鄧南明, 鄧新文

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均勻設(shè)計(jì)法在魚雷尾流自導(dǎo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

鄧南明, 鄧新文

(中國(guó)人民解放軍91388部隊(duì), 廣東 湛江, 524022)

通過(guò)對(duì)影響魚雷尾流自導(dǎo)因素的分析, 選取了試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素, 并對(duì)魚雷尾流自導(dǎo)試驗(yàn)各因素水平進(jìn)行設(shè)置, 利用均勻設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行魚雷尾流自導(dǎo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。相對(duì)以往設(shè)計(jì)方案對(duì)因素的選取、水平設(shè)置及組合主觀隨意性較大的情況, 采用均勻設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的方案, 其客觀合理性與試驗(yàn)點(diǎn)的均勻分散性都得到較大提升。相較于全面試驗(yàn)設(shè)計(jì)以及正交設(shè)計(jì)的方法, 可以在不降低試驗(yàn)效果的前提下有效減少試驗(yàn)條次數(shù), 經(jīng)濟(jì)效益明顯, 可行性高, 易于實(shí)施。文中所做研究也可為魚雷聲自導(dǎo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供參考。

魚雷; 均勻設(shè)計(jì)法; 尾流自導(dǎo); 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

0 引言

尾流自導(dǎo)作戰(zhàn)能力的評(píng)估以及條次合格率的考核與魚雷尾流自導(dǎo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)息息相關(guān)。而目前這兩項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn), 通常只要求在規(guī)定的使用條件范圍內(nèi)進(jìn)行, 并沒(méi)有對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行過(guò)多限定, 由此導(dǎo)致試驗(yàn)設(shè)計(jì)具有一定的主觀隨意性。試驗(yàn)條件偏向于邊界, 則會(huì)加大研制方風(fēng)險(xiǎn), 試驗(yàn)條件過(guò)于良好, 又會(huì)加大采購(gòu)方風(fēng)險(xiǎn)。而試驗(yàn)條件主要取決于試驗(yàn)變量(因素)的選取、因素水平的設(shè)置及組合。目前, 均勻設(shè)計(jì)是一種比較成熟的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法, 通常配合回歸分析對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化, 旨在探究試驗(yàn)結(jié)果與試驗(yàn)因素之間的關(guān)系, 常用的方式是為了獲取最優(yōu)的工藝條件或者是最優(yōu)的配方等[1-3], 其核心思想是保證試驗(yàn)點(diǎn)的均勻分散性, 使得每個(gè)試驗(yàn)號(hào)各因素水平之和大致相同, 達(dá)到水平上的均勻, 可以通過(guò)少量的試驗(yàn)樣本量得到較為有效的試驗(yàn)結(jié)論[4]。文章采用均勻設(shè)計(jì)法, 其目的不在于探索試驗(yàn)結(jié)果與各因素之間的關(guān)系, 而是利用均勻設(shè)計(jì)的均勻分散性避免試驗(yàn)條件設(shè)置的主觀隨意性, 使試驗(yàn)條件設(shè)置更加客觀合理, 同時(shí)使用較少的試驗(yàn)條次獲取較為有效的試驗(yàn)結(jié)論。

1 試驗(yàn)因素選取及水平設(shè)置

1.1 試驗(yàn)因素選取

從魚雷的角度出發(fā), 影響魚雷尾流自導(dǎo)的因素主要有目標(biāo)尾流特性、魚雷入尾流角度與魚雷入尾流位置。艦船航行, 產(chǎn)生尾流的主要來(lái)源可以分為3個(gè): 一是船艏尾流, 由于船艏波浪翻轉(zhuǎn)卷入空氣, 形成氣泡; 二是湍流邊界層尾流, 在船殼兩側(cè), 湍流邊界層卷入空氣形成尾流; 三是螺旋槳尾流, 螺旋槳的旋轉(zhuǎn)將會(huì)在水中形成漩渦, 漩渦的中心便會(huì)出現(xiàn)低壓區(qū), 溶解在水中的空氣便會(huì)在低壓區(qū)冒出來(lái)形成氣泡。艦船的尾流特性主要跟艦船的線型、長(zhǎng)度、寬度、吃水深度、排水量(噸位)、航速、螺旋槳安裝位置、螺旋槳的幾何參數(shù)(包括個(gè)數(shù))及工作參數(shù)、航行海域的海況有關(guān), 同時(shí)由于目前魚雷尾流自導(dǎo)通常采用的尾流聲學(xué)特性, 所以艦船的尾流特性還與其所航行海域的鹽度與溫度有關(guān)[5]。

