反潛直升機應召搜潛效能評估

竹建東 王化吉 孫黎靜 李宏宇 許恒博

（中國直升機設計研究所 江西省景德鎮市 333001）

1 引言

潛艇以自身極強的隱蔽性的特點，加上現代潛艇朝高速、深潛和低噪聲方向發展，使搜索發現潛艇更加困難和復雜。潛艇，特別是核潛艇已成為現代海戰中極具威脅的突襲手段，其具有巨大的戰術和戰略威懾意義。因此，在海戰中，及時有效地探測并跟蹤敵方潛艇位置、航行速度和方向等特征參數，是投放空投魚雷和深水炸彈的先決條件之一，同時取得海戰場上的主動權也是各國海軍不斷研究和探索的問題。

目前世界各國海軍的大中型反潛水面艦艇普遍裝備有一架或多架反潛直升機，反潛直升機已成為水面艦艇近程警戒、應召反潛和航道開航的重要手段。本文基于上述情況，對反潛直升機的應召反潛效能進行評估。

2 反潛直升機特點和探潛裝備

2.1 反潛直升機的優點

反潛直升機相對其他反潛兵力的優點如下：

（1）起降方便，搜索效率高；

（2）機動性強、速度快；

（3）探測距離遠、定位精度高；

（4）隱蔽性好、受敵威脅小。

2.2 反潛直升機探潛裝備

反潛直升機的航空探潛裝備主要分為聲學探測和非聲學探測兩大類。由于聲波在海水介質中的良好傳播特性，因此聲學探測是目前航空反潛的主要探測方式，其中吊放聲納和聲納浮標是反潛直升機的主要反潛探測設備。

2.2.1 吊放聲納

吊放聲納是利用吊放電纜將水下分機下放至水中一定深度處對潛艇目標進行探測，反潛直升機飛臨指定海區執行搜潛任務時，懸停在目標海域上空一定高度，利用吊聲絞車收放系統將水下分機下放，一般先采用被動探測方式進行探潛搜索，當收到潛艇噪聲信號后，再用主動探測方式發射聲脈沖信號，探測目標的回波，對目標進行定位[1]。

2.2.2 聲納浮標

聲納浮標主要用來警戒搜索和航道搜索，或在某些特殊場景下廣撒多枚聲納浮標對某片有可疑目標的海區進行持續性檢測。但聲納浮標為一次性產品，往往有時間性限制。

3 應召反潛效能分析[2-5]

3.1 反潛直升機搜潛系統應召反潛效能分析

應召反潛是獲得敵潛艇的情報后，反潛直升機迅速抵達指定海區，以吊放聲納、聲納浮標、磁探儀為主，快速完成對潛艇的搜索和定位，最后使用航空魚雷或深水炸彈實施攻擊。

3.1.1 吊放聲納應召反潛流程

反潛直升機出航和吊放聲納點水過程示意如圖1 所示，搜潛過程一般為得知目標概略位置后，以巡航高度快速抵達目標上空，按一定懸停高度進行探測，探測結束后按懸停策略進行下一點水點進行探測，懸停間距一般按吊放聲納作用距離的1.5 ～2 倍選擇。

3.1.2 吊放聲納應召反潛效能分析

圖1：直升機航渡和吊放聲納點水示意圖

圖2：圓形法計算搜索面積

在反潛兵力戰術層次上，用發現潛艇的概率作為反潛直升機在執行搜潛任務時作戰效能的主要指標。在海區執行搜潛任務，發現潛艇的概率是根據搜索理論的基礎--發現一次概率確定：

式中，ρ：所有參加搜索的反潛直升機發現潛艇的密度；tss：反潛直升機搜索時間（h）。

發現密度ρ 是單位時間內發現潛艇的數學期望數，它取決于反潛直升機的數量、搜索效率、搜索區內潛艇數量和搜索區面積：

式中，Si：每架反潛直升機的搜索效率（km2/h）；S∑：敵潛艇可能存在的區域面積，即需要搜索的面積（km2）。

3.1.2.1 搜索區面積

要搜索的面積取決于潛艇丟失點誤差、潛艇的速度、反潛直升機到達海區的時間、導航精度等。可能存在潛艇區域面積取決于預報潛艇位置的誤差、延遲時間內潛艇逃離的范圍和搜索期間潛艇繼續逃離的范圍，可以認為是一個以R 為半徑的圓。

