某型中口径舰炮改进方法

郭昭蔚

(中国船舶重工集团公司 第七一三研究所，河南 郑州450015)

0 引 言

某型中口径舰炮是我国海军综合作战能力最优异的舰炮之一，具有射速高、火力强、精度高、持续射击能力强的特点，同时具备隐身防护性能，采用内能驱动和数字交流随动系统，可有效打击和毁伤飞航式反舰导弹、飞机及其他空中目标，对军舰可形成有效的中、近程防空火力。但该型舰炮从设计定型至今已有十余年时间，随着海军装备的不断发展，对该型舰炮防空反导能力提出了更高的要求。

本文通过分析不同的改进方法和性能指标对该型舰炮作战效能的影响，对以提高射速为目的的多管舰炮和以提高舰炮系统精度为目标的新型单管舰炮2 种方案进行对比，以对空中目标的毁歼概率和单发命中概率作为评价指标，开展某型中口径舰炮改进方法的研究。

1 计算的基本依据

某型中口径舰炮对空作战目标为6 km 以内的来袭飞航式反舰导弹、固定翼飞机、直升机和其他空中目标，根据该舰炮的基本性能，有以下计算依据:

1)舰炮1 000 m 立靶密集度σb0;

2)舰炮跟踪瞄准精度Em0;

3)为了充分发挥某型中口径舰炮的对空反导性能，该炮配有近炸预制破片弹，其有效杀伤威力半径为对飞机R0，对导弹R0/2 。

4)某型中口径舰炮射速为n 发/分;对于多管舰炮，设定其射速为4n 发/分，并假设其跟踪瞄准精度与某型中口径舰炮一致。

5)为对比不同射速、不同跟踪瞄准精度的舰炮对空毁歼概率，设定对空射击范围均为6 000 m～3 000 m。

2 单炮毁歼概率的计算

单炮对目标进行射击时，在选定典型航路、典型目标情况下，目标航路上的毁歼概率Pkn仅是射速、舰炮射击散布精度的函数。

2.1 单发命中概率计算公式

设单炮全航路对空射击时，每发射击时均独立地决定诸元，多次射击每发相互独立，各散布中心与目标中心相重合(没有系统误差)。可按照弹着点散布为圆分布(σb0=σnb0=σzb0)进行计算，目标是圆心在坐标原点的圆，其半径为rm，则单发命中概率公式为［1］:

式中:E 为舰炮随机综合偏差的中间偏差;ρ 为炮兵常数，取ρ=0.476 936。

中间偏差E 与均方差σ、算术平均误差E1的关系分别为:

2.2 全航路射击目标毁歼概率公式

假定各发弹毁歼目标的时间互相独立，且在效杀伤威力半径内1 发就可毁歼目标，则N 发弹的毁歼目标概率公式为［1］:

2.3 某型中口径舰炮目标毁歼概率计算

某型中口径舰炮射速为n 发/分，对空射击范围为6 000 m～3 000 m，全航路对空射击。按式(2)和式(5)进行计算，根据计算结果，绘制了某型中口径舰炮单发命中概率随射击距离变化曲线(见图1)和目标毁歼概率随射击距离变化曲线(见图2)，结果表明:

1)单炮对空射击(距离6 000 m～3 000 m)，单发命中概率对飞机从3.01%递增到10.67%，对导弹从0.76%递增到2.78%。

2)单炮全航路射击，目标综合毁歼概率对飞机为71.23%，对导弹为26.76%。

图1 某型中口径舰炮单发命中概率Fig.1 One-round-hit probability of certainmedium caliber naval gun

图2 某型中口径舰炮目标毁歼概率Fig.2 Killing probability of certainmedium caliber naval gun

2.4 多管舰炮目标毁歼概率计算

多管舰炮射速为4n 发/分，对空射击范围为6 000 m～3 000 m，全航路射对空射击。按式(2)和式(5)进行计算，根据计算结果，绘制了多管舰炮单发命中概率随射击距离变化曲线(见图3)和目标毁歼概率随射击距离变化曲线(见图4)，结果表明:

