唐 晨,孫秀文,吳 剛

(海軍指揮學院,江蘇 南京 210016)

搜潛是反潛作戰(zhàn)的重要前提。隨著潛艇降噪、規(guī)避搜潛等方面技術的發(fā)展,搜索發(fā)現(xiàn)潛艇變得更加困難。艦機協(xié)同檢查搜潛,由于可以實現(xiàn)兵力優(yōu)勢互補、提高搜索發(fā)現(xiàn)效能,在檢查搜潛中運用較為普遍。水面艦艇與反潛巡邏機協(xié)同檢查搜潛是一種常見的搜潛編組形式,主要在搜索海域范圍廣、潛艇存在可能性大、搜索時間比較長時使用。其中,水面艦艇主要使用艦殼聲吶、拖曳線列陣聲吶等裝備搜潛;反潛巡邏機主要使用聲吶浮標、磁探儀等裝備搜潛。檢查搜潛的目的是搜索發(fā)現(xiàn)指定海域中的潛艇,或是將指定海域搜掃干凈,盡可能地排除里面的潛艇。對水面艦艇與反潛巡邏機協(xié)同檢查搜潛問題進行建模分析,得出較優(yōu)化的隊形配置,對搜潛實踐具有一定的理論指導意義。受篇幅所限,這里研究討論水面艦艇使用艦殼聲吶與反潛巡邏機布設聲吶浮標協(xié)同檢查搜潛的隊形配置。

1 水面艦艇與反潛巡邏機協(xié)同檢查搜潛的一種隊形

水面艦艇與反潛巡邏機協(xié)同檢查搜潛時,水面艦艇位于搜索帶一端,采用單橫隊直航向機動搜索潛艇;反潛巡邏機在搜索帶的兩側布設聲吶浮標陣,以發(fā)現(xiàn)低速向搜索帶兩側規(guī)避的潛艇,如圖1所示。這里的隊形,實際上是指水面艦艇與反潛巡邏機布設的聲吶浮標陣的隊形。

圖1 隊形示意圖

2 水面艦艇與反潛巡邏機協(xié)同檢查搜潛隊形建模分析

不妨假設在寬為、長為的搜索帶內,可能存在某潛艇。上級計劃派遣水面艦艇與反潛巡邏機實施協(xié)同檢查搜潛,現(xiàn)需要配置協(xié)同檢查搜潛隊形。要確定搜潛隊形,主要需要解決兩個大問題:一是水面艦艇的隊形和位置點;二是聲吶浮標的陣形和位置點。

2.1 水面艦艇的隊形和位置點

為建模方便,設定為同型艦艇。水面艦艇位于搜索帶的一端,采用單橫隊搜索,其聲吶作用區(qū)的寬度至少要覆蓋搜索帶的寬度,如圖2所示。因此,水面艦艇的隊形寬度為

=-2

(1)

式中:為水面艦艇的隊形寬度;為水面艦艇聲吶的作用距離。

圖2 水面艦艇隊形示意圖

由已有文獻可知,相鄰艦艇聲吶作用區(qū)應有一定的重疊,以有效防止?jié)撏乃媾炌еg區(qū)域逃脫。如圖3所示,水面艦艇的隊形寬度為

=(-1)

(2)

式中，為水面艦艇的數(shù)量;為間隔系數(shù),通常∈[1,2]。由(1)、(2)式,可得水面艦艇的數(shù)量為

(3)

當確定水面艦艇的數(shù)量和隊形寬度后,易得各水面艦艇的具體位置點。

圖3 水面艦艇隊形示意圖

2.2 聲吶浮標的陣形和位置點

2.2.1 聲吶浮標的陣形

聲吶浮標配置在搜索帶的兩側,采取直線陣,配置方向與水面艦艇的航向平行。配置時,反潛巡邏機與水面艦艇的行動應有效協(xié)同,以保證潛艇在規(guī)避水面艦艇搜索時,能夠進入聲吶浮標作用區(qū)。實現(xiàn)協(xié)同的方法是使反潛巡邏機活動周期與水面艦艇通過浮標障礙所需要的時間相等,即聲吶浮標陣的長度等于水面艦艇在浮標工作時間內的航程。

=

(4)

式中，為聲吶浮標陣的長度;為水面艦艇的搜索速度;為聲吶浮標工作時間。并且相鄰聲吶浮標作用區(qū)應有一定的重疊,以有效防止?jié)撏穆晠雀酥g區(qū)域逃脫。如圖4所示,聲吶浮標陣的長度為

=(-1)

(5)

式中，為聲吶浮標的作用距離;為聲吶浮標的數(shù)量;為間隔系數(shù),通?！蔥1,2]。

由(4)、(5)式,可得需要的聲吶浮標的數(shù)量為

(6)

圖4 聲吶浮標陣形示意圖

2.2.2 聲吶浮標的位置點

確定了聲吶浮標的陣形,還需要確定聲吶浮標的位置點。先確定左右兩側基準浮標相對于側翼艦艇的位置點。有了基準浮標的位置點,根據(jù)聲吶浮標的間隔和布設方向,就可以依次確定其他聲吶浮標的位置,最終可以完成整個隊形配置。

