李 原, 李本昌

魚雷最小射程及其戰(zhàn)術(shù)意義

李 原, 李本昌

(海軍潛艇學(xué)院 軟件中心, 山東 青島, 266042)

按照潛射魚雷的相遇原理, 通過(guò)對(duì)魚雷最小射距以及最小射程的分析比較, 論證了一定射擊條件下, 魚雷的最小射程是描述魚雷最小射擊范圍的唯一參量。在分析影響魚雷最小射程因素的基礎(chǔ)上, 給出了其計(jì)算方法。最后, 依據(jù)發(fā)射平臺(tái)的探測(cè)能力和可能的戰(zhàn)術(shù)情況, 論述了魚雷最小射程對(duì)戰(zhàn)術(shù)平臺(tái)承擔(dān)作戰(zhàn)使命的限制, 并提出了縮小魚雷最小射程的主要途徑和方法。

潛射魚雷; 最小射程; 戰(zhàn)術(shù)意義

0 引言

在討論魚雷的性能指標(biāo)時(shí), 人們往往更多關(guān)注魚雷的極限航程和魚雷的速度[1], 這固然是十分必要的, 因?yàn)槿藗兛偸窍Ｍl(fā)射平臺(tái)能夠在更遠(yuǎn)的距離上對(duì)更高速度的目標(biāo)發(fā)起攻擊。魚雷航程越遠(yuǎn), 對(duì)應(yīng)的發(fā)射距離也越遠(yuǎn), 所容許的攻擊范圍越大, 越有利于保證發(fā)射平臺(tái)自身的安全; 魚雷速度越高, 所容許攻擊目標(biāo)的速度也越高, 且由于魚雷接近目標(biāo)的時(shí)間越短, 也有利于遮蓋一定量的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素誤差。

然而, 在魚雷極限航程和速度一定的條件下, 魚雷的最小射擊范圍同樣對(duì)作戰(zhàn)使用產(chǎn)生重要影響, 甚至決定其在規(guī)定發(fā)射平臺(tái)上能否勝任給定的作戰(zhàn)使命, 但這一點(diǎn)卻經(jīng)常被人們所忽視。

1 描述魚雷最小射擊范圍的參量

魚雷的最小射擊范圍可用最小射距描述, 也可用最小射程進(jìn)行描述。為了說(shuō)明問(wèn)題, 以直航魚雷為例, 假設(shè)魚雷的最小射程為Smin, 則在一定發(fā)射態(tài)勢(shì)下, 魚雷的最小射程與對(duì)應(yīng)發(fā)射態(tài)勢(shì)的最小射距Dmin之關(guān)系如圖1所示。

圖中:W為發(fā)射點(diǎn);M為發(fā)射魚雷時(shí)刻的目標(biāo)位置點(diǎn)或稱瞄準(zhǔn)點(diǎn);為預(yù)定命中點(diǎn);為發(fā)射提前角。按照相遇原理確定的射向發(fā)射魚雷, 當(dāng)魚雷發(fā)射出管后所消耗的航程正好等于其最小射程時(shí)發(fā)現(xiàn)或者命中目標(biāo), 則對(duì)應(yīng)的發(fā)射距離就稱為該條件下的最小射距。

圖1 魚雷的最小射距和最小射程

由圖1可以看出, 當(dāng)發(fā)射敵舷角X, 或命中角以及目標(biāo)速度與魚雷速度之比為定值時(shí), 則對(duì)應(yīng)條件下的最小射距可采用以下2種方法計(jì)算確定[2]。

式⑴和式⑵說(shuō)明, 在速率比和魚雷最小射程Smin一定的條件下, 不同的發(fā)射敵舷角X(或命中角)所對(duì)應(yīng)的最小射距是不同的。

如圖2所示, 當(dāng)發(fā)射敵舷角從0°逐漸增大到180°時(shí), 對(duì)應(yīng)的最小射距Dmin將從Smin(1)逐漸減小到Smin(1–), 即最小射距隨發(fā)射敵舷角的增大而逐漸減小。