1)单炮对空射击(距离6 000 m～3 000 m)，单发命中概率对飞机从3.01%递增到11.4%，对导弹从0.76%递增到2.98%。

2)单炮全航路射击，目标综合毁歼概率对飞机为99.4%，对导弹为72.2%。

图3 多管舰炮单发命中概率Fig.3 One-round-hit probability of multi-barrel

图4 多管舰炮目标毁歼概率Fig.4 Killing probability of multi-barrel

2.5 某型中口径舰炮与多管舰炮全航路射击目标毁歼概率计算结果对比

根据基本假设，某型中口径舰炮与多管舰炮二者射击精度和随动精度一致，仅射速不同。在射击区间6 000 m～3 000 m 范围内，计算结果对比见表1。

表1 全航路对空射击对比Tab.1 The contrast of shooting on the whole air route

从图、表中可看出，多管舰炮与某型中口径舰炮相比，在射击精度和随动精度一致的情况下，单发命中概率并不会增加。但是多管舰炮射速高，全航路射击范围内增加了射击次数，使得对空中目标的综合毁歼概率增加。

在舰炮射击精度和随动系统精度无法进一步提升的情况下，提高射速确实是一种提高舰炮对空目标毁歼概率的有效方法。下面进一步分析系统误差对舰炮系统射击精度的影响。

3 误差对系统射击精度的影响

在选定典型航路、典型目标情况下，舰炮武器系统其他的射击条件，如点射长度、点射间隔时间等均保持不变，目标航路上的毁歼概率Pkn是射速、舰炮散布精度、舰炮随动系统瞄准精度的函数［2-4］。

舰炮射速为V0，舰炮散布精度特征以散布误差的均方差σb0(σnb0，σzb0)表征;舰炮随动系统瞄准精度特征以瞄准误差的均方差σm(σφm，σβm)表征。舰炮毁歼概率Pkn与射速、舰炮散布精度、舰炮随动系统瞄准精度的函数关系可由式 (6)表达［2，5-6］:

以待分析的参数为变量(在某一范围内取值)，其他参数为常量的方法，来研究该参数对毁歼概率的影响，最后找出各参数之间的匹配关系。下面仍以某型中口径舰炮为例进行分析和计算，目标分别为导弹和飞机，射击提前点距离仍为6 000 m～3 000 m。

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3.1 舰炮射弹散布精度对毁歼概率的影响

为了分析舰炮散布精度σb0对毁歼概率Pkn的影响，保持其他精度参数不变，计算舰炮射弹散布从0.3～4 mrad 之间变化时毁歼概率Pkn的变化情况。计算结果如图5所示。

图5 毁歼概率随舰炮散布精度变化曲线Fig.5 The probability of killing with naval gun dispersion accuracy change curve

从图5 可看出，其他参数保持不变且目标确定时，σb0较小时，σb0的变化对Pkn的影响较小;当σb0较大时，Pkn随σb0的增大而明显减小。同时看到，目标较小时，Pkn随σb0的减小无明显增大，这时仅仅靠减小σb0不足以提高舰炮对目标的毁歼概率，应考虑同时提高武器系统其他精度参数。

3.2 随动系统瞄准精度对毁歼概率的影响

保持舰炮散布精度不变，计算舰炮随动系统瞄准精度Em从1～4 mrad 之间变化时，Em可以由σm根据式(3)计算得到，毁歼概率Pkn的变化情况。计算结果如图6所示。

图6 毁歼概率随舰炮随动系统瞄准精度变化曲线Fig.6 The probability of killing with naval gun servo system aiming accuracy change curve

从图6 可看出，其他精度保持不变且目标确定时，Pkn随Em的减小而明显增大，但是目标较小时，Pkn随Em的减小而增大的趋势较缓。说明通过提高舰炮随动系统瞄准精度提高舰炮对目标毁歼概率效果明显，但是当目标较小时，仅靠减小Em不足以提高舰炮对目标的毁歼概率，应考虑同时提高武器系统其他精度参数。

4 新型单管舰炮方案改进分析

根据某型中口径舰炮多年生产、使用过程中总结的经验和数据，可设定舰炮立靶密集度、随动系统跟踪误差取值区间:

1)舰炮千米立靶密集度优化目标区域:

2)跟踪瞄准精度优化目标区域:

仍选取对空射击区间为6 000 m～3 000 m，因为新型单管舰炮射速不变，舰炮射击速度n 发/分。为寻求系统精度参数较好的匹配关系，σb计算区间按Δ=σb0/3 为间隔，利用正交分析法，设计12 种单炮对空射击的交叉工况。按式 (2)和式(5)对全部工况进行计算，计算结果如表2所示。

表2 单炮全航路射击计算结果Tab.2 The calculation results of one gun shooting on the whole air route

表3 单管舰炮改进工况与多管舰炮对比Tab.3 The contrast of single barrel gun improve condition with multi-barrel gun

参考公开的资料，意大利OTO-76mm 超射速型舰炮相关精度指标见表4。表中的数据说明，与OTO-76 舰炮相比，某型中口径舰炮在立靶密集度、随动精度等方面还有较大的优化和改进空间，随着近年来我国设计和制造水平的提高，技术人员通过多年对两型舰炮的技术跟踪和研究，提高舰炮系统精度的关键技术已被掌握，已经具备对某型中口径舰炮进行优化改进的技术能力。

表4 OTO-76 舰炮精度参数Tab.4 The accuracy parameter of OTO-76 naval gun

参照OTO-76 舰炮各项指标，结合目前我国舰炮研制水平，认为对新型单管舰炮设定以下改进目标是合理的:

该目标可达到表2和表3 中改进工况1的要求，对空中目标从6 000 m～3 000 m 区间航路的毁歼概率和单发命中概率可达:

毁歼概率:0.740 5 (对导弹)，

0.995 5 (对飞机);

单发命中概率:0.032 5～0.115 0 (对导弹)，

0.123 8 ～0.386 5 (对飞机)。

相对多管舰炮方案，采用提高舰炮系统精度的新型单管舰炮方案有以下优点。

1)转动惯量小

随着质量和体积的增大，转动惯量增大，不利于随动精度的提高;

2)供弹速度要求低

随着射速的提高，对供弹系统有更高的要求，当射速达到一定程度，供弹系统设计难度较大;

3)结构简单、使用维护成本低;

4)体积小质量轻、，有利于中、小舰艇的装备和使用，适装性高;

5)技术成熟，周期短，效费比较高。

5 结 语

综合以上计算和分析，提高系统精度和提高射速均是提高舰炮的作战效能的有效途径，但是从作战使命、作战效能、经济性、实用性、易实现性等多方面考虑，在原型炮的基础上改进，以提高舰炮系统精度为主要改进方向的新型单管舰炮不失为一种更好、更为有效的方法和途径。

［1］成贵发.高炮射击学［M］.郑州:中国人民解放军郑州高炮学院训练部，1987.CHENG Gui-fa.Antiaircraft gun shooting science［M］.Zhengzhou:Chinese People＇ s Liberation Army Artilery Academy Training Department，1987.

［2］刑昌风，李敏勇，吴玲.舰载武器系统效能分析［M］.北京:国防工业出版社，2008.XING Chang-feng，LI Min-yong，WU Ling.Effectiveness analysis of shipborne weapon system［M］.Beijing:National Defence Industry Press，2008.

［3］徐培德，谭东风.武器系统分析［M］.长沙:国防科技大学出版社，2001.XU Pei-de，TAN Dong-feng.Weapon system analysis［M］.Changsha:National University of Defense Technology Press，2001.

［4］张洪向.舰载武器系统射击效力分析［D］.武汉:海军工程学院，1993.ZHANG Hong-xiang.The shooting effectiveness analysis of shipborne weapon system［D］.Wuhan:Naval Engineering College，1993.

［5］沈浩.海军装备作战效能评估研究［M］.北京:海潮出版社，2004.SHEN Hao.Research on operational effectiveness evaluation of naval equipment［M］.Beijing:Ocean Press，2004.

［6］郭齐胜，郅志刚，杨瑞平，等.装备效能评估概论［M］.北京:国防工业出版社，2005.GUO Qi-sheng，ZHI Zhi-gang，YANG Rui-ping，et al.Introduction to the equipment effectiveness evaluation［M］.Beijing:National Defence Industry Press，2005.