基準浮標為點、點的聲吶浮標,如圖5所示。確定基準浮標的位置,即要確定聲吶浮標和側翼艦艇的最小間隔,以及基準浮標到水面艦艇隊列線的距離。

圖5 隊形配置示意圖

1)聲吶浮標和側翼艦艇的最小間隔

聲吶浮標陣與水面艦艇的航向平行,如圖5所示。當聲吶浮標在側翼艦艇正橫位置時,與側翼艦艇的間隔最小。該間隔要保證水面艦艇航行噪音和聲吶工作不能干擾浮標工作。因此,

=

(7)

式中，為水面艦艇航行噪音和聲吶工作不干擾浮標工作的最小距離,可以通過實測獲得。

2)基準浮標到水面艦艇隊列線的距離

水面艦艇的作用是發(fā)現(xiàn)水面艦艇搜索帶內的潛艇,聲吶浮標陣的作用是發(fā)現(xiàn)企圖向水面艦艇搜索帶兩側規(guī)避的潛艇。水面艦艇與聲吶浮標陣協(xié)同時,要使規(guī)避水面艦艇搜索的潛艇進入聲吶浮標陣。因此,聲吶浮標陣應該布設在潛艇最有可能規(guī)避水面艦艇搜索的航向前方。

首先,確定潛艇最為有利的規(guī)避航向。

(8)

式中，為潛艇的規(guī)避速度。如圖6所示。

圖6 左側艦艇與潛艇相對運動示意圖

其次,確定潛艇可能逃脫水面艦艇搜索的區(qū)域。

圖7 潛艇可能逃脫水面艦艇搜索的區(qū)域示意圖

最后,確定基準浮標到水面艦艇隊列線的距離。

圖8 隊形配置示意圖

將圖8左下側區(qū)域放大,并作相應的輔助線,如圖9所示,可知基準浮標到水面艦艇隊列線的距離為

=||+||

(9)

圖9 隊形配置左下側區(qū)域放大圖

其中:

(10)

||=||tan=(||-||)tan=

(-)tan

(11)

將(10)、(11)式,代入(9)式,化簡得

(12)

3 仿真驗證

下面,通過一個案例,驗證隊形配置的可行性。不妨假設在寬為30n mile、長為60n mile的搜索帶內,可能存在某潛艇。水面艦艇與反潛巡邏機等性能參數(shù)如表1所示。

表1 兵力參數(shù)表

3.1 確定水面艦艇的隊形和位置點

由(1)式,可得水面艦艇的隊形寬度為20 n mile。由(3)式,若間隔系數(shù)取1.5,可得水面艦艇的數(shù)量為4艘。因此,水面艦艇的實際間隔為6.7 n mile。

3.2 確定聲吶浮標的陣形和位置點

首先,確定聲吶浮標的陣形。由(4)式,可得反潛巡邏機布設的聲吶浮標陣的長度為24 n mile。由(6)式,若間隔系數(shù)取1.5,可知布設的數(shù)量為16 pcs,實際間隔為3 km。據(jù)此,對于長為60 n mile的搜索帶的兩側,需要3次布設聲吶浮標。其中,第1次布設在時刻,兩側分別布設16 pcs,聲吶浮標間隔為3 km;第2次布設在+2,兩側分別布設16 pcs,聲吶浮標間隔為3 km;第3次布設在+4,兩側分別布設9 pcs,聲吶浮標間隔為2.8 km。3次共需要布設聲吶浮標82 pcs。為保證與聲吶浮標陣的通信,反潛巡邏機每次在兩側聲吶浮標陣之間的中心區(qū)域作環(huán)形或8字形航線飛行。

其次,確定聲吶浮標的位置點。由(7)式,可得聲吶浮標和側翼艦艇的最小間隔為8 n mile。由(7)、(8)、(12)式,可得基準浮標到水面艦艇隊列線的距離為3.5 n mile。確定了基準浮標的位置點,依次確定其他聲吶浮標的位置點,即可完成整個隊形的配置。

綜上分析,反潛巡邏機3次布設聲吶浮標陣后,隊形配置如圖10、11所示。對于寬為30 n mile、長為60 n mile的搜索帶,共需要4艘水面艦艇、1架反潛巡邏機組成協(xié)同檢查搜潛編組執(zhí)行任務,搜索時間為5 h,兩側共需要布設聲吶浮標82 pcs。

圖10 第1、2次布設聲吶浮標陣后隊形配置示意圖

圖11 第3次布設聲吶浮標陣后隊形配置示意圖

4 結束語

本文運用相對運動原理和數(shù)學方法,對水面艦艇與反潛巡邏機協(xié)同檢查搜潛進行了建模分析,探討了配置原理和計算公式,并仿真驗證了其可行性。在實際運用中,若搜索區(qū)域較大,通過計算發(fā)現(xiàn)需要的搜潛兵力較多時,可先將區(qū)域進行分區(qū)處理,后再運用該模型配置隊形。在研究過程中,也存在一些不足,如未研究水面艦艇使用拖曳線列陣聲吶或采取曲折機動等情況,這些問題還有待后續(xù)進一步研究分析。