圖2 最小射距隨發(fā)射敵舷角的變化規(guī)律

魚雷最小射程對(duì)應(yīng)于不同發(fā)射敵舷角的發(fā)射點(diǎn)集構(gòu)成了魚雷的最小射程圓, 其圓心為預(yù)定命中點(diǎn), 半徑為魚雷的最小射程Smin。如果以魚雷發(fā)射時(shí)刻的目標(biāo)位置點(diǎn)M為坐標(biāo)原點(diǎn), 目標(biāo)航向線為軸正方向, 與軸垂直向上為正方向的直線為坐標(biāo)縱軸建立直角坐標(biāo)系, 則最小射程圓的解析方程可表示為

最小射程圓的圓心與魚雷發(fā)射時(shí)刻目標(biāo)位置點(diǎn)之間的距離稱作最小射程圓的偏心距。其計(jì)算公式為

可見, 魚雷最小射程圓的偏心距隨目標(biāo)速度的增大而增大(即相對(duì)于發(fā)射時(shí)刻目標(biāo)位置點(diǎn)的前移量), 只有當(dāng)目標(biāo)靜止不動(dòng)(速度為0 )時(shí), 最小射程圓的圓心與發(fā)射時(shí)刻的目標(biāo)位置點(diǎn)相重合。這時(shí), 在任何敵舷角條件下, 對(duì)應(yīng)的最小射距和魚雷的最小射程均相等。

依據(jù)最小射距的這種非唯一性特點(diǎn), 在考核或設(shè)計(jì)魚雷的最小射擊范圍時(shí), 通常不使用最小射距作為指標(biāo), 而是使用最小射程作為描述魚雷最小射擊范圍的參量。

2 魚雷最小射程及其相關(guān)影響因素

在魚雷性能一定條件下, 按照相遇原理確定的魚雷射向發(fā)射魚雷, 如果魚雷發(fā)射出管到其戰(zhàn)斗部能正常工作, 或者魚雷的自導(dǎo)裝置能夠正常發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)間內(nèi)魚雷所直航的最小距離稱為魚雷的最小射程, 用符號(hào)Smin表示。

魚雷的最小射程表明[3], 在一定攻擊態(tài)勢(shì)條件下, 當(dāng)對(duì)應(yīng)發(fā)射態(tài)勢(shì)的魚雷射程S小于其最小射程時(shí), 將因魚雷戰(zhàn)斗部引信或魚雷的自導(dǎo)裝置不能正常工作而無(wú)法對(duì)其攻擊。所以, 滿足魚雷射擊條件的發(fā)射態(tài)勢(shì)是

其中,Smax為魚雷的極限航程。

魚雷的最小射程與多方面的因素有關(guān), 如設(shè)定深度與戰(zhàn)斗深度之差、魚雷出管后的非穩(wěn)定段航程、戰(zhàn)斗部裝藥類型和質(zhì)量等。但作為應(yīng)用, 最為關(guān)鍵的因素則是所設(shè)定的魚雷管制距離、魚雷自導(dǎo)自適應(yīng)所需要的時(shí)間和魚雷戰(zhàn)斗部引信的保險(xiǎn)邏輯3個(gè)方面。

2.1 魚雷的管制距離

為了保證發(fā)射平臺(tái)的安全, 避免魚雷在較近的距離上爆炸造成發(fā)射平臺(tái)自身的毀傷, 潛射魚雷通常都要設(shè)定一個(gè)管制距離, 該參數(shù)決定了魚雷發(fā)射出管后, 必須航行到該距離之外才能進(jìn)行自導(dǎo)開機(jī)、解除戰(zhàn)斗部第1道保險(xiǎn)等, 這一距離用符號(hào)S表示。

