入水参数对自导深弹攻潜弹道的影响与分析

程善政, 叶利民, 李宗吉, 田 兵



入水参数对自导深弹攻潜弹道的影响与分析

程善政1, 叶利民2, 李宗吉1, 田 兵1

(1. 海军工程大学 兵器工程系, 湖北 武汉, 430033; 2. 海军工程大学 研究生院, 湖北 武汉, 430033)

为分析自导深弹的攻潜弹道, 建立了自导深弹在纵平面内的弹道数学模型, 利用MATLAB/Simulink软件对不同入水参数下深弹攻击作匀速直线运动的目标潜艇的弹道进行了仿真, 仿真结果表明, 攻击同一目标时, 入水参数对自导深弹水下攻潜的弹道影响较大。该结果对空投自导深弹的战术使用有一定的参考价值。

自导深弹; 攻潜弹道; 入水参数; 仿真

0 引言

在英阿马岛海战中, 一架英国直升机用MK11航空深弹一举击伤阿根廷“圣菲”号潜艇, 说明深弹在现代战争中仍可以发挥重要的作用, 尤其是反潜机使用航空深弹。非自导航空深弹具有结构简单、制造容易、价格便宜、便于大量生产和装备、可靠性高、不受水文条件限制及机动性强等优点, 航空自导深弹在基本保留了非自导航空深弹上述优点的基础之上增加了自导导引功能, 使其攻潜的深度和命中概率都有较大的提高[1]。

利用MATLAB/Simulink软件[2]对自导深弹在追踪导引舵控制规律下纵平面内攻击作匀速直线运动的目标潜艇的弹道进行仿真, 不同的入水速度以及入水姿态角下的攻潜弹道有所差别, 分析仿真的攻击弹道对空投航空自导深弹的战术使用有一定的参考价值。

1 运动数学模型

1.1 基本假设

1) 深弹为刚体, 其外形对于垂直平面对称, 在纵向运动中不产生侧向力、偏航力矩和横滚力矩;

2) 深弹的控制系统是理想的, 使深弹的对称面保持在垂直平面内;

3) 深弹运动的过程中不考虑产生的附加质量;

4) 深弹完全浸没在流体中, 并处于全沾湿状态;

5) 忽略流场等自然环境以及深弹自身的操舵误差和探测误差产生的影响;

6) 入水过程极短, 忽略入水段弹道对深弹入水参数的影响[3]。

1.2 坐标系的建立

图1 自导深弹水下受力示意图

1.3 纵向运动方程

自导深弹水下受力如图1所示, 进而可以得到自导深弹的运动方程[4]

自导深弹所受力和力矩的模型为

1.4 控制规律

当目标在深弹自导引信探测范围以内时, 深弹可依据其探测系统确定潜艇目标的方位和距离。为使深弹以最快的方式攻击潜艇, 拟采用追踪导引舵操舵方法, 建立了如下操舵规律的控制模型[5]。

2 目标捕获判据

3 目标运动模型

4 仿真计算

4.1 仿真初始条件

4.1.1 自导深弹计算参数

自导深弹是在传统深弹基础上增加了自导捕获和跟踪目标的装置, 本文以俄罗斯S3V自导深弹作为研究对象, 其主要战术技术性能参数略。

4.1.2 目标计算参数

一般情况下, 目标作匀速定深直线运动。为简化计算, 本文只考虑潜艇作匀速定深直线运动的情况, 潜艇以最大航速作规避动作。对目标潜艇作如下假设: 目标在50 m和100 m深度上均作定深匀速直线运动, 深弹入水的同时, 潜艇以15 m/s的航速规避。

4.2 仿真结果与分析

4.2.1 不同入水参数时深弹攻击50 m深度目标

图2 深弹攻击50 m深度目标时水下弹道

图3 攻击50 m深度目标时深弹与目标的距离随时间变化图

4.2.2 不同入水参数时深弹攻击100 m深度目标

图4和图5是自导深弹在不同的入水参数下攻击100 m深度上作匀速直线运动目标时自导深弹的弹道图及与目标相对距离随时间的变化图。

图4 深弹攻击100 m深度目标时水下弹道

5 结论

[1] 孙明太. 航空反潜概论[M]. 北京: 国防工业出版社, 1997.

[2] 张志涌. MATLAB教程[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2001.

[3] 魏凤昕. 火箭深弹外弹道学[M]. 北京: 国防工业出版社,1992.

[4] 范辉, 张宇文, 李文哲. 自导深弹导引弹道设计与仿真[J]. 火力与指挥控制, 2009, 34(8): 75-79. Fan Hui, Zhang Yu-wen, Li Wen-zhe. Trajectory Design and Simulation Research on a Model of Self-guided Depth Bomb[J]. Fire Control &Command Control, 2009, 34(8): 75-79.

[5] 彭荆明, 舒旭光. 深弹控制仿真系统研究[J]. 水雷战与舰船防护, 2009, 17(1): 35-38. Peng Jing-ming, Shu Xu-guang. Research on Control Simulation System of Depth Charge[J]. Mine Warfare & Ship Defence, 2009, 17(1): 35-38.

Influence of Water-entry Parameters on Trajectory of Homing Depth Charge in Attacking Submarine

CHENG Shan-zheng1, YE Li-min2, LI Zong-ji1, TIAN Bing1

(1. Department of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China; 2. Graduate School, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

In order to analyze the trajectory of a homing depth charge in attacking a submarine, we establish a mathematical model of longitudinal trajectory for the homing depth charge, and simulate the trajectory of the depth charge with different water-entry parameters in attacking a submarine with uniform rectilinear motion by using the software MATLAB/Simulink. Simulation result indicates that water-entry parameter exerts significant influence on trajectory of the depth charge in attacking a submarine. This research may be helpful in tactical application of airdropping a homing depth charge.

homing depth charge;attacking submarine trajectory;water-entry parameter; simulation

TJ631.2

A

1673-1948(2011)04-0250-05

2010-12-07;

2011-03-08.

程善政(1987-), 男, 硕士, 研究方向为武器系统与运用工程.

(责任编辑: 陈 曦)