tài)勢(shì)2中，目標(biāo)大角度轉(zhuǎn)向140°時(shí)的魚(yú)雷追蹤距離為1 689m，而轉(zhuǎn)向60°時(shí)的魚(yú)雷追蹤距離為2 006m。在某些態(tài)勢(shì)下，適當(dāng)?shù)囊?guī)避角度可能導(dǎo)致魚(yú)雷追蹤彈道發(fā)生劇烈變化，需要重新適應(yīng)目標(biāo)尾流，從而顯著增大追蹤距離。如在態(tài)勢(shì)3中，目標(biāo)大角度規(guī)避140°時(shí)的魚(yú)雷追蹤距離為4 505m，相比之下，目標(biāo)規(guī)避60°時(shí)的魚(yú)雷追蹤距離為2 487m。該仿真結(jié)果說(shuō)明，水面艦艇在作戰(zhàn)過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)遭到尾流自導(dǎo)魚(yú)雷攻擊，在迅速加速的同時(shí)，應(yīng)采取大角度規(guī)避，其好處是盡管大角度規(guī)避有時(shí)不能保證延長(zhǎng)魚(yú)雷追蹤距離，但在某個(gè)恰當(dāng)?shù)膽B(tài)勢(shì)下，這種大角度規(guī)避導(dǎo)致魚(yú)雷追蹤彈道的劇烈變化，大大增加追蹤航程。另一方面，由于尾流魚(yú)雷無(wú)法確定目標(biāo)的規(guī)避方向，無(wú)法避免目標(biāo)大角度轉(zhuǎn)向可能造成的彈道劇烈變化結(jié)果，如何解決此問(wèn)題已經(jīng)超出本文的研究范圍。

根據(jù)以上仿真結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：①無(wú)論在哪種態(tài)勢(shì)下，目標(biāo)機(jī)動(dòng)規(guī)避都會(huì)影響魚(yú)雷追蹤距離，其影響程度與目標(biāo)機(jī)動(dòng)方式相關(guān)；②目標(biāo)規(guī)避速度的大小對(duì)魚(yú)雷追蹤距離的影響較大。該結(jié)論是顯然的，目標(biāo)速度越大，在魚(yú)雷速度保持不變的情況下，需要花費(fèi)越長(zhǎng)的時(shí)間才能追上目標(biāo)；③目標(biāo)規(guī)避方向的大小對(duì)追蹤距離的影響是不確定的，不能得出規(guī)避方向越大，追蹤距離越大的結(jié)論。事實(shí)上，規(guī)避方向的大小會(huì)影響到魚(yú)雷的彈道品質(zhì)，某個(gè)恰巧的規(guī)避方向可能導(dǎo)致魚(yú)雷在追蹤規(guī)程中出現(xiàn)激烈的彈道變化；④水面艦艇遇到尾流自導(dǎo)魚(yú)雷攻擊時(shí)，在加速的同時(shí)，可采取大角度規(guī)避，以提高對(duì)抗成功的概率;⑤尾流自導(dǎo)魚(yú)雷攻擊時(shí)，應(yīng)盡量保持自身的隱蔽性，防止目標(biāo)過(guò)早采取規(guī)避對(duì)抗措施。

4 結(jié)論和展望

本文針對(duì)水面艦艇采用規(guī)避機(jī)動(dòng)方式對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的過(guò)程進(jìn)行了定性分析和仿真研究，得出了水面艦艇防御尾流自導(dǎo)魚(yú)雷應(yīng)采取的規(guī)避機(jī)動(dòng)方式和措施，也對(duì)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的攻擊提出了相應(yīng)的建議。有關(guān)結(jié)論建立在水面艦艇采取一次對(duì)抗措施、機(jī)動(dòng)方式較為單一的前提下，更加復(fù)雜對(duì)抗條件下的相關(guān)研究將另文介紹。

［1］錢 東，韓 嘯.法國(guó)尾流自導(dǎo)仿真和對(duì)抗研究評(píng)述［J］.魚(yú)雷技術(shù)，2007，15（1）：7-10.

［2］趙向東，孫續(xù)文，周 明.尾流自導(dǎo)魚(yú)雷彈道邏輯仿真［J］.魚(yú)雷技術(shù)，2009，17（2）：40-44.

［3］董春鵬，石小龍.主動(dòng)聲尾流自導(dǎo)魚(yú)雷導(dǎo)引彈道分析計(jì)算［J］.魚(yú)雷技術(shù)，2007，15（2）：19-23.

［4］韓志偉，任 章，王新遠(yuǎn).魚(yú)雷尾流追蹤彈道設(shè)計(jì)與仿真［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2006，18（2）：1001-1004.

［5］侯 琳，胡 波，章桂永.潛艇自航式聲誘餌發(fā)射方向的仿真研究［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2009，26（6）：23-25.

Research onWake Hom ing Torpedo Attacking EscapingWarship

SUN Zhu-feng，WUBen，XIAOMing-yan
（Navy Submarine Academy，Qingdao 266071，China）

The primary factorsofwakehoming torpedoattackingwarship are studied.Afteranalysisof the effects of thewarship's various escaping styles toward wake homing torpedo trajectory，this paper has taken advantage ofsimulating analysingmethod to decide the affecting degrees of thewarshipmaneuvering parameterswhen thewake homing torpedo is tracking.and some rules for confronting of thewarship and the wake homing torpedo are promoted respectively.The researching method provides the basis for the combatingusageboth forwakehoming torpedo and thewarship.

wakehoming，warship，torpedo，escaping

E273.003

A

1002-0640（2013）01-0163-03

2011-09-15

2011-12-30

孫珠峰（1969-），男，江蘇南通人，教授，研究方向：計(jì)算機(jī)仿真，軍事系統(tǒng)工程，作戰(zhàn)軟件。