反艦魚雷毀傷效能評估指標體系研究

李洪濤，奚慧巍，李佳橦

(中國人民解放軍91439 部隊，遼寧 大連，116041)

0 引言

反艦魚雷一般指由潛艇發射、以各型水面艦艇為主要打擊目標的爆破型戰斗部魚雷，以接觸爆炸或近距離非接觸爆炸為毀傷模式，以沖擊波、爆轟產物、氣泡脈動壓力波等為毀傷元素。毀傷效能與毀傷環境、戰斗部爆炸威力、作用機理、打擊目標的部位及目標易損性等因素有關，即毀傷效能主要取決于戰斗部、目標、魚雷與目標交會條件三大因素。

美國從20 世紀40 年代最早開展毀傷評估研究工作，采用蒙特卡洛仿真模型、GENEric 仿真系統進行武器彈藥毀傷效能評估，其生存力/易損性情報分析中心(survivability/vulnerability information analysis center，SURVIAC)是目前實力最強大的目標易損性建模與仿真機構，擁有世界上幾乎任意目標的毀傷模型。德國IABG 公司開發的UniVeMo 通用易損性模型，是歐洲最先進的有關易損性和殺傷力武器效能仿真工具[1]。

我國的魚雷毀傷效能評估技術研究剛剛起步，還沒有建立起完備且實用的涵蓋魚雷戰斗部爆炸威力和艦船目標易損性的毀傷效能評估體系和統一標準。對魚雷戰斗部威力的試驗評價，一般是參照GJB 2425-1995《常規兵器戰斗部威力試驗方法》和CB 1238-1993《魚雷戰斗部靜爆試驗方法》[2-3]；朱錫[4]、張阿漫[5]等開展了對艦船結構和技術設備毀傷研究，提出了魚雷威力、艦船結構抗毀傷能力表征方法和評價衡準；蒲金云等[6]進行了魚雷攻擊對水面艦船總體生命力的影響研究；劉建湖[7]開展了水下爆炸對艦船沖擊環境影響與艦載設備沖擊防護技術研究。

文中基于反艦魚雷接觸爆炸和近距離非接觸爆炸的毀傷模式，研究魚雷戰斗部爆炸威力指標、雷目交會條件指標和艦船結構易損性指標，構建了反艦魚雷毀傷效能評估指標體系，為開展反艦魚雷毀傷效能評估、戰斗部設計、裝備采購與儲備、火力配備、戰場建設與目標防護等工作提供一定參考。文中研究的反艦魚雷毀傷效能，是指單枚反艦魚雷在一定雷目交會條件下爆炸，對水面艦艇造成的毀傷程度或毀傷效果，并不考慮發射方式、制導方式、命中概率及多枚齊射等因素。

1 反艦魚雷毀傷模式

潛艇是發射反艦魚雷的主要平臺，反艦魚雷一般都裝有觸發/非觸發引信，只要與目標接觸或距目標一定距離內通過就會爆炸。水面艦艇水線以下部分可近似看作梯形體，魚雷攻擊的目標域為觸發引信起作用的梯形體部分，及其周圍非觸發引信作用距離以內的空間區域，即水面艦艇水線以下舷側和底部是反艦魚雷主要攻擊部位。

通常根據爆炸時刻魚雷距目標殼體的最近距離D和魚雷非觸發引信作用距離R來判定攻擊形式。0＜D≤R時非觸發引信動作，分為接觸爆炸和非接觸爆炸2 種情況： 根據相關文獻[4]及對試驗數據研究結果，當D與艦船標準排水量W滿足時為接觸爆炸，時為近距離非接觸爆炸；D=0 時魚雷會撞擊目標，正常情況下觸發或非觸發引信動作，為舷側接觸爆炸模式。

2 反艦魚雷戰斗部爆炸威力指標

目前對反艦魚雷爆炸威力的描述沒有統一的標準，通常采用目標艦船殼體破口長度、爆炸沖擊波壓力、破壞半徑和爆炸能量等參數來表征[8]。戰斗部爆炸威力與下列參數相關

式中包含以下3 種因素：

1) 爆炸及水域環境因素： 水的密度ρw、水中聲速cw、爆炸深度處靜水壓與當地大氣壓之和ph、裝藥距目標距離R、爆炸深度h、不同時刻沖擊波壓力p（t）以及氣泡脈動周期Tb等，以上參數在試驗條件下可通過測量獲得。