式中，r0：預報潛艇位置的誤差圓半徑（km）；Tyc：從發現目標到反潛直升機到達發現潛艇點的延遲時間（h）；Vm：敵潛艇速度（km/h）；tss：反潛直升機搜索時間（h）。

3.1.2.2 反潛直升機搜索效率

搜索效率是指反潛直升機在單位時間內搜索的有效面積。搜索效率是每組反潛直升機搜索潛艇的性能特點，這是一個標準量，數值等于單位時間內搜索潛艇的面積。計算搜索面積的方法有兩種，一種是按矩形求面積法（簡稱矩形法），另一種是按搜索圓求面積法（簡稱圓形法）。這里選擇搜索圓求面積法。

表1：不同水文條件下，應召反潛的發現概率

表2：不同水文條件下，聲納浮標應召反潛的發現概率

表3：浮標最大包圍半徑

表4：需要搜素區域的半徑

表5：吊放聲納的搜潛效能

式中：n 為每小時懸停次數，dds為吊放聲納作用距離，Sc為相鄰探測圓的重疊面積，W 為搜索寬度。

相鄰兩探測圓重疊部分（圖中陰影部分）的面積為：

3.1.3 聲納浮標應召反潛流程

使用聲納浮標進行應召反潛時，根據敵潛艇的信息確定搜索方法。當已知敵潛艇航行扇面時，通常布設角形、V 字型浮標陣形。當不知敵潛艇航行方向時，通常可布設圓形、矩形等浮標陣型。

所需投放的聲納浮標的數量和布陣半徑一般與敵潛艇航速范圍、任務時間、采用何種類型浮標、載機飛行速度和數量等參數有關。

3.1.4 聲納浮標應召反潛效能分析

將至少一個浮標發現潛艇的概率作為評價浮標搜索效率的標準。發現潛艇的概率由式（7）確定：

式（7）中，n 為浮標數量，d 代表浮標探測距離，Pl為浮標完好率，Pr獲得目標接觸及識別的概率，S 為搜索區域面積。要求從布放第一枚浮標開始，直升機連續監聽浮標區中所有浮標。

要搜索的面積取決于預報潛艇位置誤差半徑、潛艇的速度、反潛直升機到達海區的時間、導航精度等。可能存在潛艇區域面積取決于預報潛艇位置的誤差、延遲時間內潛艇逃離的范圍，可以認為是一個以R 為半徑的圓。

式中，r0：預報潛艇位置的誤差圓半徑（km）；Tyc：從發現目標到反潛直升機到達發現潛艇點的延遲時間（h）；Vm：敵潛艇速度（km/h），Tbf為完成圓形浮標陣形布放時間。

3.2 艦載聲納裝備與艦載直升機應召反潛仿真分析

3.2.1 反潛直升機吊放聲納實現載艦應召反潛效能計算

艦載聲納應召反潛的搜索區域面積大小與預報潛艇位置的誤差圓半徑、從發現目標到反潛直升機到達發現潛艇點的延遲時間、敵潛艇速度、反潛直升機搜索時間有關。

在潛艇6kn 的逃逸速度情況下，反潛直升機基準作戰半徑120km，設定作戰半徑為相應的聲納作用距離，直升機飛行速度180 千米/小時，吊放聲納作用距離為6km/12km，載艦以15 節速度航行，良好水文條件下的搜索潛艇的發現概率見表1。

3.3.2 反潛直升機聲納浮標實現載艦應召反潛效能計算

當艦載聲納發現疑似潛艇目標時，利用反潛直升機上的聲納浮標實現載艦的應召反潛任務。假設聲納浮標在良好水文條件下的作用距離為3 km/4.5km，浮標存活率為80%，目標識別率80%。

