被動聲自導(dǎo)魚雷齊射及射擊組織

李　勐

（海軍裝備部， 北京， 100841）

被動聲自導(dǎo)魚雷齊射及射擊組織

李勐

（海軍裝備部， 北京， 100841）

在分析潛艇魚雷武器齊射目的、要求和被動聲自導(dǎo)魚雷互導(dǎo)機(jī)理的基礎(chǔ)上， 提出了通過射擊控制避免出現(xiàn)前雷處于后雷自導(dǎo)探測范圍內(nèi)的被動聲自導(dǎo)魚雷齊射方案， 并據(jù)此建立了射擊參數(shù)的解算模型和齊射組織方法。仿真結(jié)果表明， 該方案不僅有效避免了被動聲自導(dǎo)魚雷齊射的互導(dǎo)問題， 而且為實(shí)施者提供了十分方便的操作性能， 有效解決了被動聲自導(dǎo)魚雷齊射這一難題。

被動聲自導(dǎo)魚雷； 齊射； 互導(dǎo)； 射擊參數(shù)

0　引言

對于潛艇來說， 盡管采用線導(dǎo)魚雷對目標(biāo)實(shí)施攻擊具有諸多戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢和技術(shù)特長， 但是， 在很多情況下， 自導(dǎo)魚雷攻擊仍然是潛艇不可缺少的一種攻擊使用方式。

潛艇實(shí)施自導(dǎo)魚雷射擊， 必須具有較為精確的目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)。為此， 攻擊過程的首要和必要任務(wù)就是采取各種措施對目標(biāo)實(shí)施探測和運(yùn)動參數(shù)解算。但是， 為了保持自身的隱蔽性， 潛艇通常必須在水下、利用被動探測設(shè)備測量目標(biāo)的方位信息， 并且存在很大的隨機(jī)誤差， 這種信息條件進(jìn)一步?jīng)Q定了其對目標(biāo)定位時(shí)間長、誤差大的客觀現(xiàn)實(shí)［1］。而且， 魚雷發(fā)射后不可避免地還存在目標(biāo)規(guī)避機(jī)動的可能性， 再加上魚雷自身航行誤差的干擾， 所以在一次魚雷攻擊中使用單條魚雷達(dá)成預(yù)定攻擊效果十分困難。因此， 多雷齊射便成為潛艇對目標(biāo)實(shí)施魚雷攻擊經(jīng)常采用的一種重要射擊方式。

這種射擊方式的基本原理是通過設(shè)定每條魚雷的射向， 使其形成整體上更大的搜索范圍， 以期覆蓋目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)誤差或目標(biāo)有意機(jī)動導(dǎo)致目標(biāo)位置散布范圍過大的問題， 實(shí)現(xiàn)至少一條魚雷命中目標(biāo)的目的［2］。為此， 必須依據(jù)魚雷各種自導(dǎo)方式的特點(diǎn)， 研究多雷齊射的可能性， 以及齊射的組織方法。

1　魚雷武器齊射及射擊組織的基本原則

潛艇使用數(shù)條魚雷對指定目標(biāo)的一次射擊稱為潛艇魚雷武器齊射。由于射擊解算和發(fā)射控制的諸多限制， 潛艇使用魚雷武器齊射是對同一目標(biāo)使用相同的魚雷和相同的自導(dǎo)方式［3］。為了保證發(fā)射安全， 同時(shí)便于對齊射的多條魚雷的彈道軌跡進(jìn)行控制， 齊射的多枚魚雷并非同時(shí)出管， 而是在統(tǒng)一的發(fā)射命令下， 各雷按一定的時(shí)間間隔依次出管，而且魚雷出管的時(shí)間間隔是由發(fā)射系統(tǒng)自動進(jìn)行控制的。

多雷齊射最早是針對直航魚雷提出的， 潛艇使用直航魚雷組織扇面射擊是多雷齊射的典型例子。圖1為直航魚雷扇面齊射組織的原理圖， 圖中， 潛艇于Ws點(diǎn)對位于Ms點(diǎn)， 航向Cm（或發(fā)射敵舷角Xms）、速度Vm的目標(biāo)射擊。在圖示態(tài)勢下， 如果不考慮魚雷發(fā)射后目標(biāo)進(jìn)行變速或變向機(jī)動，且射距Ds和目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)（Vm和Cm）沒有誤差，那么按照解相遇原理計(jì)算魚雷提前角

