丁文強(qiáng)，丁浩，趙志允

（海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199）

0 引言

潛艇在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，會(huì)面臨來(lái)自空中、水面和水下的威脅，其中，最直接的威脅是各種反潛武器的攻擊?，F(xiàn)代魚(yú)雷高性能戰(zhàn)斗部、智能識(shí)別和精確制導(dǎo)等技術(shù)的快速發(fā)展，使魚(yú)雷對(duì)潛艇的威脅更趨嚴(yán)重。當(dāng)潛艇發(fā)現(xiàn)來(lái)襲魚(yú)雷攻擊征兆時(shí)，可以采取常規(guī)機(jī)動(dòng)駛離魚(yú)雷搜索帶、使用對(duì)抗器材、強(qiáng)機(jī)動(dòng)等多種規(guī)避方法［1-2］。但是，魚(yú)雷航速、航程以及聲自導(dǎo)性能的不斷快速發(fā)展，使魚(yú)雷能夠快速準(zhǔn)確地捕獲潛艇目標(biāo)。對(duì)于潛艇而言，以往某些行之有效的規(guī)避對(duì)抗手段在新型魚(yú)雷搜索攻擊過(guò)程中難以發(fā)揮作用。當(dāng)潛艇采用其他規(guī)避方法無(wú)法有效應(yīng)對(duì)魚(yú)雷攻擊時(shí)，利用強(qiáng)機(jī)動(dòng)變深來(lái)進(jìn)行規(guī)避魚(yú)雷末端攻擊彈道，是潛艇不得已而用之的規(guī)避措施，也是潛艇防御魚(yú)雷的最后措施。應(yīng)當(dāng)對(duì)該方案的有效性加以驗(yàn)證和研究，這對(duì)提高潛艇生命力和戰(zhàn)斗力具有十分重要的理論研究意義和軍事應(yīng)用價(jià)值。

1 強(qiáng)機(jī)動(dòng)變深規(guī)避方案分析

1.1 強(qiáng)機(jī)動(dòng)規(guī)避方案基本原理

潛艇強(qiáng)機(jī)動(dòng)是潛艇在水下高速航行狀態(tài)下，以大舵角改變航向或以大縱傾改變深度的機(jī)動(dòng)，或者在改變航向的同時(shí)改變深度的機(jī)動(dòng)［3］。潛艇在遭受反潛魚(yú)雷攻擊的過(guò)程中，當(dāng)聽(tīng)測(cè)到來(lái)襲魚(yú)雷的主動(dòng)脈沖信號(hào)重復(fù)周期逐漸變短、魚(yú)雷航行噪聲不斷增強(qiáng)時(shí)，可以判明魚(yú)雷已有效跟蹤潛艇并不斷向潛艇駛近。若魚(yú)雷已抵進(jìn)距潛艇較近距離，潛艇在采用其他規(guī)避措施確無(wú)效果，此時(shí)應(yīng)果斷采用強(qiáng)機(jī)動(dòng)措施進(jìn)行規(guī)避魚(yú)雷末制導(dǎo)攻擊。魚(yú)雷若因潛艇強(qiáng)機(jī)動(dòng)丟失目標(biāo)后，一般會(huì)沿丟失目標(biāo)前的雷目連線方向直航一定距離后執(zhí)行再搜索。此時(shí)，潛艇可執(zhí)行淺水層停車(chē)或低速機(jī)動(dòng)等后續(xù)戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作進(jìn)行規(guī)避。強(qiáng)機(jī)動(dòng)規(guī)避方案的根本目標(biāo)是：通過(guò)潛艇急劇變向或變深機(jī)動(dòng)，使魚(yú)雷在短時(shí)間內(nèi)丟失對(duì)潛艇的捕獲跟蹤或魚(yú)雷非觸發(fā)引信無(wú)法動(dòng)作，從而達(dá)到潛艇規(guī)避魚(yú)雷末端攻擊彈道的效果［4］。此規(guī)避方案應(yīng)注意使用時(shí)機(jī)，特別是針對(duì)潛艇強(qiáng)機(jī)動(dòng)變深速浮到水面狀態(tài)的規(guī)避方案而言，應(yīng)當(dāng)是在確定藍(lán)方海面和空中反潛兵力較弱或者有其他紅方兵力支援時(shí)采用，否則從潛艇安全性考慮是不宜采用的。

