郭昭蔚

(中國船舶重工集團公司 第七一三研究所，河南 鄭州450015)

0 引 言

某型中口徑艦炮是我國海軍綜合作戰(zhàn)能力最優(yōu)異的艦炮之一，具有射速高、火力強、精度高、持續(xù)射擊能力強的特點，同時具備隱身防護性能，采用內能驅動和數(shù)字交流隨動系統(tǒng)，可有效打擊和毀傷飛航式反艦導彈、飛機及其他空中目標，對軍艦可形成有效的中、近程防空火力。但該型艦炮從設計定型至今已有十余年時間，隨著海軍裝備的不斷發(fā)展，對該型艦炮防空反導能力提出了更高的要求。

本文通過分析不同的改進方法和性能指標對該型艦炮作戰(zhàn)效能的影響，對以提高射速為目的的多管艦炮和以提高艦炮系統(tǒng)精度為目標的新型單管艦炮2 種方案進行對比，以對空中目標的毀殲概率和單發(fā)命中概率作為評價指標，開展某型中口徑艦炮改進方法的研究。

1 計算的基本依據(jù)

某型中口徑艦炮對空作戰(zhàn)目標為6 km 以內的來襲飛航式反艦導彈、固定翼飛機、直升機和其他空中目標，根據(jù)該艦炮的基本性能，有以下計算依據(jù):

1)艦炮1 000 m 立靶密集度σb0;

2)艦炮跟蹤瞄準精度Em0;

3)為了充分發(fā)揮某型中口徑艦炮的對空反導性能，該炮配有近炸預制破片彈，其有效殺傷威力半徑為對飛機R0，對導彈R0/2 。

4)某型中口徑艦炮射速為n 發(fā)/分;對于多管艦炮，設定其射速為4n 發(fā)/分，并假設其跟蹤瞄準精度與某型中口徑艦炮一致。

5)為對比不同射速、不同跟蹤瞄準精度的艦炮對空毀殲概率，設定對空射擊范圍均為6 000 m～3 000 m。

2 單炮毀殲概率的計算

單炮對目標進行射擊時，在選定典型航路、典型目標情況下，目標航路上的毀殲概率Pkn僅是射速、艦炮射擊散布精度的函數(shù)。

2.1 單發(fā)命中概率計算公式

設單炮全航路對空射擊時，每發(fā)射擊時均獨立地決定諸元，多次射擊每發(fā)相互獨立，各散布中心與目標中心相重合(沒有系統(tǒng)誤差)?？砂凑諒椫c散布為圓分布(σb0=σnb0=σzb0)進行計算，目標是圓心在坐標原點的圓，其半徑為rm，則單發(fā)命中概率公式為［1］:

式中:E 為艦炮隨機綜合偏差的中間偏差;ρ 為炮兵常數(shù)，取ρ=0.476 936。

中間偏差E 與均方差σ、算術平均誤差E1的關系分別為:

2.2 全航路射擊目標毀殲概率公式

假定各發(fā)彈毀殲目標的時間互相獨立，且在效殺傷威力半徑內1 發(fā)就可毀殲目標，則N 發(fā)彈的毀殲目標概率公式為［1］:

2.3 某型中口徑艦炮目標毀殲概率計算

某型中口徑艦炮射速為n 發(fā)/分，對空射擊范圍為6 000 m～3 000 m，全航路對空射擊。按式(2)和式(5)進行計算，根據(jù)計算結果，繪制了某型中口徑艦炮單發(fā)命中概率隨射擊距離變化曲線(見圖1)和目標毀殲概率隨射擊距離變化曲線(見圖2)，結果表明:

1)單炮對空射擊(距離6 000 m～3 000 m)，單發(fā)命中概率對飛機從3.01%遞增到10.67%，對導彈從0.76%遞增到2.78%。

2)單炮全航路射擊，目標綜合毀殲概率對飛機為71.23%，對導彈為26.76%。

圖1 某型中口徑艦炮單發(fā)命中概率Fig.1 One-round-hit probability of certainmedium caliber naval gun

