李長軍，何青海，丁文強

(海軍潛艇學院，山東 青島266042)

0 引 言

潛艇在使用尾流自導魚雷對水面目標進行攻擊時，射擊方式可以有多種選擇，其選擇依據(jù)當時目標態(tài)勢或者攻擊者所期望的魚雷能夠?qū)δ繕嗽斐傻臍潭?。當確定魚雷使用一次轉(zhuǎn)角射擊即能滿足魚雷尾流命中角要求的情況下，魚雷通常以平行航向齊射的射擊方式被攻擊者所采用，以期最大限度的提高魚雷的命中概率［1-2］;而當目標舷角較小或較大的情況下，魚雷通常以二次轉(zhuǎn)角射擊的方式而被采用。在射擊方式上二者有本質(zhì)不同，前者屬于一次轉(zhuǎn)角射擊的范疇。本文以尾流自導魚雷單雷射擊為研究對象，解決其射擊方式選擇的時機及其參數(shù)解算問題，進而完善臨界舷角條件下的魚雷攻擊理論。

1 尾流自導魚雷射擊方式轉(zhuǎn)換時機

尾流自導技術(shù)的要求決定了魚雷進入目標尾流時必須滿足2個條件:尾流進入點與目標艦尾的距離Dw∈(Dwmin，Dwmax)及尾流進入角θ ∈(θmin，θmax)［3-4］。后者是確保魚雷尾流自導能否有效檢測到尾流的關(guān)鍵因素，也是決定魚雷能否有效實施追蹤的必要前提。在魚雷實施攻擊過程中，為了減小魚雷轉(zhuǎn)向過程產(chǎn)生的航向偏差，通常情況下希望采用一次轉(zhuǎn)角射擊，如果一次轉(zhuǎn)角射擊不能滿足尾流命中角的要求，再使用二次轉(zhuǎn)角射擊。由此可以判斷，當前發(fā)射態(tài)勢下使用尾流自導一次轉(zhuǎn)角射擊所需滿足的尾流命中角是確定尾流自導魚雷射擊方式轉(zhuǎn)換時機的重要依據(jù)。一次轉(zhuǎn)角射擊陣位如圖1所示。圖中，Ms為發(fā)射魚雷時的目標位置，Ws為發(fā)射魚雷時的潛艇位置，Ds為發(fā)射魚雷時的目標距離(即Ms與Ws之間的距離)。Dm為從魚雷發(fā)射到命中目標時的目標航程(即Ms與C 之間的距離)，Dl為魚雷航程。

圖1 一次轉(zhuǎn)角射擊陣位圖Fig.1 First turning angle firing position

由文獻［2］可得，轉(zhuǎn)角射擊命中方程式為:

式中:A 值為潛望鏡至發(fā)射管口的水平位置差;a 為魚雷發(fā)射出管后的慣性直航段;Rl為魚雷轉(zhuǎn)向旋回半徑;m 為速率比。

式中:Vm為目標速度;Vl為魚雷速度。

用式(1)的數(shù)學模型進行計算，求得尾流自導魚雷射擊有利提前角φ0，首先應(yīng)進行消元變換而成為只含有未知量φ0的方程式。程序設(shè)計時采用直進射擊提前角arcsin(msinXm)賦予φ0初值，采用迭代算法即可計算出滿足一定精度要求的φ0值。

由此，可以求得一次轉(zhuǎn)角射擊尾流命中角參數(shù):

以此為依據(jù)，可確定按照當前發(fā)射態(tài)勢能否使用尾流自導魚雷采取一次轉(zhuǎn)角射擊的時機，即命中角θ ∈(θmin，θmax)范圍內(nèi)，采用一次轉(zhuǎn)角射擊;否則，就采用二次轉(zhuǎn)角射擊。