1.2 外軍研究情況

文獻(xiàn)［3］中顯示美軍已經(jīng)開(kāi)展了潛艇采用強(qiáng)機(jī)動(dòng)規(guī)避魚(yú)雷攻擊的理論研究和實(shí)際驗(yàn)證。他們?cè)鴮?shí)驗(yàn)使?jié)撏б晕矁A大于30°的姿態(tài)從水下突然上浮至海面，并作為其規(guī)避魚(yú)雷攻擊的手段之一。再如，在2018 年，伊朗海軍位于霍爾木茲海峽進(jìn)行大規(guī)模軍事演習(xí)時(shí)，按照演習(xí)計(jì)劃伊朗海軍在指定海域投下70 枚深水炸彈，結(jié)果卻發(fā)生了意想不到的一幕：深水炸彈爆炸的同時(shí)美軍3 艘核潛艇也急速浮出水面［5］，如圖1 所示。由此可見(jiàn)，潛艇強(qiáng)機(jī)動(dòng)速浮至水面或淺水狀態(tài)未嘗不是一種保持潛艇生命力的可行方法。

圖1 潛艇大縱傾浮出水面示意圖Fig. 1 Diagram of submarine breakwater by a big tail incline

1.3 強(qiáng)機(jī)動(dòng)方式效果

潛艇強(qiáng)機(jī)動(dòng)方式從理論上講可以有3 種：①水平面快速變向；①垂直面快速變深；③同時(shí)進(jìn)行快速變向和變深［6］。水平面快速變向是指潛艇高速航行狀態(tài)，操縱方向舵以較大舵角進(jìn)行旋回，使?jié)撏Э焖龠M(jìn)入魚(yú)雷水平面的最小旋回圈之內(nèi)，魚(yú)雷不能對(duì)我潛艇進(jìn)行攻擊，從而達(dá)到規(guī)避魚(yú)雷攻擊的效果。一般情況下，魚(yú)雷均存在末端攻擊直航彈道，即魚(yú)雷與目標(biāo)達(dá)到一定近的距離后，在水平面內(nèi)魚(yú)雷不再進(jìn)行擺舵機(jī)動(dòng)，而是直接向最后一個(gè)探測(cè)目標(biāo)位置點(diǎn)航行完成攻擊，因此，當(dāng)潛艇和魚(yú)雷接近到一定距離時(shí)，魚(yú)雷進(jìn)行直航攻擊，如果潛艇把握好時(shí)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向，使魚(yú)雷從潛艇側(cè)面穿過(guò)，同時(shí)潛艇與魚(yú)雷之間的距離大于魚(yú)雷的非觸發(fā)引信作用距離，理論上也可以實(shí)現(xiàn)有效規(guī)避。潛艇垂直面快速變深強(qiáng)機(jī)動(dòng)包含速浮和速潛2 種，速浮是使用高壓氣吹除壓載水柜的水和車(chē)、舵同時(shí)作用，而速潛是向壓載水柜注水和車(chē)、舵同時(shí)作用，但是高壓氣排水效率要優(yōu)于注水效率，故速浮的變深速率要遠(yuǎn)大于速潛的變深速率，同時(shí)考慮到反潛魚(yú)雷在淺水攻擊能力較差的特點(diǎn)，因此應(yīng)著重研究潛艇速浮至接近海面，避開(kāi)魚(yú)雷彈著點(diǎn)進(jìn)行規(guī)避的方案。

