王順杰，許兆鵬，朱偉良，野學(xué)范

(海軍潛艇學(xué)院, 山東 青島 266199)

0 引言

線導(dǎo)魚雷攻擊是潛艇對水面目標(biāo)遠(yuǎn)距離攻擊的主要方式之一[1]，從理論上講只要有目標(biāo)方位信息就可以實(shí)施線導(dǎo)魚雷攻擊[2]。采用線導(dǎo)導(dǎo)引可擴(kuò)大魚雷的攻擊范圍，攻擊速度快，因此，國內(nèi)外遠(yuǎn)航程魚雷大都采用線導(dǎo)導(dǎo)引[3-5]。線導(dǎo)魚雷基本導(dǎo)引方法主要有現(xiàn)在方位導(dǎo)引法、修正方位導(dǎo)引法、前置點(diǎn)導(dǎo)引法和人工導(dǎo)引法[6-11]，任何一種導(dǎo)引方法的使用都需要滿足一定的條件，或者在某些特殊情況下使用[12]，如前置點(diǎn)導(dǎo)引時需要有較為準(zhǔn)確的目標(biāo)運(yùn)動要素，因此一般情況下在一次線導(dǎo)魚雷攻擊過程中應(yīng)根據(jù)導(dǎo)引條件的變化適時調(diào)整導(dǎo)引方法，或通過合理的機(jī)動為導(dǎo)引創(chuàng)造條件[13-14]。

當(dāng)沒有準(zhǔn)確距離信息時，當(dāng)目標(biāo)舷角0°，很難解算出目標(biāo)速度，此時由于沒有目標(biāo)距離和速度信息，不宜采用前置點(diǎn)導(dǎo)引法和人工導(dǎo)引法。若魚雷按現(xiàn)在方位導(dǎo)引法對目標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)引，則無論是聲自導(dǎo)魚雷還是尾流自導(dǎo)魚雷，命中角都很小，導(dǎo)致目標(biāo)噪聲或尾流進(jìn)入角都很小，不利于魚雷捕獲目標(biāo)。

本文研究線導(dǎo)魚雷蛇形彈道搜索方法及其使用時機(jī)，不但可以利用魚雷蛇形機(jī)動產(chǎn)生一定的目標(biāo)舷角，而且可以有效擴(kuò)大魚雷搜索范圍，可提高魚雷捕獲目標(biāo)的概率。

1 蛇形彈道搜索的概念

所謂蛇形彈道搜索是指魚雷按一定時間間隔交替向左或向右偏離主航向一定角度后直航搜索一定時間(直航搜索時間可以為0 s)，以擴(kuò)大搜索范圍，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的蛇形機(jī)動搜索。

2 蛇形彈道搜索使用時機(jī)

在線導(dǎo)魚雷攻擊時，為提高魚雷捕獲目標(biāo)的概率，蛇形彈道搜索可在以下兩種典型情況下使用。

2.1 只有目標(biāo)方位信息時的小目標(biāo)舷角攻擊

沒有準(zhǔn)確目標(biāo)運(yùn)動要素，只有目標(biāo)方位信息時。如圖1所示，當(dāng)目標(biāo)舷角很小時，若強(qiáng)行采用現(xiàn)在方位導(dǎo)引法很難使魚雷有效捕獲目標(biāo)尾流，魚雷命中角非常小。而該態(tài)勢下由于沒有準(zhǔn)確目標(biāo)運(yùn)動要素信息，也不宜采用前置點(diǎn)導(dǎo)引法進(jìn)行占位射擊，此時雖然可以采用人工導(dǎo)引法將魚雷向外導(dǎo)引，產(chǎn)生一定的舷角，但由于距離信息不準(zhǔn)確，受到人為定性判斷局限性的影響，人工操作很難對魚雷進(jìn)行持續(xù)、準(zhǔn)確地導(dǎo)引[15]。