圖1　直航魚雷扇面齊射組織原理Fig. 1　Fan-shaped salvo principle of straight running torpedoes

并按提前角φ所確定的射向CT發(fā)射魚雷， 魚雷必定能在預(yù)定命中點(diǎn)C和目標(biāo)接近到相遇， 從而命中目標(biāo)。

但是， 當(dāng)計(jì)算魚雷射向所采用的目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)存在隨機(jī)誤差（ΔDs， ΔVm和ΔCm）時(shí)， 魚雷到達(dá)C點(diǎn)時(shí)， 目標(biāo)將散布在C點(diǎn)附近的一定范圍內(nèi)。

這種情況下， 盡管目標(biāo)具有一定的長度L，但按提前角φ發(fā)射單條魚雷仍將難以命中目標(biāo)。為了保證至少有一雷命中目標(biāo)， 就必須發(fā)射多條魚雷， 并且通過解決如下兩方面的問題才能達(dá)成期望的目的。

一是依據(jù)發(fā)射態(tài)勢和目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)及其誤差而選用適宜的雷數(shù)， 以保證多雷所形成的扇面能夠遮蓋目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)誤差引起的提前角誤差的最大范圍δ。

二是依據(jù)發(fā)射態(tài)勢和目標(biāo)長度， 選擇適宜的命中間隔或散角α， 以保證目標(biāo)不能從相鄰的2枚魚雷之間漏過。

即按照射擊態(tài)勢、目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)及其誤差和目標(biāo)長度， 通過數(shù)條魚雷形成對目標(biāo)散布范圍的“遮蓋”和“不漏”， 保證齊射的魚雷至少有一條魚雷命中目標(biāo)， 便是潛艇魚雷武器多雷齊射組織的基本原則。

2　聲自導(dǎo)魚雷齊射所需解決的問題

盡管聲自導(dǎo)魚雷的自導(dǎo)功能使其所具有的自導(dǎo)搜索范圍在一定程度上增大了魚雷遮蓋目標(biāo)位置散布的范圍， 但在遠(yuǎn)距離、大誤差和機(jī)動對抗條件下， 由于目標(biāo)位置散布范圍將隨之而增大， 僅僅依靠一條聲自導(dǎo)魚雷仍然難以保證完全遮蓋目標(biāo)的位置散布范圍。所以， 使用聲自導(dǎo)魚雷射擊， 仍然需要通過多雷齊射的方法解決目標(biāo)位置散布的問題。

和直航魚雷多雷齊射一樣， 自導(dǎo)魚雷多雷齊射也必須通過解決“遮蓋”和“不漏”問題， 保證齊射的魚雷至少有一條魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

為了有效遮蓋由于目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)誤差引起的目標(biāo)位置散布， 只能通過設(shè)置齊射魚雷的射向來實(shí)現(xiàn)， 對此， 通常有多種組織形式， 如扇面射擊和平行航向射擊等。

但無論采用哪一種組織形式， 解決直航魚雷的齊射要比自導(dǎo)魚雷容易得多， 因?yàn)樽詫?dǎo)魚雷自導(dǎo)開機(jī)后不僅會對目標(biāo)進(jìn)行探測和跟蹤， 如果由于射擊組織不當(dāng)而使齊射的多雷之間出現(xiàn)一條魚雷在另一條魚雷的自導(dǎo)探測范圍之內(nèi)時(shí)， 也會導(dǎo)致它們之間的相互搜索和跟蹤， 這就是自導(dǎo)魚雷的互導(dǎo)問題［4］。

所謂魚雷的“互導(dǎo)”是指齊射的多條魚雷當(dāng)其自導(dǎo)開機(jī)后， 相鄰2條魚雷中一條魚雷（A雷）的航行噪聲被后續(xù)另一條魚雷（B雷）的自導(dǎo)裝置接收， 而導(dǎo)致后雷（B雷）對前雷（A雷）的被動捕獲和追蹤現(xiàn)象。

