吳 芳, 高青偉, 吳 銘

(海軍航空大學(xué), 山東 煙臺 264001)

艦機兩翼側(cè)出前向協(xié)同巡邏護航反潛模型及仿真*

吳 芳, 高青偉, 吳 銘

(海軍航空大學(xué), 山東 煙臺 264001)

為了應(yīng)對敵潛艇對艦艇編隊航渡過程中的威脅,可由艦載反潛直升機與反潛水面艦艇組成反潛巡邏線對我方艦艇編隊提供巡邏反潛防護。主要研究了一種新型的兩翼前出型艦機前向協(xié)同巡邏反潛方法,建立了反潛直升機和水面艦艇的初始集結(jié)點的位置模型、協(xié)同反潛巡邏線有效寬度模型、反潛直升機和水面艦艇的搜潛動作協(xié)同模型,并通過仿真對該系列模型進行驗證。

艦艇編隊; 護航反潛; 艦機協(xié)同

在護航過程中為了應(yīng)對敵潛艇對艦艇編隊的威脅,由艦載反潛直升機與反潛水面艦艇進行有效協(xié)同,組成反潛巡邏線對我方艦艇編隊提供巡邏反潛防護。一般根據(jù)上級指示或綜合判斷敵潛艇的可能來襲方向,將巡邏反潛分為前向巡邏反潛防護、側(cè)翼巡邏反潛防護、后方巡邏反潛防護以及全向巡邏反潛防護。艦艇編隊在航渡過程中,敵潛艇的威脅通常來自艦艇編隊的前方。因此,前方反潛防護是護航反潛中最常用、最主要的護航反潛方法。

前方反潛防護方法為使用反潛直升機和反潛水面艦艇,在編隊前方建立反潛巡邏線,對艦艇編隊進行反潛防護。水面艦艇由于續(xù)航能力強,能持續(xù)進行探測,因此反潛巡邏線的中間部分也就是編隊受到威脅最大的正前方,應(yīng)由反潛水面艦艇組成;反潛直升機機動靈活,應(yīng)處于反潛巡邏線的兩端部分來增加反潛防護寬度。本文主要研究了一種新型的兩翼前出型艦機前向協(xié)同巡邏反潛方法,建立了反潛直升機和水面艦艇的初始集結(jié)點的位置模型、協(xié)同反潛巡邏線有效寬度模型、反潛直升機和水面艦艇的搜潛動作協(xié)同模型,并通過仿真對該系列模型進行驗證。

1 兩翼側(cè)出型艦機協(xié)同反潛搜索模型

兩翼前出型艦機協(xié)同搜索方法中反潛水面艦艇兩側(cè)的艦載反潛直升機與反潛水面艦艇不呈直線排列,而是適當前出,構(gòu)成“V”字形的搜索陣型,以增加反潛縱深。如圖1所示。

圖1 兩翼前出型艦機協(xié)同搜索方法示意圖

在反潛行動之前,各反潛兵力首先要到達指定站位。設(shè)艦艇編隊中心點的初始坐標為(x編，y編),編隊最前方位置坐標為(x前,y前),反潛水面艦艇的初始坐標為(x艦，y艦),兩架反潛直升機的初始坐標分別為(x機1,y機1)和(x機2,y機2)。其中,依據(jù)編隊兵力編成情況,由編組指揮人員確定編隊最前方位置坐標。

為了充分保證艦艇編隊前方的安全,反潛巡邏線必須建立在編隊前方敵潛艇攻擊武器(一般為魚雷)最大射程r潛之外，因為，反潛水面艦艇的初始集結(jié)位置為

(1)

為在艦艇編隊前方構(gòu)成一條完整的反潛巡邏線，水面艦艇與反潛直升機之間除了在編隊航行方向之外，在垂直航行方向上的距離應(yīng)為兩者聲吶有效作用距離之和。設(shè)艦載聲吶的有效探測距離為D艦，機載聲吶的有效探測距離為D機，單架反潛直升機曲折運動的防護寬度為L機，那么以巡邏線遠端為起始點，反潛直升機的初始集結(jié)位置為

(2)

如果反潛水面艦艇兵力比較充足,且艦艇編隊前方敵潛艇威脅較大,可同時使用兩艘反潛水面艦艇與兩架艦載反潛直升機共同建立反潛巡邏線。如果兩艘反潛水面艦艇艦載聲吶的有效探測距離相同,都為D艦,則這兩艘反潛水面艦艇之間的間距應(yīng)為2D艦。如圖2所示。

圖2 雙艦雙機兩翼前出型協(xié)同搜索方法示意圖

設(shè)兩艘水面艦艇的初始坐標分別為(x艦1,y艦1)和(x艦2,y艦2),則有

(3)

以巡邏線遠端為起始點,反潛直升機初始集結(jié)位置為

(4)

前向反潛巡邏線的寬度l前是艦機協(xié)同前向防護方法反潛效能最直接的體現(xiàn),兩翼側(cè)出反潛防護線寬度l前為

(5)

2 兵力動作協(xié)同模型

反潛直升機使用吊放聲吶進行搜索時,其搜索速度與艦艇編隊的航行速度不一致,為了保證艦載反潛直升機的搜索運動與艦艇編隊運動之間保持同步,艦載反潛直升機一般采用曲折運動搜索法。如圖3所示。

圖3 艦載反潛直升機曲折運動搜索法示意圖

各反潛兵力到達指定站位后,開始進行動態(tài)同步搜潛過程。在航渡過程中,可認為一定時間內(nèi)艦艇編隊的航行屬于勻速直線運動,設(shè)艦艇編隊航速為V編,那么在t時刻編隊中心位置的坐標(xt編,yt編)滿足如下關(guān)系:

(6)

設(shè)反潛水面艦艇的航速為V艦,方向與編隊保持一致,在t時刻反潛艦艇位置的坐標為(xt編,yt編),則有

(7)

其中，反潛水面艦艇要實現(xiàn)對艦艇編隊的同步反潛，因此水面艦艇速度V艦應(yīng)與編隊航行速度V編相等，即

V艦=V編

(8)

若進行雙艦反潛，則有

(9)

直升機曲折運動的控制過程比較復(fù)雜,應(yīng)根據(jù)對戰(zhàn)場態(tài)勢分析選擇合適的探測間距d,而每條直線上的探測點數(shù)n以及轉(zhuǎn)折角Δ轉(zhuǎn)折,可以根據(jù)以下關(guān)系和限制條件通過計算得出。

首先,直升機曲折運動形成防護線的寬度L機必須大于上級要求的防護寬度L敵,根據(jù)圖3中幾何關(guān)系有

(10)

其中，D潛為艇載聲吶的有效探測距離。

進一步整理得:

L機=[(n-1)d+2D機]·cosΔ轉(zhuǎn)折/2≥L敵

(11)

其次，要保證能夠?qū)崿F(xiàn)同步搜潛，當一個同步周期結(jié)束時，根據(jù)圖中幾何關(guān)系可將艦艇編隊的航行時間t編表示為

t編=2L·sin(Δ轉(zhuǎn)折/2)/V編=2[(n-1)d+2D機]·sin(Δ轉(zhuǎn)折/2)/V編

(12)

而艦載反潛直升機的搜索周期t周為:

t周=(2n-1)(t放+t測+t收+d/V直)

(13)

即

2[(n-1)d+2D機]·sin(Δ轉(zhuǎn)折/2)/V編(2n-1)(t放+t測+t收+d/V直)

(14)

因為反潛巡邏機吊放點數(shù)n應(yīng)為正整數(shù),則:

(15)

通過對上式求解,可計算出探測點數(shù)n以及轉(zhuǎn)折角Δ轉(zhuǎn)折。

兩機從初始站位(x機1,y機1)和(x機2,y機2)處開始作曲折運動,以編隊左側(cè)直升機為例,具體控制過程如下流程框圖4所示。

圖4 反潛直升機曲折運動控制流程圖

其中,假設(shè)上一懸停點的坐標為(x0,y0),則直線飛行階段的坐標關(guān)系表示為

(16)

設(shè)直升機的懸停時間為t懸,則有:

t懸=t周-d/V直

(17)

循環(huán)此過程,直至搜索結(jié)束直升機返航。

3 界面動態(tài)仿真演示

為了進一步驗證上述模型，對艦機兩翼側(cè)出型前向協(xié)同反潛方法進行仿真分析。所需要輸入的戰(zhàn)場環(huán)境參數(shù)主要包括：反潛直升機速度V直、艦艇編隊的速度V編、反潛直升機探測有效范圍D機、反潛艦艇的有效探測范圍D艦、吊聲探測周期t周期、探測點的間距d、敵潛艇武器的最大射程r潛以及上級要求的反潛防護寬度l敵。圖5為艦機兩翼側(cè)出型前向協(xié)同反潛方法人機交互界面。圖中，左側(cè)為仿真參數(shù)輸入和輸出部分，右側(cè)為艦機協(xié)同搜潛圖形動態(tài)演示部分。通過仿真計算可以得到：反潛直升機曲折運動時的轉(zhuǎn)折角Δ轉(zhuǎn)折和曲折運動時每條直線上的探測點數(shù)目n，以及前向防護寬度l前。

圖5 前向防護模型演示畫面

4 結(jié)束語

艦載反潛直升機與編隊內(nèi)的反潛水面艦艇都是航母編隊的主要反潛兵力,共同承擔航母編隊的反潛防御作戰(zhàn)任務(wù)。本文主要研究了一種新型的兩翼前出型艦載反潛直升機與反潛水面艦艇前向協(xié)同巡邏反潛方法,建立了反潛直升機和水面艦艇的初始集結(jié)點的位置模型、協(xié)同反潛巡邏線有效寬度模型、反潛直升機和水面艦艇的搜潛動作協(xié)同模型,并通過仿真對該系列模型進行驗證。

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Models and Simulations for the Ship-Heli Cooperating of Forward Patrol and Anti-submarine of the Two-wing Warships

WU Fang, GAO Qing-wei, WU Ming

(Naval Aeronautical and Astronautical University, YanTai 264001, China)

In order to deal with the enemy submarine fleet during navigation threats, may consist of shipboard anti-submarine helicopters and anti-submarine surface ship anti-submarine patrol line on our fleet to provide anti-submarine protection. In this paper, we study a new approach to the forward patrol and anti-submarine of the two-wing warships, and establish the position model of the initial assembly point of the anti-submarine helicopters and surface ships, the effective width model of the anti-submarine patrol line, the anti-submarine helicopters and the surface ships. And the simulation model is validated by simulation.

naval ship formation; anti-submarine escort; surface ship and helicopter coordination

1673-3819(2017)06-0035-03

E926.3； E925.6

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.06.008

2017-05-24

2017-07-27

國家自然科學(xué)基金項目資助(61271444)

吳 芳(1981-),女,遼寧葫蘆島人，博士、講師，研究方向為航空反潛。高青偉(1978-),男,博士,講師。吳 銘(1976-),男,碩士,副教授。