2.2 魚雷自導(dǎo)自適應(yīng)時(shí)間

作為自導(dǎo)魚雷, 為了使其能夠正確檢測(cè)目標(biāo)所產(chǎn)生的某種物理場(chǎng), 魚雷自導(dǎo)開機(jī)后必須首先完成自導(dǎo)自適應(yīng), 以建立各種自導(dǎo)方式的檢測(cè)基準(zhǔn), 而且在自導(dǎo)自適應(yīng)過(guò)程中魚雷不能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和跟蹤。因此, 魚雷在完成自導(dǎo)自適應(yīng)時(shí)間T內(nèi)的航程將是影響其最小射程的重要因素之一。

2.3 魚雷戰(zhàn)斗部引信的保險(xiǎn)邏輯

魚雷戰(zhàn)斗部引信的保險(xiǎn)邏輯決定了魚雷戰(zhàn)斗部能夠起爆的條件, 通常除了要求魚雷的航程大于管制航程之外, 為了安全起見, 很多自導(dǎo)魚雷都把魚雷的自導(dǎo)裝置發(fā)現(xiàn)目標(biāo)作為解除戰(zhàn)斗部保險(xiǎn)的條件之一。這就是說(shuō), 采用這種保險(xiǎn)邏輯的魚雷, 在其自導(dǎo)裝置未完成自適應(yīng)之前, 即使魚雷能夠和目標(biāo)接近到相遇——命中目標(biāo), 但魚雷的戰(zhàn)斗部是不會(huì)起爆的, 這就是在特殊條件下此類保險(xiǎn)方式的自導(dǎo)魚雷不能作為直航魚雷使用的原因。

如果把魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)作為自導(dǎo)魚雷戰(zhàn)斗部解除保險(xiǎn)條件之一的話, 那么, 各種制導(dǎo)方式魚雷的最小射程可由下式計(jì)算。

對(duì)于直航魚雷

對(duì)于尾流自導(dǎo)魚雷

對(duì)于聲自導(dǎo)魚雷

其中,V和0分別為魚雷的自導(dǎo)自適應(yīng)速度和聲自導(dǎo)半徑。

3 魚雷最小射程的戰(zhàn)術(shù)意義

人類對(duì)海洋環(huán)境尤其是對(duì)水下環(huán)境的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)不及認(rèn)識(shí)陸地環(huán)境那么直接, 那么清楚, 而潛艇作戰(zhàn)正是在這樣一種環(huán)境中進(jìn)行, 利用被動(dòng)聲納對(duì)目標(biāo)實(shí)施探測(cè)和跟蹤是使用武器的前提。當(dāng)潛艇處于惡劣水文條件下時(shí), 其聲納的探測(cè)距離受到了嚴(yán)格限制, 加上日趨完善的立體、全方位反潛體系對(duì)潛艇的隱蔽性和安全性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅, 潛艇與目標(biāo)緊急遭遇的現(xiàn)象亦日漸增多[4]。因此, 緊急遭遇情況下的攻擊與防御將是現(xiàn)代作戰(zhàn)條件下潛艇的一種“正?！弊鲬?zhàn)樣式。

為了保證自身的安全, 作為攻擊決策者, 在緊急遭遇情況下總是希望能盡快對(duì)敵發(fā)射魚雷, 達(dá)成先機(jī)制敵的目的, 以消除其對(duì)本艇所構(gòu)成的威脅。但是, 這種情況下, 敵我距離一般都比較近, 按照魚雷最小射程的實(shí)際意義, 如果這時(shí)所需要的魚雷射程小于魚雷的最小射程, 那么, 即使把魚雷發(fā)射出去, 也會(huì)因?yàn)轸~雷戰(zhàn)斗部或其自導(dǎo)裝置無(wú)法正常工作, 而不能達(dá)成對(duì)敵有效攻擊的目的, 或者說(shuō)這種情況下潛艇只能處于被動(dòng)挨打的局面, 這是戰(zhàn)術(shù)所不能容許的。

