基于防空武器协同使用的武器发射时间间隔研究

基于防空武器协同使用的武器发射时间间隔研究摘要：基于防空武器协同使用时可能出现的火力冲突现象，根据防空导弹与火炮武器系统的火力兼容要求，结合对防空导弹与火炮两种防空武器弹道特性和速度特性的分析，得出防空导弹与火炮武器协同使用时的武器发射时间间隔计算方法，为深入研究防空武器系统协同使用时的火力兼容问题提供了依据。关键词：防空武器；火力兼容；协同使用；发射时间ResearchonLaunch-timeIntervalofWeaponCooperationZHANGWei-Chuan,SHIHong-Quan(DalianNAVALACADEM,LiaoningDaLian116018,China)Abstract:Accordingtofirepowercompatiblebetweenanti-aircraftmissile&artilleryweaponsystem,withanalysisoftrajectory&speedcharacteristics,weworkouthowtocalculatelaunch-timeinternalwhenwelaunchanti-aircraftmissile&artilleryweaponatthesametime.Itcanavoidfirepowerconflictasanti-aircraftweaponscoordinationandprovidebasistoresearchfirepowercompatibleasanti-aircraftweaponssystemcoordination.Keywords:anti-aircraftweapon,firepowercompatible,coordination,launchtime0引言水面舰艇对空防御作战中，防空武器的协同使用是拦截空袭目标的有效手段和方法。但是，如果防空武器使用不当，就可能在使用过程中发生武器间的火力冲突。研究避免防空武器系统火力冲突现象发生的问题属于为火力兼容问题[3]，火力兼容解决的问题主要包括以下两个方面：分火抗击不同目标的射击角度冲突问题和协同抗击同一批目标的射击距离冲突问题[4]。在对空防御时，如果防空武器在空域的使用上存在冲突，就必须通过调整防空武器的发射时间来达到防空武器之间的火力兼容。文献[1]从理论上分析了水面舰艇防空火力抗击同一方向来袭目标时的火力兼容问题，建立了相应的数学模型，但是，其模型用舰空导弹和舰炮弹丸飞行的平均速度代替它们真实飞行速度的变化过程，使得模型不够完善；文献[2]针对使用防空导弹和火炮协同抗击同一批目标，提出了火力兼容临界时间的概念和临界时间的仿真计算方法，但是其通过带入法求解临界时间的计算方法计算量较大；文献[3]基于防空武器协同抗击时可能出现的弹道交叉现象，建立了防空导弹与火炮武器协同使用时的火力兼容模型，但是其求解两种武器发射间隔时间依然需要通过带入法求解，仿真计算量较大。本文以防空导弹与火炮武器协同使用为例，在分析两种防空武器弹道特性和速度特性的基础上，对基于防空武器协同使用的武器发射时间间隔进行直接的求解计算，大大减少了仿真计算量。1分火抗击不同目标时的发射时间间隔研究在分火抗击不同目标时，防空导弹与其它防空武器协同使用时的火力冲突通常发生于直飞段，所以可以近似以防空武器的理论弹道为研究对象[5]。针对分火抗击不同目标时的射击角度冲突问题，参照文献[3]把对武器发射时间间隔的研究简化到水平坐标系。建立的水平坐标系如图1所示：坐标系以防空导弹发射架为原点，以舰首方向为轴，以水面正横方向为轴。为防空导弹射向；为火炮武器射向；为防空导弹射击舷角；为火炮的射击舷角;为防空导弹和火炮射击方向的夹角。为和的交叉点；在上任取一点向做垂线交于点；在上任取一点向做垂线交于点。为防空导弹发射架与火炮发射架间的距离；为防空导弹到交叉点的距离；为火炮发射架到交叉点的距离。θαβLdLpL'dXYLCdCpOO'L'pO1L1L2图1防空导弹与火炮交叉射击水平示意图如图1所示，当两种防空武器的弹丸飞过弹道交叉点后，两者之间的距离越来越远。1.1防空武器发射时间间隔确定分火抗击不同目标时，武器的协同使用分为两种情况：防空导弹先于火炮发射和火炮先于防空导弹发射。下面以防空导弹发射为例，对防空武器发射时间间隔进行分析。