李洪濤，奚慧巍，高順林，蔣文聰

(中國人民解放軍91439部隊，遼寧大連116041)

爆破型魚雷與目標(biāo)交會條件研究

李洪濤，奚慧巍，高順林，蔣文聰

(中國人民解放軍91439部隊，遼寧大連116041)

摘要:為深入開展爆破型魚雷戰(zhàn)斗部毀傷效能研究和水面艦船結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計，研究爆破型魚雷的2種攻擊模式，以及在不同模式下的雷目交匯條件。結(jié)果表明:在舷側(cè)接觸爆炸模式下，雷目交匯條件主要考慮爆炸部位(船首、船中、船尾) ;老式直航魚雷攻擊水面艦艇時，接觸爆炸在船首、船中、船尾部位呈均勻分布;現(xiàn)代智能魚雷爆炸部位應(yīng)以目標(biāo)艦船中后部居多;在船底近距離非接觸爆炸模式下，雷目交匯條件則主要考慮爆炸部位、爆炸深度和攻擊角度。

關(guān)鍵詞:爆破型魚雷;雷目交會條件;爆炸部位;爆炸深度;攻擊角度

Research on torpedo blasting warhead and target engagement conditions

LI Hong-tao，XI Hui-wei，GAO Shun-lin，JIANG Wen-cong
(No．91439 Unit of PLA，Dalian 116041，China)

Abstract:In order to research on the damage efficiency of torpedo blasting warhead and surface ship structure protection，that the study of damage mode for blasting torpedo warhead，the encounter conditions with torpedo and target in different mode，was presented in this paper．Results show the following characters: On the condition of broadside contact explosion，the explosion sites(stem，midship，stern) was mainly considered; When the old straight running torpedoes attacked surface ships，contact explosions was uniformly distributed over the stems，amidships and sterns; The explosion site should be in the middle and posterior part of the majority of the target ship for modern intelligent torpedo; Non-contact explosion in the bottom of the ships，the blast sites，explosion depth，and angle of attack was mainly considered．

Key words:torpedo blasting warhead; torpedo and target encounter conditions; the blast site; explosion depth;angle of attack

0　引言

武器效能是指武器在規(guī)定條件下達(dá)到規(guī)定使用目標(biāo)的能力。國內(nèi)對武器毀傷效能的研究，起步晚，研究范圍有限。根據(jù)掌握的資料看，導(dǎo)彈、炮彈等武器對典型目標(biāo)(機(jī)場跑道、航母、坦克、大型建筑物等)的毀傷及評估工作開展較多，并建立了相關(guān)軍標(biāo)規(guī)范，對于導(dǎo)彈、炮彈等戰(zhàn)斗部毀傷效能和目標(biāo)防護(hù)能力的提高起到了較大的促進(jìn)作用。而對水中兵器毀傷效能研究幾乎是空白，缺乏理論支撐，沒有完整的指標(biāo)體系、可用于工程計算的評估模型，更缺乏科學(xué)可行的評估標(biāo)準(zhǔn)和評估方法，嚴(yán)重制約水中兵器戰(zhàn)斗部毀傷效能和艦艇防護(hù)能力的提高。

爆破型魚雷的攻擊目標(biāo)主要是大、中、小型水面艦艇，以接觸爆炸或近距離非接觸爆炸為雷目交會條件，以沖擊波超壓、爆轟產(chǎn)物、氣泡脈動等為毀傷元素，以單枚或多枚齊射為主要攻擊方式。爆破型魚雷毀傷效能是指:爆破型魚雷在一定雷目交會條件下爆炸，對水面艦艇造成的毀傷程度或毀傷效果，它是魚雷作戰(zhàn)效能的重要組成部分，是魚雷對目標(biāo)毀傷能力與毀傷效果的度量。魚雷戰(zhàn)斗部毀

傷效能與毀傷環(huán)境、戰(zhàn)斗部毀傷威力、作用機(jī)理、打擊目標(biāo)的部位及目標(biāo)易損性等因素有關(guān)，也就是說，其毀傷效能主要取決于戰(zhàn)斗部、目標(biāo)、魚雷與目標(biāo)交匯條件3大因素。因此，把魚雷與目標(biāo)交匯條件梳理清楚，是開展魚雷戰(zhàn)斗部毀傷效能研究和艦船結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計的重要的基礎(chǔ)性工作。