由此, 魚雷最小射程決不僅僅是魚雷自身的性能指標(biāo), 而必須與發(fā)射平臺(tái)的探測(cè)能力相匹配[5], 否則, 將無(wú)法滿足發(fā)射平臺(tái)肩負(fù)使命的要求。這是因?yàn)樵诎l(fā)射平臺(tái)探測(cè)性能一定的條件下, 魚雷的最小射程是關(guān)乎其能否有效對(duì)敵實(shí)施打擊的重要因素。如果由于發(fā)射平臺(tái)對(duì)某類目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)距離總是或者在大多數(shù)情況下都很近而不能滿足魚雷最小射程的要求, 那么, 發(fā)射平臺(tái)就不具備對(duì)這類目標(biāo)攻擊的能力。所以, 為了應(yīng)對(duì)潛艇平臺(tái)不可避免的這種戰(zhàn)術(shù)情況, 在理論上總是希望潛射魚雷的最小射程盡可能小。

4 縮小魚雷最小射程的主要措施

魚雷的最小射程盡管是魚雷自身所固有的, 但卻是魚雷設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)出來(lái)的。從式(6)~式(8)容易看出, 既然魚雷的最小射程與管制距離、自導(dǎo)自適應(yīng)時(shí)間以及戰(zhàn)斗部保險(xiǎn)邏輯有關(guān), 那么要想減小魚雷的最小射程, 也只能通過(guò)優(yōu)化這些參數(shù)和邏輯關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)。

魚雷的管制距離最早是由直航魚雷提出的, 設(shè)置該參數(shù)的目的是作為解除魚雷戰(zhàn)斗部保險(xiǎn)的第一條件, 期望魚雷遠(yuǎn)離發(fā)射平臺(tái)一定距離后才能爆炸, 用以保證魚雷爆炸的巨大沖擊不致對(duì)發(fā)射平臺(tái)自身產(chǎn)生毀傷。顯然, 這一距離與多方面的因素有關(guān), 比如, 戰(zhàn)斗部裝藥的種類、質(zhì)量和發(fā)射平臺(tái)的抗毀能力等, 確定這一參數(shù)的取值只能通過(guò)計(jì)算和大量的實(shí)爆試驗(yàn)才能確定。

為了適應(yīng)魚雷自導(dǎo)的工作環(huán)境, 以對(duì)目標(biāo)實(shí)施精確檢測(cè), 通常各種自導(dǎo)方式均需要完成自導(dǎo)自適應(yīng)過(guò)程。因此, 在保證完成這一工作的前提下, 應(yīng)盡可能減小自導(dǎo)自適應(yīng)時(shí)間。除此之外, 為了保證特殊情況下的使用, 還可以采用數(shù)據(jù)庫(kù)的方法, 根據(jù)主要作戰(zhàn)海區(qū)的水文環(huán)境, 提供各種自導(dǎo)方式的檢測(cè)背景, 從而免去自導(dǎo)自適應(yīng)過(guò)程而減小魚雷的最小射程。

通常情況下, 魚雷發(fā)射出管后的航程大于其管制距離是各種制導(dǎo)方式的魚雷解除戰(zhàn)斗部保險(xiǎn)的第一條件, 對(duì)于自導(dǎo)魚雷, 常常還把魚雷完成自導(dǎo)自適應(yīng)并發(fā)現(xiàn)目標(biāo)作為解除戰(zhàn)斗部保險(xiǎn)的另一條件。這就是說(shuō), 解除戰(zhàn)斗部保險(xiǎn)邏輯對(duì)魚雷的最小射程有著重要影響。

有鑒于此, 為了減小魚雷的最小射程, 對(duì)于自導(dǎo)魚雷除了保留戰(zhàn)斗部保險(xiǎn)的第一條件之外, 魚雷是否完成自導(dǎo)自適應(yīng)或是否發(fā)現(xiàn)目標(biāo)也可去除。這樣, 只要魚雷航程大于其管制距離, 且滿足戰(zhàn)斗部非觸發(fā)引信作用條件魚雷即可起爆。如此, 也就避免了自導(dǎo)魚雷直接命中目標(biāo)而其戰(zhàn)斗部不能起爆的問(wèn)題。

