四联装30mm舰炮反导毁伤效果分析

2012-08-21贾兰俊魏立新

舰船科学技术 2012年11期

贾兰俊，赵秀，魏立新

(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

随着科技的发展和战场的需求，反舰导弹在增大射程、巡航速度、打击精度和抗干扰能力方面有了很大的发展，其攻击能力越来越强，特别是20世纪80年代超音速反舰导弹出现以后，反舰导弹的速度越来越高，突防能力越来越强，对水面舰艇的威胁也越来越大［1－2］。面对日益增大的反舰导弹威胁，各国都很重视近程反导舰炮武器系统的发展，把其作为不可缺少的反导手段和最后一道防线。

如英国“千发”系统中的MDG－35型单管35 mm舰炮，采用导气式转膛原理，使单管35 mm火炮的射速达到1000 rds/min。美国已装舰服役的MK15－1型“密集阵”6管20 mm火炮的射速可达4500 rds/min［3］，另外一种典型的近程武器系统“守门员”舰炮武器系统，其舰炮射速也已达到4200 rds/min以上。俄罗斯的“卡什坦”武器系统将2个转管自动机联装在1个炮架上，射速可达10000 rds/min，有效提高了发射率。但不管是理论计算结果还是实际作战使用，都验证了现有的近程反导舰炮武器系统，对航速大于2.5 Ma的反舰导弹拦截能力明显不足。因此，在现有技术基础上发展高发射率舰炮以适应未来近程反导的需要，是迫切研究的方向之一。

近程反导舰炮武器系统对火炮发射系统的要求是单炮要具有较高的发射率，在短时间内发射足够多的弹丸，以提高命中概率。而提高单炮发射率的途径，一是提高单个自动机本身的发射率，这需要研制新型自动机，通过改变自动机循环和一系列结构来实现发射率的提高;二是通过对成熟自动机进行联装于1座炮架的改造来实现发射率的提高。第二种方式相对于第一种方式来讲，其优点是充分利用成熟技术，只需要对炮架和供弹系统等进行全炮总体优化，技术风险低，研制周期短，研制成本相对较低，实现起来相对容易。

本文以现役转管30 mm舰炮自动机为基础，对实现多联装高发射率舰炮系统的反导毁伤效果进行仿真计算，并分析单自动机射速变化指标对毁伤效果的影响，为多联装高发射率舰炮各项技术指标的优化提供参考。

1 算法设计

1.1 弹道诸元及偏差量的近似算法

在计算多联装高发射率舰炮系统对目标位于指定提前点处的毁伤概率时，需要知道该系统在指定提前点处的弹道诸元与偏差量参数，包括弹丸在该提前点处的存速、弹道倾角、初速、空气密度、纵风及横风等弹道气象条件偏离标准条件时引起的高角误差、弹丸飞行时间误差和方向偏差等。

现役的小口径舰炮末端反导武器系统都备有弹道函数表和偏差量表，可以直接查到上述参数。但是，实际工作中往往需要在新型舰炮末端反导武器系统的论证和研制阶段大量计算对目标的毁伤概率，以便为总体方案的论证分析工作提供必要的依据，而目前尚没有弹道函数表和偏差量表可利用。为解决这一问题本文将采用一种弹道和偏差量诸元的近似解析计算方法［4］。

1.2 射击误差分析

舰炮系统射击误差包括随机误差和系统误差。系统误差主要是火控系统输出误差的系统误差引起的射击误差;而随机误差按照相关性强弱又可分为不相关误差、弱相关误差和强相关误差3部分［4－5］，即

不相关误差xc(t)实际上是火力系统在平面Q上的弹着点散布误差，它由舰炮点射散布误差引起的弹着点散布误差xcp和舰炮初速散布误差引起的弹着点散布误差xcV0p2部分组成，记为

弱相关误差xn(t)是射击诸元误差即射角误差Δφ和方位角误差Δβq在平面Q上的反映。由于射击诸元误差是由火控计算机输出误差和舰炮随动系统控制多联装高发射率舰炮瞄准时的误差构成的，因此，可以把弱相关误差xn(t)分解为2部分:

强相关误差是准备各种气象弹道条件的偏差量时存在的误差。舰炮系统实施射击时的气象弹道条件常常偏离射表所给的标准条件，故必须在火控计算机上对初速总和偏差，空气密度总和偏差和弹道风等气象弹道条件的偏离量进行修正，修正时必然存在误差，这就是准备气象弹道条件的偏差量时产生的误差xg。