圖1 線導(dǎo)加尾流自導(dǎo)魚雷攻擊示意圖

因此，為了提高尾流自導(dǎo)魚雷捕獲尾流概率，若判斷目標(biāo)舷角很小(0°左右)，當(dāng)目標(biāo)方位與魚雷方位基本一致時，魚雷航向與目標(biāo)航向大致相反，可適時控制魚雷進(jìn)行蛇形搜索。魚雷蛇形搜索過程中，一旦判斷出目標(biāo)機(jī)動，可及時將系統(tǒng)導(dǎo)引方法轉(zhuǎn)換為現(xiàn)在方位導(dǎo)引法，使魚雷按現(xiàn)在方位攻擊目標(biāo)。

2.2 目標(biāo)方位無效

在遠(yuǎn)距離采用線導(dǎo)加被動聲自導(dǎo)魚雷對目標(biāo)實(shí)施攻擊后，若目標(biāo)采取降速措施對抗魚雷及艦殼聲納的探測，導(dǎo)致目標(biāo)方位突然丟失或無效時，可人工控制將魚雷導(dǎo)向目標(biāo)丟失前最后一個有效聲納方位的位置區(qū)域，為了擴(kuò)大魚雷搜索范圍，提高魚雷捕獲目標(biāo)概率，當(dāng)魚雷直航一定距離使魚雷快速接近目標(biāo)后，可適時轉(zhuǎn)換為蛇形彈道搜索。

3 蛇形彈道搜索控制模型

對于線導(dǎo)魚雷，其初始彈道通常采用修正方位導(dǎo)引法，航行一段時間后再適時轉(zhuǎn)換為現(xiàn)在方位導(dǎo)引法搜索目標(biāo)。在線導(dǎo)魚雷搜索過程中，假設(shè)轉(zhuǎn)換為蛇形彈道搜索的初始時刻t1魚雷位于L(t1)點(diǎn)，此時以速度vl沿航向Cl(t1)航行，建立如下魚雷蛇形彈道搜索控制模型：

1)魚雷先向右以一定角速度ωl轉(zhuǎn)向一定角度β，轉(zhuǎn)向任意時刻魚雷位置為

除了作為技術(shù)人員要學(xué)習(xí)新的專業(yè)知識，最有挑戰(zhàn)性的是，項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)直接把整個儲罐專業(yè)的日常運(yùn)營管理工作也交給了我。這就是說，日常除了管技術(shù)還要帶團(tuán)隊(duì)。由于我們的團(tuán)隊(duì)人員結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，100 多人的團(tuán)隊(duì)，中方40 多人，其他60 人全是外方人員，具體包括印度人、巴基斯坦人、孟加拉人、阿富汗人，以及尼泊爾人。施工過程中，中方員工主導(dǎo)，起帶頭帶班作用，外籍人員輔助。

(1)

轉(zhuǎn)向結(jié)束時刻為

(2)

魚雷航向?yàn)?/p>

Cl(t2)=Cl(t1)+β.

(3)

2)轉(zhuǎn)向結(jié)束后魚雷直航一定時間T，直航任意時刻魚雷位置為

L(t)=L(t-1)+vleiCl(t2)，

(4)

魚雷直航結(jié)束時刻為

t3=t2+T.

(5)

3)魚雷向反方向以一定角速度ωl轉(zhuǎn)向一定角度2β，轉(zhuǎn)向任意時刻魚雷位置為

(6)

轉(zhuǎn)向結(jié)束時刻為

(7)

魚雷航向?yàn)?/p>

Cl(t4)=Cl(t3)-2β.

(8)

4)轉(zhuǎn)向結(jié)束后魚雷直航一定時間2T，直航任意時刻魚雷位置為

L(t)=L(t-1)+vleiCl(t4)，

(9)

則魚雷直航結(jié)束時刻為

t5=t4+2T.

(10)

5)反復(fù)執(zhí)行步驟3、步驟4.

