空投魚雷海況適應性評估方法

馬浩文, 韓 召

(1. 中國人民解放軍91439部隊, 遼寧 大連, 116041; 2. 中船重工集團公司第710研究所, 湖北 宜昌, 443003)

空投魚雷海況適應性評估方法

馬浩文1, 韓 召2

(1. 中國人民解放軍91439部隊, 遼寧 大連, 116041; 2. 中船重工集團公司第710研究所, 湖北 宜昌, 443003)

邊界條件下的海況適應性考核是水中兵器試驗的重點項目, 針對空投魚雷, 由于受各種因素制約, 在實航試驗中較難實現。為解決空投魚雷海況適應性考核難題, 梳理了海況對空投魚雷工作過程的影響因素, 從開傘強度、入水沖擊和海洋環境干擾3個方面入手, 提出了一種對空投魚雷海況適應性考核的評估方法, 試驗驗證了此方法的有效性。

空投魚雷; 海況適應性; 評估方法

0 引言

空投魚雷貼近實戰使用條件下的高海況適應性考核是科研、試驗中的難點之一[1], 由于測試設備無法正常工作、兵力難以保障、產品容易受試驗人員及設備影響導致安全隱患等原因, 在高海況環境條件下進行海況適應性實航試驗難以實現。因此, 本文分析了高海況對空投魚雷的影響,根據空投魚雷的實際特點對魚雷高海況適應能力進行評估, 以尋找能夠替代邊界條件下實航試驗的考核方法。

1 高海況對空投魚雷的影響

依據GJB4000-2000(0)《艦船通用規范 0組艦船總體與管理》中規定的高海況邊界條件主要包括最大風速和最大波高2個參數[2], 分析了空投魚雷整個工作過程, 海況對其的影響可以歸結為以下3個方面。

1) 開傘過程中, 風速的疊加導致魚雷離機綜合速度增加, 開傘速度為飛機投放后魚雷速度與風速的疊加值, 該值提高了對降落傘強度的要求。

2) 高海況導致魚雷入水速度提高, 速度的增大導致魚雷入水時受到的沖擊力和沖擊加速度增加, 從而要求魚雷抗入水沖擊能力增強。

3) 高海況條件導致海洋環境(比如混響、流噪聲、環境噪聲等)的改變, 會對魚雷的自導系統造成一定干擾[3]。

2 降落傘開傘強度分析評估

2.1 理論分析計算

降落傘按照魚雷給定的入水速度要求, 并考慮入水角度要求和一定的速度裕度開展設計, 從速度疊加方向分析, 空投魚雷為水平投彈方式,魚雷最大投放速度為

式中:νmax為魚雷最大投放速度; v飛機為飛機最大投雷速度; v風速為高海況對應的最大風速。

最大開傘力為

式中:Fmax為最大開傘力;ρ空氣為空氣密度; Cx為阻力特征系數。

降落傘受力部件為傘繩、傘衣等, 傘繩、傘衣部件安全系數見表1。由表1中可見, 強度安全系數最小值為6, 滿足要求。

表1 部件安全系數Table 1 Safety coefficient of components

2.2 試驗驗證

試驗中設置降落傘高速吹襲試驗項目。實際投放過程中最大風速僅在開傘時出現, 降落傘完全張滿后彈傘系統速度很快降低, 最大開傘力持續作用時間不大于0.8 s。根據最大開傘力、持續時間和安全系數等條件綜合確定試驗風速和持續時間(高速吹襲試驗的考核條件較實際工作條件更為嚴酷)。

在高速吹襲試驗過程中, 降落傘工作正常, 試驗后檢查傘繩、傘衣等裝置均狀態完好, 無破損、斷裂、變形等現象, 表明降落傘設計強度滿足要求。

根據以上分析和試驗可以得出, 降落傘能夠滿足海況適應性的開傘強度要求。

3 抗入水沖擊分析評估

由于魚雷自導頭是首先接觸水面的部件, 所受沖擊最大, 其次才通過聯接結構將沖擊傳遞給其他組部件, 并且在傳遞過程中沖擊逐步衰減。

由于在高海況條件下實航試驗難于實施,對于魚雷抗入水沖擊能力的考核可用實驗室沖擊試驗予以替代。那么, 該如何確定高海況條件下魚雷受到的沖擊加速度和沖擊持續時間呢？利用已有試驗條件, 安排入水沖擊加速度特性測試試驗, 采用1套初樣雷進行n發次垂直擊水試驗,試驗彈分別從H1m, H2m,,Hxm, ,Hnm 的高度自由落體擊水, Hxm為現有試驗能力的最大高度, 在Hxm高度落下時達到最大擊水速度vx, 入水角度約為α。

試驗后對自導頭進行功能、性能檢查, 均正常,表明自導頭至少可耐受vx的入水速度沖擊。

試驗中加速度傳感器直接固聯在自導頭背面,可直接測量到自導頭的入水沖擊過載、過載曲線和最大沖擊作用持續時間。

根據各發次測試結果進行過載值處理, 每個投放高度下測得的過載值進行算術平均, 進行最小二乘法擬合, 得到過載值相對投放高度的變化曲線, 如圖1所示。由圖可見, 過載值隨高度變化呈線性變化, 過載值(沖擊加速度)與擊水速度的平方成正比關系, 而擊水速度的平方與自由落體下落高度成正比關系, 因而過載值與自由落體下落高度成正比關系, 即線性關系。根據該線性類推, 在高度Hnm投放時, 即垂直擊水速度達到63 m/s時, 極限沖擊加速度將達到1 300 g左右。