本文研究了爆破型魚雷的2種攻擊模式，以及在不同模式下的雷目交匯條件。得出如下結(jié)論:在接觸爆炸模式下，雷目交匯條件主要考慮爆炸部位;在非接觸爆炸模式下，則主要考慮爆炸部位、爆炸深度和攻擊角度。

1　爆破型魚雷攻擊模式

反艦爆破型魚雷普遍裝有觸發(fā)/非觸發(fā)引信，爆破型魚雷攻擊水面艦艇以反艦非接觸爆炸為主、反艦接觸爆炸為輔。水面艦艇的任一水線以下位置都是可攻對象，只要與目標(biāo)接觸或距目標(biāo)一定距離內(nèi)通過，魚雷就會爆炸。水面艦艇的水下部分可近似看做梯形體，魚雷攻擊的目標(biāo)域為觸發(fā)引信起作用的梯形體部分及其周圍非觸發(fā)引信作用距離以內(nèi)的空間區(qū)域。

根據(jù)魚雷到目標(biāo)殼體的最近距離Dmin和非觸發(fā)引信作用距離r0來判定攻擊形式。

1) Dmin＞r0，魚雷沒有命中目標(biāo);

2) 0＜Dmin≤r0，非觸發(fā)引信動作，近距離非接觸爆炸(也有定義為Dmin小于氣泡最大半徑的) ;

利用飛輪齒圈高頻感應(yīng)淬火余熱實現(xiàn)齒圈壓裝工藝的工序可以并入到飛輪機(jī)加工線形成連線的生產(chǎn)模式。縮短飛輪總成加工線的物流距離，減少不必要的資源浪費，增加產(chǎn)品收益。另外，由于采用總成件方式的供應(yīng)，一方面減少了整機(jī)廠分裝線的投入，另一方面作為飛輪組件供應(yīng)方，為公司增加了銷售收入。

3) Dmin= 0，說明魚雷會撞擊目標(biāo)，正常情況下觸發(fā)引信動作，為接觸爆炸模式。

1.1接觸爆炸

接觸起爆就是魚雷與目標(biāo)直接碰撞產(chǎn)生爆炸，一般是利用魚雷觸發(fā)引信的慣性開關(guān)作為敏感元件來感知雷目相遇時產(chǎn)生的撞擊加速度。魚雷和艦船水中接觸爆炸時，爆炸產(chǎn)物和水中沖擊波直接作用在艦船殼體上，對目標(biāo)結(jié)構(gòu)的作用是一個高度非線性動態(tài)響應(yīng)過程，時間短，過程復(fù)雜。水中接觸爆炸根據(jù)爆炸部位的不同，可導(dǎo)致斷首、斷尾、中部艦體的較大破口或大面積塑性變形。當(dāng)接觸爆炸沖擊波作用于充滿液體的艙室時，沖擊波將通過艙內(nèi)液體傳播到其他部位，造成更大的破壞;在爆炸區(qū)域，可能導(dǎo)致艦載設(shè)備、管系的嚴(yán)重?fù)p傷，或者電器設(shè)備短路起火、彈藥和可燃?xì)怏w爆炸等。艦體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部開裂或爆炸破口如圖1所示［1］。

接觸爆炸時，破壞效果用艦船殼體破損總長度來表示［2］:

