反潛巡邏機空投魚雷攻潛作戰效能分析

徐以成, 孫明太, 李居偉

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反潛巡邏機空投魚雷攻潛作戰效能分析

徐以成, 孫明太, 李居偉

(海軍航空工程學院 青島分院, 山東 青島, 266041)

結合反潛巡邏機使用空投魚雷攻潛作戰的過程, 探討了空投魚雷攻潛作戰的各主要影響因素, 分析了目標定位的散布誤差以及空投魚雷入水的散布規律。根據自導魚雷的工作原理, 給出了目標檢測模型和命中判定模型, 闡述了反潛巡邏機使用空投魚雷攻潛的基本方法以及投雷參數的解算方法。采用蒙特卡洛法仿真分析了各影響因素與命中概率的關系, 得出的結論可為反潛巡邏機空投魚雷攻潛作戰提供參考依據。

空投魚雷; 反潛巡邏機; 命中概率; 仿真

0 引言

在現有的航空反潛兵力中, 反潛巡邏機以機動性強、航程遠、留空時間長、承載多種搜潛設備和攻潛武器等優勢[1], 成為各國普遍重視和大力發展的反潛力量。空投魚雷是包括反潛巡邏機在內的現役反潛機所攜帶的主要攻潛武器之一, 在搜潛定位、魚雷種類數量和攻擊方式上, 都有其特點規律。本文深入分析了反潛巡邏機使用空投魚雷攻潛作戰的各主要影響因素, 結合航空自導魚雷的工作原理, 闡述了反潛巡邏機使用空投魚雷攻潛作戰的原理和戰術方法。利用計算模擬法, 仿真計算了攻潛作戰的各因素對魚雷命中概率的影響, 并給出了仿真結果分析, 可為反潛巡邏機空投魚雷攻潛作戰提供理論依據。

1 目標潛艇散布

目標潛艇的散布包括位置、航速和航向等誤差, 主要是由搜潛定位設備的定位誤差引起的。反潛巡邏機用于引導魚雷攻擊的定位設備主要是聲納浮標和磁探儀, 其中聲納浮標主要用于前期搜索、識別和定位目標, 磁探儀主要用于攻擊前對目標進一步的確認和定位。

2 魚雷入水散布

空投魚雷入水散布(見圖1) 主要取決于降落傘參數誤差、魚雷參數誤差、投放條件誤差, 以及風的影響等。上述諸多因素最終都可以歸結為反潛機的飛行高度和速度對魚雷入水散布的影響, 故空投魚雷入水概率偏差通常都是關于高度和速度V的函數, 即E=aH+bV, 魚雷在水平面的散布均方差可按照如下的方法確定。

圖1 魚雷入水散布示意圖

由于入水條件的限制, 反潛巡邏機投雷高度一般要求在200 m以下[2], 在400 m以下投雷時,投雷方向和垂直方向的散布偏差E,E為

式中:為投雷速度;V為投雷速度。

根據正態分布概率偏差和均方差的關系[3], 有

進而得到

需要指出的是, 在深度方向上空投魚雷同樣存在散布, 但通常現在魚雷工作深度一般都能夠達到潛艇的航行深度, 而魚雷和目標在深度方向上的散布誤差很有限, 且自導魚雷在垂直面上的搜索寬度很寬, 故其在深度方向上發現捕獲目標的概率一般都接近100%[4]。因此, 空投自導魚雷在深度方向上的散布問題在多數情況下可不考慮, 這樣做的效果與實際情況差別不大。

3 魚雷攻潛命中判定

3.1 目標檢測模型

魚雷發現和識別目標是通過自導系統對目標進行檢測判斷的, 包括各種控制邏輯、噪聲檢測門限和幅度檢測門限等。這些檢測是以聲納方程為基礎的扇面檢測, 受到水文條件、目標反射特性、目標舷角、目標方位、聲自導系統發射周期變化等因素影響。

根據魚雷聲自導工作原理, 聲納方程分為被動聲納方程、混響掩蔽下的主動聲納方程和噪聲掩蔽下的主動聲納方程[5]

3.2 捕獲(發現)判定條件

如圖2所示, 在某一時刻的魚雷位置點(x,y)與目標位置點(x,y), 當目標位置點和魚雷位置滿足下列關系即可捕獲(發現)目標。

<R且<(6)

3.3 命中判定條件

對于自導魚雷來說, 自導系統捕獲目標只是命中的前提條件。魚雷還要跟蹤追擊目標, 魚雷從開始有動力工作到搜索發現目標, 再到追上目標, 只有消耗于搜索和追蹤的航程小于魚雷總動力工作航程, 方能命中目標。因此, 綜合可得其命中判定模型

圖2 自導魚雷捕獲判定示意圖

式中:sou為魚雷搜索(再搜索)段的航程;zhui為魚雷尾追攻擊段的航程;zong為魚雷總動力工作航程;D為魚雷發現目標時的距離;Q為魚雷發現目標時的目標舷角;為目標與魚雷的速度比。