根據入水沖擊加速度特性測試試驗結果和經擬合得到的結果, 在給出100 g裕度的條件下, 確定實驗室沖擊指標值為

最大沖擊過載(x軸): 1 400 g;

持續作用時間: 2～3 ms;

在實驗室安排沖擊機試驗項目, 試驗結束后,對魚雷進行功能檢查, 若魚雷總體結構無受損變形且功能指標正常, 則可以判定魚雷抗入水沖擊性能滿足海況適應性的要求。

圖1 經擬合后的高度-沖擊加速度對應曲線Fig. 1 Fitted curve of impact acceleration versus height

4 海洋環境分析評估

空投魚雷打擊水下目標時, 其工作的聲學環境有混響、流噪聲和環境噪聲, 這類聲學環境對魚雷的自導系統而言可統稱為干擾, 其中環境噪聲直接與海況相關[4-5]。

4.1 干擾分析計算

1) 體積混響

混響有水面混響、體積混向和水底混響。經分析影響魚雷對目標檢測性能的是體積混響[6]。

用RLv表示體積混響, 有

式中:SL為發射聲源級;TL為傳播損失;v為混響散射體積; τ為主動發射脈沖寬度;C為聲音在水中傳播速度;φ為等效合成束寬;r為自導作用距離;Sv為體積散射強度。

依據魚雷體積散射強度和自導作用距離r,可以計算得出體積混響RLv的值。

2) 流噪聲

魚雷流噪聲譜級為X1, 工作帶寬為WHz時,流噪聲聲級為

3) 環境噪聲

根據相對應的海況等級和頻率, 從圖2中可查得, 海洋環境噪聲譜級為X2。若工作帶寬WHz,環境噪聲級為[7-8]

4.2 干擾對魚雷目標檢測能力影響

根據隨機相位信號檢測的受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve, ROC),在檢測概率、虛警率、檢測指數一定時, 考慮脈寬τ＝50 ms, 接收信號處理帶寬選WHz, 可得出檢測閾計算值

圖2 深海環境噪聲譜Fig. 2 Noise spectrum in deep sea environment

工程應用中, 檢測閾通常有5～8 dB的余量,取一個余量12 dB, 可得檢測域DT 。

自導作用距離由下式計算

式中:NL為干擾聲級;TS目標強度。

根據4.1節, 干擾分別為混響、流噪聲和環境噪聲時, 計算得出的對應數值為RLv, NL1和NL2,若用p1,p2,p3分別表示混響、流噪聲和環境噪聲聲級對應的聲壓, 則有

通過式(8), 若不計環境噪聲p3, 則得無環境噪聲干擾聲級NL0, 若計環境噪聲p3則得環境噪聲干擾條件下的干擾聲級NL, NL0和NL分別代入式(7), 可得無環境噪聲條件自導作用距離值和在高海況條件下自導作用距離值。

通過上述分析與計算, 若海況對魚雷自導作用距離影響較小, 且魚雷自導功能指標正常, 則可以判定自導性能滿足海況適應性的要求。

5 結束語

空投魚雷在設計過程中考慮到了高海況邊界條件, 且均按照滿足最大邊界值要求開展相關設計。并且在高海況適應性評估過程中, 降落傘組件在高速吹襲試驗中工作正常, 自導系統性能受海浪的影響甚微, 魚雷在沖擊試驗臺上可耐受邊界條件沖擊, 則表明空投魚雷滿足高海況使用條件要求。

[1] 岳劍平, 張召奎, 朱學文. 水中兵器試驗與鑒定[M].北京: 國防工業出版社, 2008.

[2] 中國人民解放軍總裝備部, GJB4000-2000(0)《艦船通用規范 0組 艦船總體與管理》[S]. 北京: 中國標準出版社, 2000.

[3] 苑秉承, 陳喜. 水聲自導原理基礎[M]. 北京: 海潮出版社, 2002.

[4] 列.布列霍夫斯基赫. 海洋聲學原理[M]. 北京: 海洋出版社, 1985.

[5] 何祚鏞, 趙玉芳. 聲學理論基礎[M]. 北京: 國防工業出版社, 1981.

[6] 尤立克 R J. 水聲原理[M]. 洪申, 譯. 哈爾濱: 哈爾濱船舶工程學院出版社, 1990.

[7] 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.

[8] 劉孟庵. 水聲工程[M]. 杭州: 浙江科學技術出版社, 2002.

(責任編輯: 許 妍)

An Evaluation Method of Sea States Adaptability for Airborne Torpedo

MA Hao-wen1, HAN Zhao2
(1. 91439thUnit, The People′s Liberation Army of China, Dalian 116041, China; 2. The 710 Research Institute, China Shipbuilding Industry Corporation, Yichang 443003, China)

Sea states adaptability under boundary condition is an important item in the test of underwater weapon. However, the sea states adaptability test of an airborne torpedo is difficult because of the restriction of some factors. In order to assess the sea states adaptability, the influencing factors of the sea states on operation process of an airborne torpedo are analyzed, such as the parachute-opening strength, water entry impact, and marine environment interference, and an evaluation method of sea states adaptability test for an airborne torpedo is hence presented. The availability of the present method is verified by test.

airborne torpedo; sea states adaptability; evaluation method

TJ631.7

A

1673-1948(2014)02-0136-04

2013-09-14;

2013-09-29.

馬浩文(1978-), 男, 工程師, 主要研究方向為水中兵器試驗.