除此之外, 必須明確的是, 魚雷的管制距離是限制魚雷離開發(fā)射平臺(tái)一定距離后戰(zhàn)斗部才可起爆, 而不是限制魚雷離開發(fā)射平臺(tái)一定距離后開啟自導(dǎo)探測(cè)。盡管當(dāng)魚雷與發(fā)射平臺(tái)距離較近時(shí)開啟自導(dǎo)探測(cè)可能導(dǎo)致魚雷對(duì)發(fā)射平臺(tái)的探測(cè), 但這種情況必須通過(guò)彈道保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣, 魚雷完成初始機(jī)動(dòng)進(jìn)入預(yù)設(shè)定航向后即可開啟自導(dǎo), 而無(wú)需受管制距離的限制。

5 結(jié)束語(yǔ)

水聲探測(cè)的特殊性, 給發(fā)射平臺(tái)探測(cè)目標(biāo)帶來(lái)了許多困難, 進(jìn)而也給魚雷武器的作戰(zhàn)運(yùn)用帶來(lái)了許多不確定因素, 而戰(zhàn)術(shù)目的和多變的海洋水文情況對(duì)魚雷自身各種技術(shù)指標(biāo)的確定提出了更多苛刻的要求。所以, 要想使魚雷武器的各種功能和性能滿足在現(xiàn)代條件下的作戰(zhàn)運(yùn)用, 必須密切結(jié)合潛艇這種作戰(zhàn)平臺(tái)的實(shí)際, 在強(qiáng)調(diào)提升魚雷常規(guī)性能指標(biāo)的同時(shí), 還需要特別強(qiáng)調(diào)提高其應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜作戰(zhàn)情況的能力。本文只是根據(jù)作戰(zhàn)使用的一個(gè)具體情況, 提出了魚雷武器應(yīng)對(duì)近距離攻擊條件的技術(shù)途徑和方法。

[1] 李本昌, 劉賀. 線導(dǎo)魚雷的速制及其作戰(zhàn)運(yùn)用[J]. 魚雷技術(shù), 2009, 17(4): 74-76.Li Ben-chang, Liu He. MultiSpeed Applacation of Wire- guided Torpedo[J]. Torpedo Technology, 2009, 17(4): 74-76.

[2] 趙正業(yè). 潛艇火控原理[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2003.

[3] 野學(xué)范, 李本昌. 尾流自導(dǎo)魚雷最小開機(jī)距離及其應(yīng)用[J]. 指揮控制與仿真, 2011, 33(5): 33-36. Ye Xue-fan, Li Ben-chang. Research on Minimum Homing Triggering Distance for Torpedo Wake Homing Device and its Application[J]. Command Control& Simulation, 2011, (33)5: 33-36.

[4] 李本昌. 現(xiàn)代潛艇作戰(zhàn)軟件的需求與技術(shù)難點(diǎn)[J]. 火力與指揮控制, 2004, 29(6): 73-76.Li Ben-chang. The Dem and Technical Difficulty of Modern Submarine Combat Software[J]. Fire Control& Command Control, 2004, 29(6): 73-76.

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(責(zé)任編輯: 許 妍)

Minimum Torpedo Range and Its Tactical Significance

LI YuanLI Ben-chang

(Research Centre of Submarine Operation Software, Navy Submarine Academy, Qingdao 266071, China)

By analyzing the minimum range and shooting distance of a torpedo, it is concluded that the minimum range of a sub-launched torpedo is the unique parameter to describe its minimum shooting area in certain shooting conditions, according to the meeting principle of a sub-launched torpedo. The factors influencing the minimum range are analyzed, and a method for calculating the minimum range is given. According to the detection capability of a launch platform and possible tactical situations, the limit of the minimum range to the fighting task of tactical platform is discussed, and suggestions for reducing the minimum range are offered.

sub-launched torpedo; minimum range; tactical significance

TJ630

A

1673-1948(2014)05-0377-04

2014-05-05;

2014-06-06.

李 原(1963-), 男, 高級(jí)工程師, 研究方向?yàn)闈撏~雷武器系統(tǒng)及運(yùn)用.