2) 裝藥因素： 裝藥質量系數K、裝藥爆壓Pcj、裝藥密度ρ0以及裝藥質量W等，對于確定裝藥的戰斗部，以上參數基本固化。

3) 目標艦船因素： 艦船類型系數kc和艦船殼體鋼板厚度tk。

魚雷戰斗部爆炸威力表征和評價，對于工程設計、作戰使用和試驗檢驗等不同的應用層面選取的指標有所不同。戰斗部威力工程設計和作戰使用時，針對規定的典型目標，立足于實現“理想雷目交會條件下致其沉沒，非理想雷目交會條件下造成中等以上毀傷”目標，主要考慮戰斗部裝藥質量系數和裝藥量，以及目標類型系數和艦船殼體鋼板厚度。

試驗條件下，通過戰雷實航攻擊靶船并運用測量手段，可一定程度上實現爆炸威力的量化評估。實航爆炸試驗分為攻擊固定靶和活動靶2 種情況。攻擊固定靶時，靶船錨泊于海面，潛艇瞄準發射魚雷，魚雷出管后以直航方式攻擊靶船。攻擊活動靶時，按照實戰條件下的戰術進行，靶船穩速穩向航行，發射艇隱蔽探測、跟蹤，解算目標運動要素，發射魚雷并自動導向目標。利用式(1)的測量數據計算爆心位置、沖擊波能、氣泡能和爆炸能量，結合應變、沖擊加速度數據和殼體破口尺寸，船體結構、技術設備和人員損傷情況等，綜合評估魚雷的爆炸威力[9]。

3 雷目交會條件指標

反艦魚雷攻擊水面艦艇，在舷側接觸爆炸模式下，即戰斗部在位于圖1 水線面與艦船基線之間的點A附近爆炸，雷目交會條件以爆炸部位和炸點距船舷的水平距離表征；在船底接觸爆炸或近距離非接觸爆炸模式下，即戰斗部在位于圖1龍骨下方的點B爆炸，雷目交會條件以爆炸部位、爆炸深度和攻擊角度表征[10]。

圖1 魚雷攻擊角度示意圖Fig.1 Schematic of the torpedo impact angle

1) 爆炸部位

爆炸部位可能發生在船艏、船舯或船艉，船艏長度一般為船長的25%～35%，船艉長度一般為船長的25%，船舯長度一般為船長40%～50%。

2) 爆炸深度

魚雷爆炸深度選擇取決于尾流自導裝置的探測能力、非觸發引信作用半徑、目標艦船吃水、海面風浪等多種因素。魚雷在發射前，要根據攻擊目標的情況設定航深或搜索深度、航向、自導工作方式、自導搜索方式、發射方式等。如尾流自導魚雷或線導加尾流自導魚雷，在自導開始工作前，按設定的程序彈道或線導遙控指令接近目標，當接近目標尾流時，自導裝置開始工作，此時魚雷上爬至尾流自導搜索深度(也稱戰斗深度)，以后魚雷就在該深度上搜索和追蹤并攻擊目標，該深度就是魚雷爆炸深度。例如，采用觸發+非觸發電磁引信的虎魚魚雷，最小搜索深度6 m。觸發爆炸時，爆炸深度在艦船基線至水面6 m 的范圍內；非觸發爆炸時，爆炸點在船底下方距水面8～10 m 的范圍內。

3) 攻擊角度

魚雷爆炸深度保持不變情況下，魚雷爆炸攻擊角度θ越大，船體中橫剖面上的平均應力越大，對艦船的毀傷效果越好。當魚雷在船底正下方爆炸(θ=90°)時應力最大，對船體總縱強度毀傷也最大。根據相關資料統計，魚雷攻擊水面艦艇時，在船底正下方爆炸的概率并不大，而在舷側30°左右爆炸的概率較大。