4 線導(dǎo)魚雷蛇形彈道搜索仿真分析

4.1 線導(dǎo)加尾流自導(dǎo)蛇形彈道搜索仿真分析

想定條件：假設(shè)目標(biāo)方位060°，距離60 鏈，目標(biāo)舷角0°，目標(biāo)速度16 kn，魚雷速度36 kn，本艇航向060°，速度4 kn，魚雷速度均方誤差1 kn，魚雷航向均方誤差1.0°.魚雷轉(zhuǎn)向時曲線相對主搜索航向的最大切線角度為±35°，轉(zhuǎn)向角速度為5°/s，右或左循環(huán)轉(zhuǎn)舵的每個周期約26 s(轉(zhuǎn)向14 s，直航12 s)。

表1為不同方位誤差條件下，采用現(xiàn)在方位導(dǎo)引法和執(zhí)行蛇形彈道搜索法對尾流的捕獲概率及進(jìn)入角大于30°時的概率。通過分析可以看出：在誤差一定時，現(xiàn)在方位導(dǎo)引法捕獲尾流概率較低，由于尾流進(jìn)入角非常小，可以認(rèn)為仿真條件下現(xiàn)在方位導(dǎo)引法成功捕獲并進(jìn)入尾流的概率為0；而采用蛇形彈道搜索法時，首先魚雷捕獲尾流概率明顯提高，其次如圖2所示魚雷進(jìn)入尾流角也有明顯的改善，因此可以認(rèn)為蛇形彈道搜索法成功捕獲并進(jìn)入尾流的概率較現(xiàn)在方位導(dǎo)引法有明顯的提高。

表1 魚雷捕獲尾流及進(jìn)入尾流角大于30°概率

圖2 線導(dǎo)加尾流自導(dǎo)蛇形彈道搜索示意圖

圖3為魚雷航向隨時間的變化曲線圖，圖4為每10 s一個周期時的魚雷方位曲線圖，仿真假設(shè)目標(biāo)方位060°，根據(jù)魚雷航向與魚雷方位的變化規(guī)律，當(dāng)目標(biāo)方位與魚雷方位基本一致，魚雷航向變化不大時，可控制魚雷進(jìn)行蛇形彈道搜索。由于魚雷轉(zhuǎn)向時曲線相對主搜索航向的最大切線角度為±35°，當(dāng)魚雷執(zhí)行蛇形彈道搜索后航程損失大約為13.8%，以仿真采用魚雷速度36 kn計(jì)算，相當(dāng)于損失約5 kn的速度。

圖3 魚雷航向變化曲線圖

圖4 魚雷方位變化曲線圖

通過上述分析可以看出，蛇形彈道搜索在一定程度上可以提高魚雷捕獲尾流概率，但由于尾流自導(dǎo)魚雷攻擊時需要有準(zhǔn)確的目標(biāo)舷別，而采用蛇形彈道搜索法時無法預(yù)判魚雷進(jìn)入尾流時的目標(biāo)舷別，因此若自始至終一直使用尾流自導(dǎo)方式搜索攻擊目標(biāo)，必然會有諸多的問題使魚雷不能成功命中目標(biāo)。由于蛇形彈道搜索的特點(diǎn)決定了魚雷進(jìn)入距離不會超過一個蛇形間隔，也就是當(dāng)魚雷捕獲尾流時，魚雷離目標(biāo)已經(jīng)非常近了，且目標(biāo)一定處于本艇和魚雷之間，相對位置關(guān)系比較確定。因此線導(dǎo)加尾流自導(dǎo)蛇形彈道搜索可更多地用來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后的攻擊方式可采用聲自導(dǎo)方式。

假設(shè)目標(biāo)出尾流時刻Tw位于L(Tw)點(diǎn)，航向Cl(Tw)，關(guān)閉尾流自導(dǎo)、開啟聲自導(dǎo)并以速度vs、角速度ωs轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向任意時刻魚雷位置為

(11)

任意時刻魚雷航向?yàn)?/p>

Cl(t)=Cl(t-1)+ωs.

(12)

圖5為采用線導(dǎo)加尾流自導(dǎo)魚雷蛇形彈道搜索捕獲目標(biāo)后，魚雷轉(zhuǎn)聲自導(dǎo)并向本艇方向轉(zhuǎn)向的示意圖。通過仿真發(fā)現(xiàn)，當(dāng)魚雷捕獲尾流后轉(zhuǎn)聲自導(dǎo)攻擊目標(biāo)，聲自導(dǎo)再次成功捕獲目標(biāo)的概率接近100%.因此該方法在一定程度上保證了魚雷命中目標(biāo)概率。