綜上，潛艇想要快速改變水平面的航向只能采用高航速大舵角的方式，其變向效果相對(duì)有限；而潛艇進(jìn)行速浮時(shí)，可以采用車(chē)、舵和高壓氣吹除水柜的水來(lái)快速獲取正浮力，從而使?jié)撏Ъ彼偕细?，相比于變向而言，其速浮的變深效果要更加有效；而同時(shí)進(jìn)行變向變深難以操縱而且同樣涉及變向效果較為有限的問(wèn)題。因此，本文主要圍繞潛艇采用強(qiáng)機(jī)動(dòng)變深規(guī)避魚(yú)雷攻擊的過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算，并分析其可行性和有效性。

2 潛艇強(qiáng)機(jī)動(dòng)變深規(guī)避魚(yú)雷過(guò)程仿真

2.1 設(shè)置參數(shù)

在仿真過(guò)程中，首先對(duì)潛艇和魚(yú)雷攻防過(guò)程的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：潛艇進(jìn)行強(qiáng)機(jī)動(dòng)時(shí)魚(yú)雷與潛艇之間的初始距離為D；潛艇開(kāi)始強(qiáng)機(jī)動(dòng)后經(jīng)過(guò)的時(shí)間為t；潛艇強(qiáng)機(jī)動(dòng)初始航速為vs；潛艇強(qiáng)機(jī)動(dòng)的縱傾角度為β；潛艇由于高壓氣排水產(chǎn)生的初速度為v0；潛艇由于高壓氣排水產(chǎn)生的平均加速度為a；潛艇的艇長(zhǎng)為l；魚(yú)雷的旋回半徑為r；魚(yú)雷的旋回角速度為ω，反潛魚(yú)雷的近炸引信探測(cè)距離為d，如圖2所示。反潛魚(yú)雷攻擊階段進(jìn)行縱傾操舵的指令是由一個(gè)確定脈沖寬度的脈沖τ決定，這個(gè)操舵指令脈沖是在接收到有效回波脈沖之后延遲Δτ開(kāi)始的，即當(dāng)魚(yú)雷探測(cè)到潛艇變深后經(jīng)τ+ Δτ后啟動(dòng)縱傾操舵，在仿真過(guò)程中即魚(yú)雷轉(zhuǎn)向滯后于潛艇強(qiáng)機(jī)動(dòng)變深的時(shí)間差。另外，由于潛艇強(qiáng)機(jī)動(dòng)規(guī)避魚(yú)雷末彈道的時(shí)間較短，海洋環(huán)境對(duì)攻防過(guò)程中潛艇和魚(yú)雷機(jī)動(dòng)的影響相對(duì)較小，故將海洋環(huán)境參數(shù)設(shè)定為典型場(chǎng)景：聲場(chǎng)類(lèi)型為表面聲道，海況等級(jí)為3 級(jí)，海水溫度為20 ℃，混合層厚度為100 m。

圖2 設(shè)置參數(shù)示意圖Fig. 2 Schematic diagram of setting parameters

2.2 仿真過(guò)程

由于魚(yú)雷速度要遠(yuǎn)大于潛艇機(jī)動(dòng)速度，所以在對(duì)潛艇強(qiáng)機(jī)動(dòng)變深規(guī)避魚(yú)雷攻擊進(jìn)行仿真的過(guò)程中，不再考慮潛艇采用較低航速機(jī)動(dòng)擺脫魚(yú)雷跟蹤的情況，而是使?jié)撏в螋~(yú)雷盡快進(jìn)入魚(yú)雷末端攻擊旋回圈內(nèi)，并且在一定時(shí)間范圍內(nèi)潛艇的深度變化量需要大于魚(yú)雷追蹤彈道的深度變化量。此時(shí)，潛艇位置點(diǎn)位于魚(yú)雷攻擊旋回圈范圍之內(nèi)，使魚(yú)雷非觸發(fā)引信不能動(dòng)作，從而達(dá)到規(guī)避魚(yú)雷末端攻擊彈道的效果。在魚(yú)雷旋回圈內(nèi)，潛艇和魚(yú)雷的深度變化量隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖3 所示。

圖3 垂直面變深強(qiáng)機(jī)動(dòng)時(shí)潛艇和魚(yú)雷的深度變化量隨時(shí)間變化的關(guān)系圖Fig. 3 Relationship diagram of depth-changing between submarine and torpedo along with time