通常，为了计算的方便，需要把由不相关误差、弱相关误差和强相关误差组成的“三类误差模型”转换为“二类误差模型”，即设

式中:xⅠ(t)为第一类误差，它在点射中的任意2次射击是独立的，故也称为独立误差，它的期望值为0;xⅡ(t)为第二类误差，它在点射中对任意2次射击是重复的，故也称为重复误差，它的期望值也为0。因此，最后误差模型为

1.3 毁伤概率模型

设多联装高发射率舰炮系统由p个身管组成。在一次点射中各个身管的点射长度是相同的，射击弹数均为n。由于转管炮射速极高，各管间的击发间隔可以忽略，故可认为各个身管的射击是齐射的。火力系统一次点射的总射弹数为pn。则有p个身管的多联装高发射率舰炮系统一次点射的毁伤概率pkpn为

1.4 计算流程

应用Matlab编程［6］实现上述的算法设计，需要完成计算射击区域、计算弹道和偏差量诸元、计算误差分离系数、计算目标命中面积、计算系统误差、计算协方差矩阵、计算反导毁伤概率等多个环节的内容，具体的计算流程如图1所示。

图1 反导毁伤概率的计算流程Fig.1 Flow chart for antimissile damage probability calculation

2 算例

2.1 参数设置

多联装高发射率舰炮反导毁伤效果计算所需的舰炮、弹丸特性以及舰炮系统精度指标，参考现役的末端反导舰炮武器系统的指标参数值，选取舰炮口径为30 mm。目标参数的设定，以典型的“飞鱼”导弹为参考，其目标三视面积为:SB=1.882 m2，SS=1.824 m2，SF=0.275 m2，目标舷角和俯冲角都设为0。根据经验计算，采用30 mm杀伤爆破弹进行反导射击，要毁伤1枚反舰导弹所须的命中弹数为ω=1.5 rds。

2.2 联装数与毁伤概率关系

以某型转管舰炮自动机为基础研究多联装高发射率舰炮与不同特性目标的关系。假定在单自动机射速为5000 rds/min时，通过变化单自动机的个数来变化多联装高发射率舰炮身管数。分别计算对航速为0.9～5 Ma目标的反导毁伤概率，得到4组反导毁伤概率值，结果见表1。

表1 不同身管数时的毁伤概率Tab.1 Damage probability for different amount of barrels

从表中数据可以看出，在相同的计算条件下，在目标速度一定的条件下，毁伤概率随多联装数的增加 (身管数的增加)而提高。对于2～5 Ma的目标，四联装舰炮的反导概率均比单自动机舰炮提高2倍以上。由此可见，联装数量的增加可使毁伤概率大幅增加，因此发展多联装高发射率舰炮可以有效提高舰炮反导能力。

2.3 四联装舰炮自动机发射率变化与毁伤概率关系

由于单自动机的射速变化会影响到毁伤概率，为此，本文针对四联装30 mm舰炮，研究单自动机发射率变化带来的毁伤概率变化。在前述的参数条件下，按单自动机的发射速率为4000～5000 rds/min，分别计算目标速度为2～5 Ma时的反导毁伤概率，由此可以得到表2的计算结果。

表2 不同发射率时的毁伤概率Tab.2 Damage probability for different fire rates

由此可以得到四联装舰炮针对不同目标特性在单自动机发射率4000～5000 rds/min之间变化时的毁伤概率与发射率的关系曲线(见图2)。从图中可以看出，在相同的计算条件下，随着单自动机发射率的增高，反导毁伤概率相应增大。可见，在相同的条件下，目标速度越高，对舰炮发射率的要求就越高，而通过对自动机进行多联装组合可有效提高单炮作战能力。

图2 毁伤概率与发射率的关系曲线Fig.2 Relation Curve between damage probability and fire rate

同时，即使以某型转管舰炮发射率在4200 rds/min的情况，四联装舰炮系统对目标速度为3.5 Ma以内的导弹还是可以达到60%以上的毁伤概率，满足有效毁伤导弹的要求。而且，如果能够采取措施使单炮发射率提高到5000 rds/min，那么对目标速度为5 Ma的导弹毁伤概率将超过50%，取得比较可观的反导效果，可大大提高反导性能。