載艦應召反潛的搜索區域面積大小與預報潛艇位置的誤差圓半徑、從發現目標到反潛直升機到達發現潛艇點的延遲時間、敵潛艇速度、聲納浮標布放時間有關。

在潛艇6kn 的逃逸速度情況下，反潛直升機基準作戰半徑120km，設定作戰半徑為相應的聲納作用距離，直升機飛行速度180 千米/小時。載艦以15 節速度航行時，各種水文條件下的搜索潛艇的發現概率見表2。

3.3.3 反潛直升機吊放聲納和聲納浮標實現載艦應召反潛效能計算

利用反潛直升機吊放聲納和聲納浮標實現載艦的應召反潛，由于反潛直升機受空間限制一般只配備一個反潛戰位，所以要利用吊放聲納和聲納浮標的協同應召反潛，則至少需要兩架反潛直升機，分別使用吊放聲納和聲納浮標。

根據3.3.1 和3.3.2 節的分析，聲納浮標采用圓形浮標陣形或者矩形浮標陣形，且在所有聲納浮標布放完成后，吊放聲納開始作業。存在兩種情況，一種是圓形浮標陣形的半徑大于或等于需要搜索區域的半徑，另一種是圓形浮標陣形的半徑小于需要搜索區域的半徑，下面分析前一種情況的發現概率。

當圓形浮標陣形的半徑大于或等于需要搜索區域的半徑時，首先將聲納浮標布成圓形陣形，包圍要搜索的區域。然后利用吊放聲納在包圍區域內進行反潛作業。一旦聲納浮標形成了包圍圈，在裝載浮標處理系統的直升機留空時間或者裝載吊放聲納的直升機留空時間（取小值）內，發現潛艇的概率取決于吊放聲納搜索概率或者浮標的識別概率乘積。

表3 代表不同聲納浮標數量，在作用距離為3km、良好水文條件和完好率為80%情況下，圓形浮標陣所能包圍區域的最大海域半徑。

利用2 架反潛直升機，分別裝載吊放聲納和聲納浮標。在潛艇6kn 的逃逸速度情況下，反潛直升機基準作戰半徑120km，設定作戰半徑為相應的艦載聲納作用距離，直升機飛行速度180 千米/小時，每架機攜帶16 枚被動全向浮標。當載艦以15 節航速航行時，良好水文條件下，根據表4 和表5 分析結果可知采用吊放聲納搜潛的發現概率為100%，因此最終發現概率取決于浮標的識別概率。

4 結論

在潛艇6kn 的逃逸速度情況下，反潛直升機基準作戰半徑120km，設定作戰半徑為相應的聲納作用距離，直升機飛行速度180 千米/小時，每架機攜帶16 枚被動全向浮標，浮標完好率80%，浮標識別概率為80%，良好水文條件下吊放聲納作用距離為6km。在這些條件下：

（1）在目前的戰技指標情況下，單純利用2 架反潛直升機上的吊放聲納執行載艦的應召反潛任務，發現概率偏低，不能滿足要求；當指標成倍提升時，單架機的搜潛發現概率依然偏低，但雙機協同時，發現概率較優；

（2）在目前的戰技指標情況下，單純利用反潛直升機上的被動全向聲納浮標，無論是單機還是雙機協同，其發現概率都偏低；但當技術指標增長50%時，其單機搜潛發現概率已可滿足載艦的應召反潛需求；

（3）在目前的戰技指標情況下，利用2 架直升機，1 架裝載吊放聲納，1架裝載聲納浮標，可以較好的實現載艦的應召反潛需求，發現概率取決于浮標識別概率。

（4）當吊放聲納的最大作用距離提高到12km 時，利用反潛直升機上的吊放聲納執行載艦的應召反潛任務，良好水文條件下雙機協同反潛時，發現概率可以達到83.4%。

從上述分析結論可知，提高反潛直升機吊放聲納和聲納浮標的探測指標對基于載艦應召反潛效能有著重大意義。要達到同樣的搜潛效能，不僅可節約艦載直升機的數量，也可靈活選擇單架直升機或者雙機進行協同。

今后，隨著吊放聲納的探測能力以及聲納浮標種類和指標的提升，上述分析對反潛直升機的應召反潛具有一定的指導意義，也可得出水聲探測指標的提升對搜潛效能的重大意義，因此提升反潛直升機的搜潛能力迫在眉睫。