圖3 中Δd1為潛艇深度變化量，Δd2為魚(yú)雷深度變化量。只有當(dāng)Δd1＞Δd2時(shí)，潛艇才能有效規(guī)避魚(yú)雷末端攻擊彈道?？梢缘贸鰸撏c魚(yú)雷水平距離為

潛艇與魚(yú)雷垂直距離為

式中：t′為魚(yú)雷末端彈道追蹤潛艇的計(jì)時(shí)時(shí)間：

建立潛艇和魚(yú)雷機(jī)動(dòng)模型，使用Matlab 工程仿真軟件對(duì)強(qiáng)機(jī)動(dòng)規(guī)避過(guò)程進(jìn)行仿真［7-13］，可以得出當(dāng)潛艇與魚(yú)雷處于一定的初始距離（以117 m 為例）時(shí)兩者深度變化關(guān)系和水平距離關(guān)系，分別如圖4，5 所示。

圖4 潛艇與魚(yú)雷深度變化關(guān)系圖Fig. 4 Changing relationship diagram of vertical distance between the submarine and the torpedo

圖5 潛艇與魚(yú)雷水平距離關(guān)系圖Fig. 5 Changing relationship diagram of horizontal distance between the submarine and the torpedo

仿真過(guò)程中，潛艇與魚(yú)雷的初始距離是以魚(yú)雷旋回半徑為邊界值，在此設(shè)定魚(yú)雷的旋回半徑為117 m，根據(jù)魚(yú)雷和潛艇航速，在時(shí)間軸上設(shè)置一定時(shí)間間隔，仿真初始距離由邊界值向兩側(cè)分別進(jìn)行仿真計(jì)算。時(shí)間間隔以1 s 為例，仿真的初始距離間隔為23 m，則分別仿真潛艇與魚(yú)雷初始距離為140，117，94 m 時(shí)的位置關(guān)系，如圖6所示。

圖6 潛艇與魚(yú)雷不同初始距離的位置關(guān)系圖Fig. 6 Relationship diagram of changing position between submarine and torpedo when the different distances

以上是以潛艇與魚(yú)雷的仿真初始距離為設(shè)定的魚(yú)雷旋回半徑及其邊界值兩側(cè)的3 個(gè)例子，進(jìn)行仿真得出的水平和垂直位置關(guān)系圖，其他初始位置情況不再一一列舉。根據(jù)多次仿真結(jié)果，對(duì)潛艇和魚(yú)雷位于同一水平面時(shí)的水平距離ΔD1、當(dāng)潛艇與魚(yú)雷位于同一垂直面時(shí)兩者的垂直距離ΔD2進(jìn)行分析，其中ΔD1＞0 表示潛艇位于魚(yú)雷旋回圈之外，ΔD1＜0 表示潛艇位于魚(yú)雷旋回圈之內(nèi)，ΔD2＞0 表示潛艇位于魚(yú)雷上方，ΔD2＜0 表示潛艇位于魚(yú)雷下方，具體不同情況如表1 所示。

表1 不同初始距離對(duì)應(yīng)的ΔD1 和ΔD2Table 1 ΔD1&ΔD2 by the different initial distances

3 仿真結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)已設(shè)定的模型參數(shù)進(jìn)行仿真，再結(jié)合潛艇與魚(yú)雷的相對(duì)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)，可以分析出潛艇采用強(qiáng)機(jī)動(dòng)變深規(guī)避魚(yú)雷末端攻擊彈道的仿真結(jié)論。分別剖析潛艇在垂直面和水平面的規(guī)避效果，然后明確應(yīng)用仿真結(jié)論時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。