圖5 蛇形彈道搜索捕獲尾流后轉(zhuǎn)聲自導(dǎo)攻擊示意圖

4.2 線導(dǎo)加聲自導(dǎo)蛇形彈道搜索仿真分析

想定條件：假設(shè)目標(biāo)初始方位055°，目標(biāo)初始速度20 kn，目標(biāo)采用降速措施規(guī)避魚雷(目標(biāo)方位丟失時魚雷目標(biāo)距離3 000 m)，變速后目標(biāo)速度12 kn，目標(biāo)同時進(jìn)行變向機(jī)動(變向角速度2/s，加速度-1 kn/s)，方位均方誤差為1，魚雷航速均方誤差為1 kn.魚雷轉(zhuǎn)向時曲線相對主搜索航向的最大切線角度為±30°，轉(zhuǎn)向角速度為5°/s，右或左循環(huán)轉(zhuǎn)舵的每個周期約12 s(轉(zhuǎn)向12 s，直航0 s)。由于存在一定的距離誤差，當(dāng)方位無效時，距離信息的不準(zhǔn)確將導(dǎo)致人工導(dǎo)引魚雷向目標(biāo)最后聲納方位直線航行時必然會產(chǎn)生一定的方位誤差，且該方位誤差直接影響魚雷航向，將此時的魚雷航向均方誤差稱為綜合航向均方誤差，其值為1°(2°或3°).

表2～表4為取不同綜合航向均方誤差、不同條件下直航搜索和直航加蛇形彈道搜索時的魚雷捕獲目標(biāo)概率。圖6和圖7分別為魚雷直航搜索和直航加蛇形彈道搜索時捕獲目標(biāo)示意圖。

表2 綜合航向均方誤差1°時魚雷捕獲目標(biāo)概率

分析以上數(shù)據(jù)可以得出2點(diǎn)規(guī)律：1)相同條件下，直航加蛇形彈道搜索捕獲目標(biāo)概率要高于直航搜索捕獲概率；2)由于距離誤差導(dǎo)致的人工導(dǎo)引魚雷向目標(biāo)最后方位航行航向誤差越大時，直航搜索和直航加蛇形彈道搜索概率都有所減低，但直航加蛇形彈道搜索的整體效果也越好。

5 結(jié)論

本文對潛射線導(dǎo)魚雷蛇形彈道搜索進(jìn)行了研究，對提出的蛇形彈道典型使用時機(jī)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。通過分析，得到以下結(jié)論：

表3 綜合航向均方誤差2°時魚雷捕獲目標(biāo)概率

表4 綜合航向均方誤差3°時魚雷捕獲目標(biāo)概率

圖6 魚雷直航搜索捕獲目標(biāo)示意圖

圖7 魚雷直航加蛇形彈道搜索時捕獲目標(biāo)示意圖

1)當(dāng)只有目標(biāo)方位信息且目標(biāo)舷角很小時(0°左右)，可利用線導(dǎo)加尾流自導(dǎo)蛇形彈道搜索目標(biāo)尾流，在一定程度上可以提高魚雷捕獲目標(biāo)尾流概率。另外，提出的線導(dǎo)加尾流自導(dǎo)蛇形彈道搜索轉(zhuǎn)聲自導(dǎo)攻擊組合使用方法，可以有效解決線導(dǎo)加尾流自導(dǎo)蛇形彈道搜索目標(biāo)尾流時目標(biāo)舷別不確定所帶來的問題，可在魚雷捕獲到尾流后保證魚雷命中目標(biāo)概率。

2)采用線導(dǎo)加被動聲自導(dǎo)對目標(biāo)攻擊時，若方位無效，采用直航加蛇形彈道搜索捕獲目標(biāo)可以有效擴(kuò)大魚雷搜索范圍，其捕獲目標(biāo)概率要高于直航搜索捕獲目標(biāo)概率。

本文提出的潛射線導(dǎo)魚雷蛇形彈道搜索法可以為將來魚雷彈道設(shè)計(jì)提供一種新的思路與參考。對于魚雷的彈道控制，可通過優(yōu)化彈道參數(shù)來提高魚雷搜索效能，在以后的工作中將進(jìn)一步研究。