基于益损分析的鱼雷战术效能的海洋环境影响评估_彭鹏

第32卷 第3期 指挥控制与仿真 Vol.32 No.3 2010年6月 Command Control & Simulation Jun.2010

文章编号：1673-3819(2010) 03-0054-04 基于益损分析的鱼雷战术效能的海洋环境影响评估*

彭 鹏1，张 韧1，李佳讯1，庞云峰1，石颜青2 （1.解放军理工大学气象学院，江苏 南京 211101；2.91604部队气象台，山东 龙口 265700） 摘 要：针对不同海洋环境中海水阻力系数和声线传播的变化特性，根据鱼雷航行及自导过程中的守恒原理，提出了一种评估海洋水文环境对鱼雷战术效能影响的新方法，并根据海洋水文环境对介质参数的影响，结合战术效能益损评价指标体系，建立了海洋环境对鱼雷战术效能影响的评估模型。通过仿真算例，对该评估方法进行了仿真实验，验证该方法的合理性和可靠性，进而发展运用于鱼雷作战使用的海洋环境影响评估和保障决策之中。 关键词：海洋环境；海水阻力；声线传播；鱼雷战术效能；评估 中图分类号：E211；TJ630.1 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2010.03.016

Influence Assessment of Torpedo Campaign Efficiency in Marine Environment Based on Benefit-Harm Analysis PENG Peng1, ZHANG Ren1, LI Jia-xun1, PANG Yun-feng1, SHI Yan-qing2 (1.Institute of Meterology of PLA University of Science an Technology,Nanjing 211101; 2.Weather Station of No.91604 Troop, Longkou 265700, China) Abstract: According to the characteristics of seawater drag index and sound propagation in different sea environment, a new method which is based on the conservation law is proposed, to evaluate the hydro-influence of torpedo efficiency. At the same time, a model to calculate is established under this idea. This model considered both torpedo performance indexes and the main hydro-parameters, So that it can do evaluation more precisely. At last,the rationality and reliability of the method and model is tested by an emulational example. Therefore this method can be used in assitant decision-making of torpedo using. Key words: sea environment; seawater resistance; sound transmission; torpedo campaign efficiency; evaluation

鱼雷是水下突防、攻击和毁伤敌方目标的海军主战武器，具有航速快、航程远、隐蔽性好、命中率高、破坏性大和成本较低等优点。随着科学技术的发展，鱼雷性能也在不断地提高，现代鱼雷不仅有更强大的爆炸威力，而且采用了先进的动力推进装置、航行控制系统和探测导航系统，强化了弹道机动和电子对抗能力，使鱼雷能够更有效地追踪和捕获目标。但是随着高精度鱼雷武器中制控元件的增加，使得其对海洋环境更加敏感，鱼雷战术效能的发挥更加受海洋水文环境变化和要素特性的影响。因此，准确地获取海洋环境信息，并在此基础之上分析评估环境要素对鱼雷作战和战术效能的影响，进而给出科学、准确的保障决策，是军事气象水文保障亟待解决的重要问题。 鉴于海洋水文环境影响要素众多、影响机制复杂，加之鱼雷环境参数和环境影响试验资料短缺，海洋水文环境对鱼雷战术效能影响的评估方法和算法技术研究尚不多，相关研究鲜见于文献，仅有部分针对单项性能指标的影响评估，如鱼雷声自导作用距离的水文环境影响评估[1-2]和大气影响雷达传播效能评估[3] 收稿日期：2009-12-01 修回日期：2010-01-02 *基金项目：中国博士后科学基金项目（2004036012） 作者简介：彭 鹏（1986-），男，安徽萧县人，硕士研究生，主要从事海洋水文保障研究。 张 韧（1963-），男，教授，博士生导师。 李佳讯（1984-），男，博士研究生。 庞云峰（1983-），男，硕士研究生。 石颜青（1985-），男，助理工程师。 等。为此，本文从影响鱼雷效能的关键海洋水文要素的影响过程和机理分析出发，以鱼雷的效能指标为评价目标，开展海洋水文环境对鱼雷战术效能影响的评估方法和算法模型研究。