圖2 某型中口徑艦炮目標毀殲概率Fig.2 Killing probability of certainmedium caliber naval gun

2.4 多管艦炮目標毀殲概率計算

多管艦炮射速為4n 發(fā)/分，對空射擊范圍為6 000 m～3 000 m，全航路射對空射擊。按式(2)和式(5)進行計算，根據(jù)計算結果，繪制了多管艦炮單發(fā)命中概率隨射擊距離變化曲線(見圖3)和目標毀殲概率隨射擊距離變化曲線(見圖4)，結果表明:

1)單炮對空射擊(距離6 000 m～3 000 m)，單發(fā)命中概率對飛機從3.01%遞增到11.4%，對導彈從0.76%遞增到2.98%。

2)單炮全航路射擊，目標綜合毀殲概率對飛機為99.4%，對導彈為72.2%。

圖3 多管艦炮單發(fā)命中概率Fig.3 One-round-hit probability of multi-barrel

圖4 多管艦炮目標毀殲概率Fig.4 Killing probability of multi-barrel

2.5 某型中口徑艦炮與多管艦炮全航路射擊目標毀殲概率計算結果對比

根據(jù)基本假設，某型中口徑艦炮與多管艦炮二者射擊精度和隨動精度一致，僅射速不同。在射擊區(qū)間6 000 m～3 000 m 范圍內，計算結果對比見表1。

表1 全航路對空射擊對比Tab.1 The contrast of shooting on the whole air route

從圖、表中可看出，多管艦炮與某型中口徑艦炮相比，在射擊精度和隨動精度一致的情況下，單發(fā)命中概率并不會增加。但是多管艦炮射速高，全航路射擊范圍內增加了射擊次數(shù)，使得對空中目標的綜合毀殲概率增加。

在艦炮射擊精度和隨動系統(tǒng)精度無法進一步提升的情況下，提高射速確實是一種提高艦炮對空目標毀殲概率的有效方法。下面進一步分析系統(tǒng)誤差對艦炮系統(tǒng)射擊精度的影響。

3 誤差對系統(tǒng)射擊精度的影響

在選定典型航路、典型目標情況下，艦炮武器系統(tǒng)其他的射擊條件，如點射長度、點射間隔時間等均保持不變，目標航路上的毀殲概率Pkn是射速、艦炮散布精度、艦炮隨動系統(tǒng)瞄準精度的函數(shù)［2-4］。

艦炮射速為V0，艦炮散布精度特征以散布誤差的均方差σb0(σnb0，σzb0)表征;艦炮隨動系統(tǒng)瞄準精度特征以瞄準誤差的均方差σm(σφm，σβm)表征。艦炮毀殲概率Pkn與射速、艦炮散布精度、艦炮隨動系統(tǒng)瞄準精度的函數(shù)關系可由式 (6)表達［2，5-6］:

以待分析的參數(shù)為變量(在某一范圍內取值)，其他參數(shù)為常量的方法，來研究該參數(shù)對毀殲概率的影響，最后找出各參數(shù)之間的匹配關系。下面仍以某型中口徑艦炮為例進行分析和計算，目標分別為導彈和飛機，射擊提前點距離仍為6 000 m～3 000 m。

過去一年，富含高科技元素的智能新品層出不窮，隨著生活習慣的改變和消費觀念的轉變，消費者對這些智能化產(chǎn)品的關注熱度也是持續(xù)走高。在家電智能化及互聯(lián)網(wǎng)家電基礎上構筑起來的智能家居解決方案，更是吸引了大批熱衷科技、追求高效率生活方式的年輕消費人群。

3.1 艦炮射彈散布精度對毀殲概率的影響

為了分析艦炮散布精度σb0對毀殲概率Pkn的影響，保持其他精度參數(shù)不變，計算艦炮射彈散布從0.3～4 mrad 之間變化時毀殲概率Pkn的變化情況。計算結果如圖5所示。

圖5 毀殲概率隨艦炮散布精度變化曲線Fig.5 The probability of killing with naval gun dispersion accuracy change curve

從圖5 可看出，其他參數(shù)保持不變且目標確定時，σb0較小時，σb0的變化對Pkn的影響較小;當σb0較大時，Pkn隨σb0的增大而明顯減小。同時看到，目標較小時，Pkn隨σb0的減小無明顯增大，這時僅僅靠減小σb0不足以提高艦炮對目標的毀殲概率，應考慮同時提高武器系統(tǒng)其他精度參數(shù)。