魚雷尾流自導(dǎo)的攻擊對(duì)象主要為中大型水面艦船, 因?yàn)橹写笮退媾灤靸r(jià)昂貴, 各個(gè)國(guó)家的中大型水面艦船每個(gè)系列的數(shù)量都較少, 由此導(dǎo)致目標(biāo)艦船自身特征在船身線型、長(zhǎng)度、寬度、螺旋槳安裝位置、螺旋槳的幾何參數(shù)(包括個(gè)數(shù))及工作參數(shù)等方面各具特點(diǎn), 數(shù)據(jù)多樣化, 不方便納入攻擊目標(biāo)的指標(biāo)要求, 往往選取排水量、吃水深度、航速作為攻擊目標(biāo)的檢驗(yàn)要求。除了艦船自身特征外, 海況、溫度和鹽度等環(huán)境因素, 以及魚雷入尾流的角度、位置等態(tài)勢(shì)也影響魚雷的尾流自導(dǎo)。所以在進(jìn)行魚雷尾流自導(dǎo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí), 選取的試驗(yàn)因素主要有目標(biāo)艦船的排水量、吃水深度、航速、海區(qū)海況、溫度、鹽度、魚雷入尾流角度及位置。

1.2 試驗(yàn)因素的范圍

1.3 試驗(yàn)水平設(shè)置

魚雷試驗(yàn)的因素水平通常難以像配方優(yōu)化試驗(yàn)?zāi)菢恿炕O(shè)置, 但是可以采用分等級(jí)設(shè)置。結(jié)合工程實(shí)踐及試驗(yàn)因素范圍, 對(duì)各試驗(yàn)因素水平設(shè)置如下。

海水溫度: 3個(gè)水平, 水平1為低溫, 水平2為中溫, 水平3為高溫。當(dāng)試驗(yàn)條件允許, 能分別在渤海、東海與南海開(kāi)展試驗(yàn)時(shí), 低溫為渤海的冬季、中溫為東海的春季或者秋季、高溫為南海的夏季; 若試驗(yàn)條件不允許, 只能在某固定海區(qū)試驗(yàn)時(shí), 則低溫為該海域的冬季, 中溫為該海域的春季或者秋季, 高溫為該海域的夏季。

海水鹽度: 3個(gè)水平, 水平1為低鹽(河口附近), 水平2為中鹽(近岸), 水平3為高鹽(遠(yuǎn)海)。

入尾流角度: 3個(gè)水平, 水平1為垂直, 水平2為尾追(取邊界值為最小角度), 水平3為迎擊(取邊界值為最大角度)。

魚雷尾流自導(dǎo)試驗(yàn)因素選取及水平設(shè)置如表1所示。

表1 試驗(yàn)因素選取與水平設(shè)置

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 一般條件試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表2 均勻設(shè)計(jì)的一般條件試驗(yàn)方案

表3 一般條件實(shí)航試驗(yàn)方案

實(shí)航試驗(yàn)安排: 1) 高海況下魚雷尾流自導(dǎo)迎擊入尾流前部攻擊中高速大型水面艦試驗(yàn); 2) 低海況下魚雷尾流自導(dǎo)尾追入尾流前部攻擊低速淺吃水大型水面艦試驗(yàn); 3) 高海況下魚雷尾流自導(dǎo)垂直入尾流后部攻擊中高速淺吃水大型水面艦試驗(yàn); 4) 低海況下魚雷尾流自導(dǎo)迎擊入尾流后部攻擊低速中型水面艦試驗(yàn); 5) 高海況下魚雷尾流自導(dǎo)尾追入尾流中部攻擊中高速中型水面艦試驗(yàn); 6) 低海況下魚雷尾流自導(dǎo)垂直入尾流中部攻擊低速淺吃水中型水面艦試驗(yàn)。