如圖2所示， 齊射的2條魚雷產(chǎn)生互導(dǎo)的現(xiàn)象， 一旦出現(xiàn)這種情況， 就改變了追蹤魚雷（B雷）的預(yù)定搜索航向， 從而由于2條魚雷航跡重合而失去多雷齊射的意義。不僅如此， 由于齊射時(shí)，相鄰2條雷通常是沿中線魚雷的航向?qū)ΨQ展開在兩側(cè)， 所以一旦發(fā)生后雷對前雷的跟蹤， 實(shí)際上就變成了一條魚雷按偏離中線魚雷的航向?qū)δ繕?biāo)的搜索， 其結(jié)果不僅不能發(fā)揮多雷更大范圍遮蓋目標(biāo)位置散布的作用， 相反甚至比使用單條魚雷射擊時(shí)的搜索效果還要差。所以， 魚雷的互導(dǎo)問題一直是困擾聲自導(dǎo)魚雷齊射的困難所在。

圖2　聲自導(dǎo)魚雷的互導(dǎo)現(xiàn)象Fig. 2　Mutual conductance of acoustic homing torpedoes

實(shí)際上， 不僅被動聲自導(dǎo)， 對于主動聲自導(dǎo)魚雷來說， 同樣存在“互導(dǎo)”問題。因此， 聲自導(dǎo)魚雷的互導(dǎo)是齊射組織需要著重顧及并力圖避免的問題。

3　避免聲自導(dǎo)魚雷齊射互導(dǎo)技術(shù)方法

由于制導(dǎo)原理不同， 解決魚雷互導(dǎo)問題的途徑也大不相同。主動聲自導(dǎo)的互導(dǎo)問題可以通過魚雷自身采取相應(yīng)的技術(shù)措施（如自導(dǎo)調(diào)頻）在魚雷設(shè)計(jì)時(shí)予以解決， 這種保護(hù)措施稱為魚雷自導(dǎo)技術(shù)保護(hù)措施。被動聲自導(dǎo)的探測原理決定了僅僅依靠魚雷技術(shù)難以解決自導(dǎo)的互導(dǎo)問題， 為此，只能通過武器系統(tǒng)的射擊控制方法和作戰(zhàn)使用的組織實(shí)施來解決［5］， 這種保護(hù)措施稱為齊射（或使用）保護(hù)措施。

由被動聲自導(dǎo)魚雷產(chǎn)生互導(dǎo)的機(jī)理現(xiàn)象容易看出， 為了避免齊射魚雷產(chǎn)生互導(dǎo)， 必須保證魚雷在接近目標(biāo)過程中， 不出現(xiàn)相鄰2條魚雷的前雷在后雷的自導(dǎo)探測范圍之內(nèi)。那么， 采用哪種齊射組織方式才能保證相鄰兩雷之間既不產(chǎn)生互導(dǎo)， 又能保證不漏過目標(biāo)就成為射擊控制方案設(shè)計(jì)時(shí)首先需要解決的問題。

大量研究與實(shí)踐都表明， 由于受自導(dǎo)開機(jī)時(shí)機(jī)、齊射散角和目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)誤差的綜合影響， 扇面齊射很難解決上述問題。例如， 齊射2條被動聲自導(dǎo)魚雷， 當(dāng)兩雷之間的散角確定后， 如果魚雷自導(dǎo)開機(jī)過早就會由于兩雷在中線魚雷航向正橫方向的距離太近而出現(xiàn)圖2所示后雷跟蹤前雷的現(xiàn)象。反之， 就無法保證兩雷穿越目標(biāo)航向線時(shí)其自導(dǎo)扇面可有效銜接而不出現(xiàn)漏掉目標(biāo)的可能。

采用平行航向齊射的組織形式進(jìn)行被動聲自導(dǎo)魚雷的齊射則將容易得多。如圖3所示， 中線射向是一定條件下中線魚雷的發(fā)射航向。所謂平行航向齊射是指齊射的各條雷出管后， 首先在中線航向兩側(cè)按一定的散角α展開， 當(dāng)各自走完預(yù)定的航程STZ后， 再轉(zhuǎn)入與中線航向平行的航向上對目標(biāo)搜索。可見， 為了保證2條魚雷不產(chǎn)生互導(dǎo)， 且目標(biāo)也不能從兩雷的自導(dǎo)扇面之間漏過，被動聲自導(dǎo)魚雷平行航向齊射所需要解決的問題就是選擇合適的散角和展開航程問題。

4　被動聲自導(dǎo)魚雷的齊射參數(shù)及射擊組織

按照以上分析， 被動聲自導(dǎo)魚雷齊射的解算參數(shù)包括： 中線魚雷的射向（轉(zhuǎn)角ω）、齊射散角α、預(yù)訂航程STZ和自導(dǎo)開機(jī)距離DK。在一定射擊條件下， 中線魚雷的射向由自導(dǎo)魚雷轉(zhuǎn)角計(jì)算公式［6］確定， 這是計(jì)算齊射各雷射向的基準(zhǔn)。為了保證目標(biāo)不從兩條魚雷之間漏過， 則相鄰兩魚雷平行航向線之間的距離必須滿足