4 反艦魚雷攻擊下艦船結構易損性指標

反艦魚雷裝藥一般為200～300 kg 的高爆炸藥，采用的是近炸-觸發復合引信，自導工作方式以尾流自導或線導加尾流自導為主，主要對艦船結構造成毀傷。艦船局部結構毀傷的后果主要是艦船進水和浮力損失，以及艦船結構總縱剩余強度的損失，導致抗損性和抗沉性下降。當爆炸發生在艦船龍骨下方，嚴重時可致中小型水面艦艇斷艏、斷艉或從中部折斷并沉沒。因此，在評價反艦魚雷攻擊下的目標艦船易損性時，可只考慮結構毀傷而暫不考慮對技術設備和人員的毀傷。

反艦魚雷攻擊水面艦艇主要在水線以下舷側和船底部位。因此，艦船總體參數、船體材料、水線以下舷側和船底防護結構、抗沉性設計等，對水面艦船遭受魚雷攻擊后的生存能力和作戰能力來說，顯得尤為重要。對于結構毀傷的艦船易損性評價指標如下。

1) 艦船總體參數： 遭受相同武器的打擊后，尺度大的艦船其破損容積與總容積之比要比尺度小的艦船小，通常認為主尺度和正常排水量大的艦船抗毀傷能力更強。

2) 船體材料： 涉及強度、塑性、沖擊韌性和外板厚度等指標。

3) 船體防護結構： 分為無防護結構、輕型防護結構和重型防護結構。

4) 船底防護結構： 分為單層底、雙層底和三層底。

5) 抗沉性： 包括最小浸水隔艙數、最小隔艙長度、最小干舷高和主橫艙壁數量等指標。

5 反艦魚雷毀傷效能評估指標體系

基于以上分析研究，構建反艦魚雷毀傷效能評估指標體系如圖2 所示，指標含義如表1 所示。

反艦魚雷毀傷效能評估指標體系由戰斗部爆炸威力指標、雷目交會條件指標和目標結構易損性指標3 部分構成。

圖2 反艦魚雷毀傷效能評估指標體系Fig.2 Index system of anti-ship torpedo damage effectiveness evaluation

1) 戰斗部爆炸威力指標

與戰斗部主裝藥、目標艦船和爆炸水域環境等要素相關，具體包括： 戰斗部主裝藥當量系數、裝藥質量、裝藥密度和裝藥爆壓；目標艦船類型系數和船殼鋼板厚度；爆炸水域水的密度、水中聲速、爆炸深度處靜水壓、當地大氣壓、魚雷爆炸中心與目標艦船濕表面的最近距離、作用于目標艦船上的沖擊波壓力以及氣泡脈動周期等指標。

2) 雷目交會條件指標

包括魚雷相對于目標艦船的爆炸部位、魚雷爆炸深度、攻擊角度等指標。

3) 目標結構易損性指標

與艦船總體參數、船體材料、船體防護結構、船底防護結構和抗沉性等要素相關，具體包括： 主尺度和正常排水量；船體材料屈服強度、塑性、沖擊韌性、外板厚度；船體無防護結構、輕型防護結構和重型防護結構；單層底、雙層底和三層底；最小浸水隔艙數、最小隔艙長度、最小干舷高和主橫艙壁數量等指標。

6 結束語

文中提出了“戰斗部爆炸威力-雷目交會條件-目標結構易損性”三大毀傷要素的反艦魚雷毀傷效能評估指標體系構建方法，并建立了指標體系。研究表明：

1) 爆炸及水域環境、戰斗部及裝藥，以及目標艦船等相關指標，構成魚雷戰斗部爆炸威力指標；

2) 爆炸部位、爆心距殼體距離、爆炸深度、攻擊角度等指標，構成雷目交會條件指標；

3) 艦船總體參數、船體材料、艦體防護結構、船底防護結構、抗沉性等相關指標，構成目標結構易損性指標。

表1 反艦魚雷毀傷效能評估指標含義Table 1 Index system meaning of anti-ship torpedo damage effectiveness evaluation

在此基礎上建立的毀傷效能評估指標體系，可為魚雷戰斗部毀傷能力設計、戰時火力配備、戰場環境建設、武器毀傷效能試驗評估、艦船生命力研究等軍事及工程應用提供參考。運用該指標體系以及層次分析方法和專家調查法等，建立評估模型和指標權重分配模型，對在南海進行的某型線導魚雷實航攻擊某型醫護船進行了毀傷評估，評估結果與實航毀傷結果基本一致。

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