2 二次轉(zhuǎn)角射擊的參數(shù)選擇

尾流自導魚雷二次轉(zhuǎn)角射擊方式確保了魚雷進入目標尾流后能有效地檢測到尾流，在戰(zhàn)術(shù)上實現(xiàn)了武器機動代替平臺機動的效果，通過二次轉(zhuǎn)角射擊的控制方式免去了發(fā)射平臺需機動占領(lǐng)射擊陣位的過程，有效增大了發(fā)射平臺的可攻擊范圍。對于尾流自導魚雷而言，二次轉(zhuǎn)向點的確定是確定魚雷整個航行彈道的關(guān)鍵，亦是解決小舷角或大舷角條件下魚雷攻擊的重要環(huán)節(jié)。

2.1 預定命中角確定原則

由于目標速度不同，所以僅僅依賴使用者根據(jù)當前的敵我態(tài)勢，很難判斷一次轉(zhuǎn)角射擊能否滿足魚雷的命中角度要求，所以，尾流自導魚雷預定命中角確定原則是以一次轉(zhuǎn)角射擊解算的命中角大小為確定前提，解決的是對目標進行攻擊的時機問題。如果θ < θmin，或者θ > θmax，說明一次轉(zhuǎn)角射擊的命中角過小或過大，不能滿足尾流進入角的要求，應(yīng)自動轉(zhuǎn)為二次轉(zhuǎn)角射擊。二次轉(zhuǎn)角射擊所確定的預定命中角需滿足θ ∈(θmin，θmax)范圍。

2.2 參數(shù)解算模型

二次轉(zhuǎn)角射擊的實質(zhì)就是兩次解相遇問題，在給定了二次轉(zhuǎn)向點T所處目標的舷別、與未來相遇點C 之間的距離Dc和魚雷到達二次轉(zhuǎn)向點后的預定命中角θ 后，首先需要按照相遇條件解算出魚雷到達二次轉(zhuǎn)向點T 時，相對于同時刻瞄準點Cs的舷角Xr和距離Dr，以便確定魚雷一次轉(zhuǎn)角的瞄準點M′s。二次轉(zhuǎn)角射擊陣位如圖2所示。

圖2 小舷角二次轉(zhuǎn)角射擊陣位關(guān)系圖Fig.2 Second turning angle firing position of small relative bearing

根據(jù)圖2的幾何關(guān)系有:

以發(fā)射點W 作為基準點建立以正東和正北為坐標軸的直角坐標系，則瞄準點Ms(x1，y1)的坐標可通過以下方法計算［5］:

一次轉(zhuǎn)角瞄準點M′s(x2，y2)的坐標:

式中Cm與Cw分別為目標航向與我艇航向。

一次轉(zhuǎn)角瞄準點M′s(x2，y2)相對發(fā)射點的態(tài)勢:

用該組參數(shù)替代一次轉(zhuǎn)角射擊方程的態(tài)勢參數(shù)，即可以解算出魚雷的一次轉(zhuǎn)角ω1和二次轉(zhuǎn)角前的航程DT1。然后求解出魚雷的二次轉(zhuǎn)角:

魚雷完成二次轉(zhuǎn)角后，即執(zhí)行自導開機指令。二次轉(zhuǎn)向點與命中點之間距離必須大于尾流自導最小開機距離。所以，除預定命中角外，確定二次轉(zhuǎn)向點與命中點之間距離也是確定二次轉(zhuǎn)向點的關(guān)鍵因素。

2.3 二次轉(zhuǎn)向點至尾流命中點之間距離確定原則

由于魚雷技術(shù)和作戰(zhàn)使用的需要，尾流自導魚雷開機后通常需要完成下列動作:變深、變速、自導自適應(yīng)，以建立尾流自導的檢測基準等，而完成這些任務(wù)都需要一定的時間過程［6］。對于尾流自導魚雷二次轉(zhuǎn)角射擊而言，其自導開機點在二次轉(zhuǎn)角之后進行，這就使得二次轉(zhuǎn)向點至尾流命中點之間的距離必須滿足魚雷自導開機過程要求。