圖1　艦船局部破壞Fig.1　Ship local destroy

式中: W為魚雷裝藥量(TNT當(dāng)量)，kg; Lz為艦船殼體破損總長度，m; tk為艦船殼體鋼板厚度，cm。

對于大中型水面艦艇，所能承受的最大允許破口長度的統(tǒng)計值為13 m。

1.2非接觸爆炸

當(dāng)魚雷在船底中部附近爆炸時，沖擊波和氣泡同時作用在艦船上。具有作用時間短、峰值壓力大特點的沖擊波載荷首先發(fā)揮作用，通常會引起船底板的局部破壞，如出現(xiàn)局部塑性區(qū)、局部破口等，局部損傷較接觸爆炸要輕;隨后氣泡載荷開始發(fā)揮作用，氣泡的膨脹收縮運動會引起艦船底部的壓力場變化，引起船體結(jié)構(gòu)的“鞭狀運動”，危機(jī)艦船的總縱強(qiáng)度;嚴(yán)重時，中拱和中垂?fàn)顟B(tài)可能會使艦船從中部折斷破壞，如圖2所示;同時氣泡脈動載荷會使艦船產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動，造成設(shè)備大范圍損傷。

圖2　船底下方魚雷爆炸致總體結(jié)構(gòu)毀傷示意圖Fig.2　Schematic of the ship integral structure destroy

圖3　艦船整體破壞Fig.3　Schematic of the ship integral destroy

2　魚雷爆炸部位

爆破型魚雷攻擊水面艦艇，接觸爆炸可能發(fā)生在船首、船中或船尾，非接觸爆炸可能發(fā)生在舷側(cè)或船底(船首、船中、船尾區(qū)域，爆炸深度在艦船基線以下)。船首長度一般為25%～35%船長，船尾長度一般為25%船長，船中長度一般為40%～50%船長［3］。在不同部位接觸或近距離非接觸爆炸時，造成殼體破口長度、寬度，船體結(jié)構(gòu)、設(shè)備、人員毀傷不同。魚雷在歷次海戰(zhàn)和試驗中對艦體的命中部位如表1。

由表1統(tǒng)計出: 28條艦船被40條魚雷命中，其中命中首部12條，命中中部14條，命中尾部14條。命中部位的分布比較平均，主要原因是戰(zhàn)例大多發(fā)生在二戰(zhàn)時期，使用的魚雷都是直航的瓦斯雷，即便是1982年英國核潛艇擊沉阿根廷“貝爾格拉諾將軍”號巡洋艦，發(fā)射的MK－8魚雷也是直航的瓦斯雷?，F(xiàn)代爆破型魚雷以“線導(dǎo)+尾流自導(dǎo)”和“線導(dǎo)+ 主/被動聲自導(dǎo)”為主要制導(dǎo)方式，其主要攻擊部位在艦的中部和中后部(見圖3)。艦船低速航行時聲場中心在機(jī)爐艙部位，高速航行時聲場中心在螺旋槳部位。當(dāng)采用被動聲制導(dǎo)時，其命中部位主要分布在艦船中后部;當(dāng)采用主動聲自導(dǎo)時，艦船的聲場反射中心在中部，其命中部位主要分布在艦船中部。魚雷爆炸部位用下述方法確定:將艦船垂線間長度20等分，取得21個肋骨面，其與船體表面相交可得21條理論肋骨線，由艦首至艦尾依此編為0、1、2、…、20，如圖4所示。通常0號～10號理論肋骨線為前體，11號～20號理論肋骨線為后體，第10號理論肋骨面就是中船面［4］。

表1　魚雷命中艦體的部位Tab.1　The torpedo hit the ship body positions

圖4　艦船船體示意圖Fig.4　Schematic of the ship hull

船首長度一般為25%～35%船長(L)，即0號～5號(或7號)理論肋骨線為船首部位;船尾長度一般為25%船長，即15號～20號理論肋骨線為船尾部位;船中長度一般為40%～50%船長，即5號(或7 號)～15號理論肋骨線為船中部位。以爆心(或船體破口中心)沿船長方向(接觸爆炸)或平行于船長方向(非接觸爆炸)到中船面(第10號理論肋骨)的距離D作為指標(biāo)，中船面到艦首距離方向為正，到艦尾距離方向為負(fù)。

當(dāng)D≥3/20 (或1/4)船長時，爆炸位于艦首部位;

當(dāng)D≤－1/4船長時，爆炸位于艦尾部位;