1 效能指标与评估模型 鱼雷战术效能指鱼雷战术技术性能在特定作战任务中的表现和发挥。现代鱼雷的关键技术性能包括[4]：鱼雷的速度和航程、鱼雷电子对抗能力、鱼雷的爆破威力、复杂多变的鱼雷弹道。也有学者认为[5]，衡量鱼雷战术效能的关键战技性能应包括：装药量、最大航速、最大航深、最大航程、抗干扰能力、自导作用距离、搜索扇面角等七项指标。 上述性能指标中，鱼雷的爆破威力主要由装药量、炸药当量系数、海底反射系数和炸点距舰船的距离来决定；鱼雷的电子对抗能力和抗干扰能力是指鱼雷能够对抗反鱼雷技术，排除目标干扰，识别诱饵欺骗的能力，一般与鱼雷自身的技术构造有关；最大航深反映的是鱼雷的抗压程度，取决于鱼雷壳体材料；搜索扇面角取决于鱼雷探测装置的技术构造。这些性能指标的实现和发挥与鱼雷的结构设计、制造工艺和技术含量有关，受海洋水文环境变化的影响不显著。为此本文选取与海洋水文环境关系密切的最大航速、最大航程和自导作用距离等关键战技性能指标作为海洋水文环境影响鱼雷效能的评价指标。定义武器装备的海洋环境战术效能益损指数为武器装备在一般海洋环境下的战术性能发挥水平相对理想海洋环境下战术性能第3期 指挥控制与仿真 55 的相对大小，构建鱼雷战术效能益损指数（记为Tor，以下同）评价体系如下图1。

鱼雷的最大航速益损和航程益损与鱼雷所受摩擦阻力大小有关，一般随环境同步变化，鱼雷的自导则是鱼雷攻击的最后一个环节，与前两项指标有承接依附关系。参照装备效能评估相关理论[6]，鱼雷效能益

损指数评价函数可表达如下：

CiDiSiTor⋅+=)2( （1）

1.1 鱼雷最大航速益损指数(Si)

鱼雷的最大航速主要由鱼雷推进装置的最大推动力决定，当鱼雷受到的航行阻力zF与推进装置的最大

推动力TF相等时，鱼雷无法继续加速进而达到均衡的

最大航速。由于最大推动力固定，当海洋水文环境发生变化时，鱼雷的最大航速会因航行阻力的变化而变化。为简便计算，本文假定较为理想的海洋水文环境，即所涉及各水文要素在鱼雷弹道上空间分布均匀，且在鱼雷攻击过程中不随时间改变。 1.1.1 航行阻力 鱼雷水下航行的阻力[7]：

22

1

TfwzSVCFρ= （2）

式中，ρw为海水的密度，S为鱼雷最大横截面积，fC为阻力系数F

SCtfΩ⋅−=2)2Re(lg075.0 （3）

其中，ReVlυ=为雷诺数,l代表雷体长度，,

tSΩ

分

别为鱼雷的沾湿表面积和最大横截面积，υ是海水的

运动粘性系数，量纲为12−⋅sm

。υ由海水的性质决定，

是海水温度、盐度、密度的函数。但受水温t的影响最为显著。根据经验观测数据[6]，υ与水温的关系如图2所示。

设TV为鱼雷相对海水速度，rV为鱼雷的绝对速

度，r

wV代表海水质点运动速度，则

=+rrrTwVVV （4）

对鱼雷速度产生持续影响的主要为稳定的海流，恶劣海况下，风浪也会造成海洋表层一定深度内的海水质点运动，但这种运动一般为周期性，且影响深度较浅，由于鱼雷攻击搜索深度一般在表层以下，故风浪的影响可忽略不计，进而可只考虑稳定海流对鱼雷的影响。

如图3所示，若不考虑铅直方向的海流分量，则海流在鱼雷运动方向上的分量为： cosθ=wuV sinθ=wvV v为垂直于鱼雷运动方向的流速分量，它可改变

鱼雷航向，但不会改变鱼雷的速度，因此，在估算鱼雷最大航速益损指数时，只考虑鱼雷航行方向上的速度分量对鱼雷速度的影响，根据公式（4）有=+

TVVu。

1.1.2 最大航速估算 假设鱼雷实现最大航速的海洋状态为理想海洋状态。该状态下的各参数用下标m0表示，假定不存在海流的影响，则鱼雷的最大动力：

200021mfwzTSVCFFρ==

（5）

根据推动力守恒，一般海洋水文环境下，鱼雷的最大速度mV为：

uSCSVCVfwmfwm+=ρρ2121200 （6）

1.1.3 最大航速益损指数 根据上述分析，鱼雷的最大航速益损指数可表示为一般海洋环境下的最大航速与理想海洋环境下最大航速之比：

%1000×=mmVVSi （7）

经简化近似后，可得到益损指数的近似计算式：

鱼雷战术效能益损指数（Tor）最大航速益损指数（Si）自导距离益损指数（Ci）最大航程益损指数（Di）图1 鱼雷战术效能益损指数指标体系

图2 υ随水温的变化 θ Vr

wVry

图3 流速附加示意图