3.1 仿真規(guī)避效果分析

從表1 中可以看出：在垂直面上，當(dāng)設(shè)置潛艇與魚(yú)雷的初始距離為140 m，潛艇和魚(yú)雷運(yùn)動(dòng)至同一垂直面時(shí)，ΔD2為-2 m，即艇雷的初始距離在140 m以上時(shí)ΔD2為正值，潛艇位于魚(yú)雷下方，此時(shí)潛艇已不能靠快速上浮來(lái)擺脫魚(yú)雷的追蹤。同理，當(dāng)設(shè)置初始距離為117，94，71，48，25 m 時(shí)，ΔD2＞0，即潛艇位于魚(yú)雷上方，此時(shí)，若ΔD2大于魚(yú)雷近炸引信探測(cè)距離d，滿(mǎn)足引信不被擊發(fā)的條件，此時(shí)在垂直面上是符合規(guī)避要求的。

而在水平面上，潛艇能夠成功規(guī)避魚(yú)雷的末端追蹤彈道需要同時(shí)滿(mǎn)足以下條件：①要求潛艇位于魚(yú)雷的旋回圈內(nèi)，即ΔD1＜0；②需要考慮艇雷之間水平距離ΔD1與潛艇艇長(zhǎng)L之間的關(guān)系；③初始距離要大于仿真間隔距離和魚(yú)雷近炸引信探測(cè)距離之和。特別是當(dāng)魚(yú)雷和潛艇位于同一深度時(shí)，只有當(dāng)兩者的水平距離大于艇長(zhǎng)，即|ΔD1|＞L，即整個(gè)潛艇位于魚(yú)雷旋回圈之內(nèi)才能有效規(guī)避魚(yú)雷的彈著點(diǎn)。以潛艇艇長(zhǎng)為80 m 為例，則仿真過(guò)程中的初始距離為48 m 時(shí)，可以達(dá)到成功規(guī)避的效果。

3.2 仿真結(jié)論應(yīng)用說(shuō)明

以上仿真結(jié)論是在未考慮艇指揮員下達(dá)口令與操縱裝備時(shí)間誤差的情況下進(jìn)行的。在實(shí)際驗(yàn)證或戰(zhàn)時(shí)采取該規(guī)避方案時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮將潛艇指揮員下達(dá)口令時(shí)間和操作人員執(zhí)行命令時(shí)間計(jì)算在內(nèi)。也就是說(shuō)，潛艇開(kāi)始進(jìn)行規(guī)避機(jī)動(dòng)與指揮員下達(dá)速浮指令之間有一段時(shí)間間隔，在潛艇采用強(qiáng)機(jī)動(dòng)規(guī)避魚(yú)雷的時(shí)機(jī)初始距離應(yīng)當(dāng)為此段時(shí)間內(nèi)兩者的相對(duì)航程與仿真結(jié)果的初始距離之和。當(dāng)艇指揮員在合適的距離上，下達(dá)供氣速浮口令，采用強(qiáng)機(jī)動(dòng)規(guī)避魚(yú)雷攻擊末端彈道時(shí)，在理論上是可以有效規(guī)避魚(yú)雷攻擊的。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)潛艇與來(lái)襲魚(yú)雷已經(jīng)處在較近距離（5 鏈以?xún)?nèi)），潛艇來(lái)不及使用對(duì)抗器材或純機(jī)動(dòng)規(guī)避反潛魚(yú)雷無(wú)效時(shí)，應(yīng)果斷采取強(qiáng)機(jī)動(dòng)規(guī)避其攻擊的方案。通過(guò)仿真驗(yàn)證得出其實(shí)施過(guò)程為：在一定距離范圍內(nèi)，潛艇指揮員下達(dá)供氣速浮口令，利用高壓氣吹除全部或部分主壓載水艙的水，使?jié)撏Т笪矁A高速上浮至水面，隨后迅速下潛到淺水層完成規(guī)避機(jī)動(dòng)。此方案只有當(dāng)潛艇所在海域水面和空中反潛兵力威脅較小或有其他紅方兵力支援、潛艇處在較大深度航行且近距離發(fā)現(xiàn)來(lái)襲魚(yú)雷已跟蹤紅方潛艇時(shí)可以視情采取。在其他情況下，采取此方案時(shí)要慎重考慮，以避免潛艇迅速浮出海面被藍(lán)方其他兵力發(fā)現(xiàn)攻擊。