一般條件試驗(yàn)適用于在試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)充足, 試驗(yàn)條次數(shù)約束較少的情況下使用, 可以用于作戰(zhàn)試驗(yàn)中魚雷尾流自導(dǎo)試驗(yàn)的設(shè)計(jì), 評(píng)估該型魚雷尾流自導(dǎo)的作戰(zhàn)能力, 以及性能試驗(yàn)中魚雷尾流自導(dǎo)條次合格率考核的試驗(yàn)設(shè)計(jì), 其試驗(yàn)結(jié)論代表魚雷尾流自導(dǎo)作戰(zhàn)能力或者條次合格率的一般水平。

2.2 下邊界條件試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表4 均勻設(shè)計(jì)的下邊界條件試驗(yàn)方案

表5 下邊界條件實(shí)航試驗(yàn)方案

實(shí)航試驗(yàn)具體安排: 1) 高海況下魚雷尾流自導(dǎo)尾追入尾流前部攻擊低速淺吃水中型水面艦試驗(yàn); 2) 高海況下魚雷尾流自導(dǎo)尾追入尾流后部攻擊低速淺吃水中型水面艦試驗(yàn); 3) 高海況下魚雷尾流自導(dǎo)迎擊入尾流后部攻擊低速淺吃水中型水面艦試驗(yàn); 4) 高海況下魚雷尾流自導(dǎo)迎擊入尾流前部攻擊低速淺吃水中型水面艦試驗(yàn)。

下邊界條件試驗(yàn), 可以充分驗(yàn)證魚雷尾流自導(dǎo)在下邊界條件上的一般表現(xiàn), 得出的結(jié)論可以說(shuō)明魚雷尾流自導(dǎo)性能在有效工作范圍內(nèi)的最低水平。適合在試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)受限, 條次數(shù)受約束, 但是試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的性能試驗(yàn)任務(wù)中使用, 驗(yàn)證魚雷尾流自導(dǎo)條次合格率的最低可達(dá)水平。

3 結(jié)束語(yǔ)

從影響魚雷尾流自導(dǎo)的因素出發(fā), 采用均勻設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行魚雷尾流自導(dǎo)試驗(yàn)設(shè)計(jì), 有效的避免了試驗(yàn)條件設(shè)置的主觀隨意性, 而且得到的試驗(yàn)方案能夠通過(guò)較少的試驗(yàn)條次獲得客觀有效的試驗(yàn)結(jié)論, 經(jīng)濟(jì)效益好, 技術(shù)可行性高。試驗(yàn)因素中溫度與鹽度影響較小, 用于科學(xué)研究或者仿真試驗(yàn)可以采用考慮溫度與鹽度的試驗(yàn)方案, 在性能試驗(yàn)或者作戰(zhàn)試驗(yàn)的實(shí)航試驗(yàn)中, 考慮經(jīng)濟(jì)效益可采用不考慮溫度與鹽度的實(shí)航試驗(yàn)方案。均勻設(shè)計(jì)法不僅能用于魚雷尾流自導(dǎo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化, 還能應(yīng)用于被動(dòng)聲自導(dǎo)以及主動(dòng)聲自導(dǎo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化, 下一步將就此繼續(xù)展開(kāi)研究。

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(責(zé)任編輯: 許 妍)

Application of Uniform Design Method to Design of Torpedo’s Wake Homing Test

DENG Nan-ming, DENG Xin-wen

(91388thUnit, The People’s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

The factors influencing torpedo wake homing are analyzed to select the test design factors, the level of each factor of torpedo wake homing test is set up, and the design of torpedo wake homing test is carried out by the uniform design method. Compared with the previous design schemes with subjective randomness in selection of factors, level setting and combination, the uniform design method is more objective and rational, so the uniform dispersion of test points is greatly improved.Also, the uniform design method can significantly reduce, the test samples without reducing test effect compared with the comprehensive test design and the orthogonal design method, hence obvious economic benefit, high feasibility, and easy implementation can be achieved. This research may provide a reference for the design optimization of torpedo acoustic homing test.

torpedo; uniform design method; wake homing; test design

鄧南明(1985-), 男, 工程師, 主要從事水中兵器試驗(yàn)研究.

TJ630.6; O212.6

A

2096-3920(2018)02-0180-05

鄧南明, 鄧新文. 均勻設(shè)計(jì)法在魚雷尾流自導(dǎo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào), 2018, 26(2): 180-184.

2017-11-27;

2018-03-07.

10.11993/j.issn.2096-3920.2018.02.013