4 反潛巡邏機魚雷攻潛的基本方法

4.1 魚雷攻擊的基本過程

由于巡邏機不能懸停, 故只能飛行投雷, 發現目標時其航向與攻擊航向通常不一致, 需要轉彎才能轉至攻擊航向, 其飛行投雷的幾何關系見圖3。

圖3 反潛機飛行投雷幾何關系圖

4.2 投雷參數解算

從圖3可得, 魚雷在點的坐標(x,y)為

進而得到如下方程組

如果要求反潛機攻擊以角度Q進入攻擊, 只需在方程組(13)中加入下式

5 仿真計算結果及分析

5.1 仿真條件

假設反潛巡邏機以兩型魚雷(以魚雷和魚雷分別指代)為攻潛武器, 魚雷主動自導作用距離1 500 m, 魚雷主動自導作用距離750 m, 兩型魚雷航速均為40 kn。反潛巡邏機投雷飛行高度為150 m, 飛行速度320 km/h。以命中概率作為魚雷攻潛作戰效能的評估指標, 采取蒙特卡洛法進行模擬計算[3], 仿真次數取5 000次, 仿真結果及分析見5.2節。

5.2 仿真結果及分析

當V為10 kn時, 如圖4所示。由圖4可知, 兩型魚雷的命中概率都隨著定位精度的降低而減小, 這與常識是相符合的。而在同樣的定位精度下, 魚雷命中概率大于魚雷, 這是因為魚雷的自導作用距離是魚雷的2倍以上, 性能較為優越的緣故。

圖4 目標初始位置散布與命中概率的關系

圖5 魚雷自導開機位置與命中概率的關系

圖6 目標運動方向側視圖

圖7 垂直目標運動方向側視圖

圖8 魚雷攻擊角度與命中概率的關系

圖9 飛行速度及高度與命中概率的關系

當以魚雷作為攻潛武器時, 如圖10所示。由圖10可知, 通常命中概率隨著目標航速的增大而減小(尤其目標航速30 kn以上), 但在目標航速很低時(5 kn以下)則恰好相反。這是因為目標航速太高, 魚雷會因追蹤航程不足而無法命中目標; 目標航速太低時, 由于運動緩慢, 其進入魚雷自導作用范圍所需的時間很長, 使魚雷不能發現目標或太晚發現目標, 反而降低了命中概率。

圖10 目標速度與命中概率的關系

當V為10 kn, 魚雷自噪聲為50 dB, 魚雷以主動方式工作時, 如圖11和圖12所示。由圖11和圖12可知, 當目標采取水聲干擾時, 魚雷自導作用距離隨之降低, 干擾噪聲級越大, 自導作用距離越小, 命中概率隨之明顯減小。

圖11 干擾噪聲級與自導作用距離的關系

圖12 自導作用距離與命中概率的關系

6 結束語

反潛巡邏機使用空投魚雷攻潛作戰受搜潛定位、魚雷投放誤差和魚雷自導工作性能等諸多因素的共同影響, 依據本文的仿真結果和分析, 可以針對實際作戰背景環境, 選擇合理的魚雷、投放位置及投雷時機等攻潛戰術, 以取得盡可能好的作戰效果。

[1] 屈也頻. 反潛飛機搜潛效能評估與決策建模[M]. 北京: 國防工業出版社, 2011.

[2] 楊世興, 李乃晉, 徐宣志. 空投魚雷技術[M]. 昆明: 云南科技出版社, 2000.

[3] 康崇祿. 國防系統分析方法[M]. 北京: 國防工業出版社, 2003.

[4] 孟慶玉, 張靜遠, 宋寶維. 魚雷作戰效能分析[M]. 北京: 國防工業出版社, 2003.

[5] 劉伯勝, 雷家煜. 水聲學原理[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社, 1993.

[6] 孫明太. 航空反潛戰術[M]. 北京: 軍事科學出版社, 2003: 145-146.

Analysis of Operational Efficiency for Airdropped Torpedo on Anti-submarine Patrol Aircraft

XU Yi-cheng, SUNMing-tai, LI Ju-wei

(Qingdao Branch, Naval Aeronautical Engineering Institute, Qingdao 266041, China)

This paper discusses the main influencing factors on attacking submarine operation by an airdropped torpedo from an anti-submarine patrol aircraft, and analyzes the target location dispersion error and the water entry dispersion law of an airdropped torpedo. According to the working principle of a homing torpedo, a target detection model and a hitting judgment model are established, and the fundamental method for an anti-submarine patrol aircraft to attack submarine with an airdropped torpedo and the parameter solution method of dropping torpedo are introduced. and the relations between hit probability and the influencing factors are analyzed by using Monte Carlo simulation method.

airdropped torpedo; anti-submarine patrol aircraft; hit probability; simulation

TJ630

A

1673-1948(2012)04-0301-05

2011-10-27;

2011-11-18.

徐以成(1983-), 男, 在讀碩士, 研究方向為航空反潛戰術.

(責任編輯: 許 妍)