當(dāng)－1/4船長＜D≤3/20 (或1/4)船長時，爆炸位于艦中部位。

3　魚雷爆炸深度

魚雷在發(fā)射前，要根據(jù)攻擊目標(biāo)的情況設(shè)定航行時的相關(guān)參數(shù)和工作程序。不同型號魚雷有不同的設(shè)定指令，如航深或搜索深度、航向、自導(dǎo)工作方式、自導(dǎo)搜索方式、發(fā)射方式等。如尾流自導(dǎo)魚雷或線導(dǎo)加尾流自導(dǎo)魚雷，在自導(dǎo)開始工作前，按設(shè)定的程序彈道或線導(dǎo)遙控指令接近目標(biāo)，當(dāng)接近目標(biāo)尾流時，自導(dǎo)裝置開始工作，此時魚雷上爬至尾流自導(dǎo)搜索深度(也稱戰(zhàn)斗深度)，以后魚雷就在該深度上搜索、追蹤、攻擊目標(biāo)，該深度就是魚雷爆炸深度。

魚雷爆炸深度選擇取決于尾流自導(dǎo)裝置的探測能力、非觸發(fā)引信作用半徑、目標(biāo)艦船吃水、海面風(fēng)浪等多種因素［5］。尤其海況對爆炸深度影響較大，海況好時，爆炸深度可選小些;海況差時，爆炸深度可選大些。打擊水面艦艇的魚雷，航行深度一般在15 m以內(nèi)，爆炸深度一般在引信動作半徑之內(nèi)。如前述SUT虎魚魚雷，采用觸發(fā)+非觸發(fā)電磁引信，最小搜索深度6 m。觸發(fā)爆炸時，爆炸深度在艦船基線至水面6 m的范圍內(nèi);非觸發(fā)爆炸時，爆炸點在船底下方距水面8～10 m的范圍內(nèi)。

4　魚雷爆炸攻角

魚雷爆炸攻角θ示意圖如圖5所示。仿真計算結(jié)果表明，假設(shè)魚雷爆炸深度保持不變，僅爆炸位置延船側(cè)方向不同角度θ變化時，船體中橫剖面上的平均應(yīng)力ε隨θ角變化趨勢如圖6所示［6］。

圖5　魚雷爆炸攻角示意圖Fig.5　Schematic of the torpedo attack angle

由圖6可以推斷，當(dāng)魚雷爆炸深度保持不變、而在舷側(cè)及船體下方不同位置爆炸時，在船底正下方爆炸(θ=90°)時應(yīng)力最大，對船體總縱強(qiáng)度毀傷也最大。因此，魚雷在船底正下方爆炸，對艦船的毀傷效果最好。根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，魚雷攻擊水面艦艇時，在船底正下方爆炸的概率并不是很大，而在舷側(cè)30°左右爆炸的概率還比較大。

圖6　船底應(yīng)力隨攻角變化曲線Fig.6　Curves of ε varying θ

爆破型魚雷2種攻擊模式下的雷目交會條件如表2所示。

表2　爆破型魚雷2種攻擊模式下的雷目交會條件Tab.2　Torpedo and target encounter conditions

5　結(jié)語

研究了爆破型魚雷對水面艦艇的2種攻擊模式，以及在不同模式下的雷目交匯條件。結(jié)果表明:

1)在舷側(cè)接觸爆炸模式下，雷目交匯條件主要考慮爆炸部位(船首、船中、船尾) ;

2)老式直航魚雷攻擊水面艦艇時，接觸爆炸在船首、船中、船尾部位呈均勻分布;現(xiàn)代智能魚雷爆炸部位應(yīng)以目標(biāo)艦船中后部居多;

3)在船底近距離非接觸爆炸模式下，則主要考慮爆炸部位、爆炸深度和攻擊角度。

參考文獻(xiàn):

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［6］張阿漫．水下爆炸載荷作用下的船體總強(qiáng)度計算方法研究［D］．哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2005．

作者簡介:李洪濤(1966－)，男，碩士，高級工程師，從事武器裝備、水下爆炸沖擊試驗與測量工作。

收稿日期:2015－02－03;修回日期: 2015－04－28

文章編號:1672－7649(2015) 07－0112－04doi:10.3404/j.issn.1672－7649.2015.07.025

中圖分類號:E925．23

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A