魚雷在攻擊過程當中，很多不確定因素也將影響尾流自導開機距離，主要包括:魚雷航行深度的影響、魚雷航向誤差的影響、魚雷速度誤差的影響及目標散布的影響。由此可以建立二次轉(zhuǎn)角射擊方式下尾流自導最小開機距離數(shù)學模型:

其中:

圖3 尾流自導魚雷二次轉(zhuǎn)向點示意圖Fig.3 Second turning point of wake self-guide torpedo

圖3 中，Dmin為尾流自導最小開機距離，d1為魚雷完成變深時航行航程，d2為魚雷完成自適應(yīng)航行航程，Δd3為目標運動要素誤差引起的魚雷直航段航程誤差，Δd4為二次轉(zhuǎn)向點散布誤差，Δh 為魚雷深度誤差，H 為魚雷巡航深度，h 為預設(shè)定的戰(zhàn)斗深度，t1為魚雷完成變深所需時間，t2為魚雷自適應(yīng)時間 (設(shè)為20 s)，α 為魚雷變深時俯仰角(設(shè)為30°)，β 為魚雷自適應(yīng)蛇行機動時與主航向夾角(設(shè)為45°)，x 為魚雷方位失準角;ΔSlΔD和ΔSlΔXm分別為目標距離誤差、航向誤差引起的魚雷直航段航程誤差。

采用目標速度Vm=20 kn，魚雷速度Vl=30 kn，三級海況，潛艇攻擊目標右舷，仿真次數(shù)N=10 000 。分別對目標距離6 000 m，10 000 m的小舷角和大舷角目標采取二次轉(zhuǎn)角射擊，利用上述數(shù)學模型計算二次轉(zhuǎn)向點至尾流預定命中點之間的距離，得出結(jié)果如表1和表2所示。

表1 目標距離6 000 m 時的最小開機距離Tab.1 The minimum operate distance when target distance is 6 000 meters

表2 目標距離10 000 m 時的最小開機距離Tab.2 The minimum operate distance when target distance is 10 000 meters

根據(jù)數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，魚雷的尾流命中角對于尾流自導最小開機距離的影響較小，目標舷角的大小影響較大，對于小舷角目標而言，攻擊遠距離目標時的尾流最小開機距離的變化規(guī)律非常穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

要想發(fā)揮尾流自導魚雷的戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢，在射擊控制過程中，就必須按照魚雷發(fā)現(xiàn)和穩(wěn)定跟蹤目標尾流的條件使魚雷進入目標尾流，這是魚雷本身的制導性能所要求的。當目標舷角過大或過小時，一次轉(zhuǎn)角射擊不能滿足進入尾流要求，需轉(zhuǎn)換為二次轉(zhuǎn)角射擊方式。本文提出以一次轉(zhuǎn)角射擊所確定的尾流命中角為依據(jù)，作為魚雷射擊方式轉(zhuǎn)換的時機。以此為基礎(chǔ)來建立尾流自導魚雷二次轉(zhuǎn)角射擊參數(shù)解算模型，提出了尾流預定命中角以及二次轉(zhuǎn)向點至尾流命中點之間距離的確定原則，使得潛艇攻擊指揮決策更加有效。

［1］孟慶玉，張靜遠，等.魚雷作戰(zhàn)效能分析［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2003:164-167.

［2］趙正業(yè).潛艇火控原理［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2003(3):266-272.

［3］武志東，李祥柯.尾流自導魚雷一次轉(zhuǎn)角射擊時的有效射擊陣位［J］.艦船電子工程，2007(3):199-202.

［4］孟范棟，黃文斌，王軍.尾流自導魚雷二次轉(zhuǎn)角射擊最優(yōu)參數(shù)解算研究［J］.艦船科學技術(shù)，2009，31(8):120-123.

［5］李本昌，李長文.預定相遇態(tài)勢的潛射魚雷射擊及其技術(shù)方法［J］.指揮控制與仿真，2013(2):5-8.

［6］野學范，李本昌，等.尾流自導魚雷最小開機距離及其應(yīng)用［J］.指揮控制與仿真，2011(5):33-36.