式中： r和λ分別為魚雷自導(dǎo)作用距離和自導(dǎo)扇面半角； K為小于1的系數(shù)［7］。

圖3　兩雷平行航向齊射組織示意圖Fig. 3　Salvo schematic of two torpedoes in parallel

如圖3所示， 兩雷之間的散角和預(yù)訂航程之關(guān)系為α = 2·arcsin（Dz/ STZ）， 或者STZ= Dz/ sin（α / 2）。這就是說， 要想確定魚雷轉(zhuǎn)入平行航向之前的展開扇面， 必須先確定2個(gè)參數(shù)之一才能計(jì)算另一參數(shù)。通常先確定散角， 通過計(jì)算確定預(yù)定段航程。

魚雷的自導(dǎo)開機(jī)時(shí)機(jī)是影響互導(dǎo)的重要因素，如果魚雷在扇面展開過程中就完成自導(dǎo)開機(jī)， 將大大增加產(chǎn)生互導(dǎo)的可能， 所以必須待魚雷進(jìn)入平行航向之后才開機(jī)。魚雷自導(dǎo)開機(jī)時(shí)機(jī)通常用魚雷出管后的航行距離來控制， 由圖3中的幾何關(guān)系， 可得魚雷自導(dǎo)開機(jī)距離

式中， VT和ωT為魚雷速度和旋回角速度。

由此， 在兩雷齊射條件下， 為了便于齊射組織， 把轉(zhuǎn)角較大的魚雷作為前雷， 轉(zhuǎn)角較小的魚雷作為后雷， 則齊射各雷的一次和二次轉(zhuǎn)角分別由以下各式確定。

5　結(jié)束語

魚雷航程的大幅增加， 盡管可以使水下發(fā)射平臺在更遠(yuǎn)的距離上對敵發(fā)起攻擊， 但同時(shí)也大大增加了魚雷接近目標(biāo)的時(shí)間。相比之下， 一定量的目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)誤差導(dǎo)致的目標(biāo)位置散布， 在使用單條自導(dǎo)魚雷的條件下， 如果說在近距離上由于魚雷航行時(shí)間短而能夠被魚雷的自導(dǎo)作用范圍所覆蓋的話， 那么， 當(dāng)魚雷航程增加數(shù)倍時(shí)， 將由于時(shí)間放大了目標(biāo)位置散布范圍而使魚雷難以達(dá)成發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的目的， 更何況目標(biāo)的有意機(jī)動是不可避免的。因此， 多雷齊射是水下發(fā)射平臺必須具備的一種射擊控制方式， 否則將使其攻擊效率大打折扣。

盡管被動聲自導(dǎo)魚雷難以通過魚雷技術(shù)解決齊射的互導(dǎo)問題， 但通過上述射擊控制方法仍能達(dá)到期望的目的。而且， 大量仿真計(jì)算表明， 這種組織方法不僅有效避免了被動聲自導(dǎo)魚雷齊射的互導(dǎo)問題， 極大提高了遠(yuǎn)距離、大誤差條件下齊射魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率， 而且對實(shí)施者提供了十分方便的操作性能。

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（責(zé)任編輯： 許妍）

Firing Organization and Salvo of Passive Acoustic Homing Torpedoes

LI Meng
（Department of the Naval Equipment， Beijing 100841， China）

Based on the analyses of the purposes and demands of torpedoes salvo and the mechanism of mutual guidance of a passive acoustic torpedo， this paper proposes a program to avoid the front-torpedo from being in the detecting range of the back one by firing control， then establishes a model to calculate firing parameters and presents a salvo organization method. Simulation results indicate that the program can avoid the mutual guidance effectively， and is very convenient for operating， which facilitates the salvo of passive acoustic homing torpedoes.

passive acoustic homing torpedo； salvo； mutual conductance； firing parameter

TJ631.5

A

1673-1948（2015）06-0461-04

10.11993/j.issn.1673-1948.2015.06.013

2015-09-09；

2015-10-14.

李勐（1980-）， 男， 工程師， 主要研究方向?yàn)闈撚盟斜餮b備.