3.2 隨動系統(tǒng)瞄準精度對毀殲概率的影響

保持艦炮散布精度不變，計算艦炮隨動系統(tǒng)瞄準精度Em從1～4 mrad 之間變化時，Em可以由σm根據(jù)式(3)計算得到，毀殲概率Pkn的變化情況。計算結果如圖6所示。

圖6 毀殲概率隨艦炮隨動系統(tǒng)瞄準精度變化曲線Fig.6 The probability of killing with naval gun servo system aiming accuracy change curve

從圖6 可看出，其他精度保持不變且目標確定時，Pkn隨Em的減小而明顯增大，但是目標較小時，Pkn隨Em的減小而增大的趨勢較緩。說明通過提高艦炮隨動系統(tǒng)瞄準精度提高艦炮對目標毀殲概率效果明顯，但是當目標較小時，僅靠減小Em不足以提高艦炮對目標的毀殲概率，應考慮同時提高武器系統(tǒng)其他精度參數(shù)。

4 新型單管艦炮方案改進分析

根據(jù)某型中口徑艦炮多年生產(chǎn)、使用過程中總結的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，可設定艦炮立靶密集度、隨動系統(tǒng)跟蹤誤差取值區(qū)間:

1)艦炮千米立靶密集度優(yōu)化目標區(qū)域:

2)跟蹤瞄準精度優(yōu)化目標區(qū)域:

仍選取對空射擊區(qū)間為6 000 m～3 000 m，因為新型單管艦炮射速不變，艦炮射擊速度n 發(fā)/分。為尋求系統(tǒng)精度參數(shù)較好的匹配關系，σb計算區(qū)間按Δ=σb0/3 為間隔，利用正交分析法，設計12 種單炮對空射擊的交叉工況。按式 (2)和式(5)對全部工況進行計算，計算結果如表2所示。

表2 單炮全航路射擊計算結果Tab.2 The calculation results of one gun shooting on the whole air route

表3 單管艦炮改進工況與多管艦炮對比Tab.3 The contrast of single barrel gun improve condition with multi-barrel gun

參考公開的資料，意大利OTO-76mm 超射速型艦炮相關精度指標見表4。表中的數(shù)據(jù)說明，與OTO-76 艦炮相比，某型中口徑艦炮在立靶密集度、隨動精度等方面還有較大的優(yōu)化和改進空間，隨著近年來我國設計和制造水平的提高，技術人員通過多年對兩型艦炮的技術跟蹤和研究，提高艦炮系統(tǒng)精度的關鍵技術已被掌握，已經(jīng)具備對某型中口徑艦炮進行優(yōu)化改進的技術能力。

表4 OTO-76 艦炮精度參數(shù)Tab.4 The accuracy parameter of OTO-76 naval gun

參照OTO-76 艦炮各項指標，結合目前我國艦炮研制水平，認為對新型單管艦炮設定以下改進目標是合理的:

該目標可達到表2和表3 中改進工況1的要求，對空中目標從6 000 m～3 000 m 區(qū)間航路的毀殲概率和單發(fā)命中概率可達:

毀殲概率:0.740 5 (對導彈)，

0.995 5 (對飛機);

單發(fā)命中概率:0.032 5～0.115 0 (對導彈)，

0.123 8 ～0.386 5 (對飛機)。

相對多管艦炮方案，采用提高艦炮系統(tǒng)精度的新型單管艦炮方案有以下優(yōu)點。

1)轉動慣量小

隨著質量和體積的增大，轉動慣量增大，不利于隨動精度的提高;

2)供彈速度要求低

隨著射速的提高，對供彈系統(tǒng)有更高的要求，當射速達到一定程度，供彈系統(tǒng)設計難度較大;

3)結構簡單、使用維護成本低;

4)體積小質量輕、，有利于中、小艦艇的裝備和使用，適裝性高;

5)技術成熟，周期短，效費比較高。

5 結 語

綜合以上計算和分析，提高系統(tǒng)精度和提高射速均是提高艦炮的作戰(zhàn)效能的有效途徑，但是從作戰(zhàn)使命、作戰(zhàn)效能、經(jīng)濟性、實用性、易實現(xiàn)性等多方面考慮，在原型炮的基礎上改進，以提高艦炮系統(tǒng)精度為主要改進方向的新型單管艦炮不失為一種更好、更為有效的方法和途徑。

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