当防空导弹优先发射时，我们可以过弹道交叉点在上找到一点使得等于弹道最小安全距离[3]，当防空导弹飞过点时，防空导弹距离火炮弹丸的距离将大于最小安全距离；同时在上找到未过弹道交叉点的一点使得等于弹道的最小距离，当火炮弹丸未飞过点时，火炮弹丸距离防空导弹的距离将大于最小安全距离。假设防空导弹飞行至点时所用的时间为，炮弹弹丸飞行至点所用的时间为，则当火炮延迟发射时间时防空武器火力是兼容的。1.2防空武器发射时间间隔求解防空导弹和火炮弹丸在水平面上的飞行距离和可以通过解三角形求得：(1)(2)(3)对于防空导弹：射击诸元中射击舷角和射击俯仰角确定后，防空导弹现在点坐标取决于防空导弹的时间方程表达式和防空导弹飞行时间[3]。亦既防空导弹在水平面上的飞行距离由下式确定：(4)式中为防空导弹飞行速度水平面上的投影，通过解方程(4)可以求得导弹飞行至点所需要的时间。对于火炮武器：弹丸初速、射角和弹道系数确定后，火炮弹丸的位置坐标取决于弹丸飞行时间[3]。火炮弹丸飞行至点所需要的时间可以有火炮弹丸质心运动微分方程组确定。弹丸质心运动微分方程组[7]如下：(5)、确定后，武器协同使用时的发射时间间隔即可确定。同上面的分析过程，我们可以得到火炮先于防空导弹发射时防空导弹需要延迟发射的时间，在这里不再赘述。2协同抗击同一批目标时的发射时间间隔研究水面舰艇防空反导一般强调防空导弹优先使用[8]，因此，在协同抗击同一批目标时，本文主要考虑的是防空导弹优先发射时两种武器协同使用的发射时间间隔问题。火炮弹丸自身没有动力推动装置，初速最大，之后慢慢降低。导弹自身有动力装置，在动力装置工作阶段，速度不断增加。如果导弹和火炮抗击同一目标，射击方位角一致，很有可能出现弹道冲突[6]。参照文献[2]把对武器发射时间间隔的研究简化到时间和水平射程坐标系内。建立的坐标系如图2所示：根据防空导弹和火炮弹丸的速度特性，防空导弹和火炮弹丸水平射程变化曲线如和所示。防空导弹经过初始阶段的加速在时获得稳定的水平飞行速度，其水平射程为；假设在时防空火炮发射，在时火炮弹丸在水平方向的飞行速度降为，其对应的防空导弹和火炮水平射程分别为和。tst1t2t3t4防空导弹水平射程曲线火炮弹丸水平射程曲线0t5t6aa'bcdd'c'图2防空导弹与火炮弹丸水平射程随时间变化曲线时防空导弹和火炮弹丸的水平射程距离差为：(6)在到时间段内，火炮弹丸的水平飞行速度不小于防空导弹的水平飞行速度。因此，在时两者的水平射程距离差最小。现在对可能的取值范围进行讨论。a)当（弹道最小安全距离）因为在时防空导弹和火炮弹丸的水平射程距离差小于弹道最小安全距离，即延迟进行火炮发射时防空火力可能存在冲突，因此，需要对防空火炮的发射时间进行进一步延迟。假设火炮延迟到时发射，在时火炮弹丸在水平方向的飞行速度降为，即在时防空导弹和火炮弹丸在水平射程上的距离为两者水平射程上的最近距离。若等于，则在时进行火炮发射是火力兼容的。火炮弹丸从开始发射到水平飞行速度降至的飞行时间和水平飞行距离可有式(5)求得。因为在时防空导弹和火炮弹丸在水平射程上的距离等于，所以时防空导弹的水平飞行距离可有下式求得：(7)结合式(4)即可求得防空导弹的飞行时间，因此，火炮延迟发射的时间可有下式求得：(8)b)当因为为防空导弹和火炮弹丸在水平射程差的最小值，若等于弹道最小安全距离，即防空导弹和火炮弹丸在飞行的全过程中两者之间的水平射程差不小于弹道的最小安全距离，因此为防空火力兼容时火炮需延迟发射的时间。由防空导弹性能决定。c)当因为在时防空导弹和火炮弹丸的水平射程距离差大于弹道最小安全距离，因此，可以把防空火炮的发射延迟时间可以在的基础上适当提前。假设火炮时发射，从时开始防空导弹在水平方向的飞行速度不小于火炮弹丸在水平面上的飞行速度（时导弹在水平方向上未达到最大飞行速度即），即在时防空导弹和火炮弹丸在水平射程上的距离为两者水平射程上的最近距离。若等于，则在时进行火炮发射是火力兼容的。(9)式中由防空导弹性能决定，为火炮从开始发射到水平速度降至的飞行时间；分防空导弹速度由增大至所需要的时间。假设火炮弹丸在水平方向上的飞行速度降至所需时间分别为（可有式(6)求得）。根据火炮弹丸飞行速度特点知当小于时，小于。结合式(9)知：(10)因为延迟进行火炮发射时防空火力是兼容的，所以延迟时火力必然是兼容的。3结束语本文对防空武器协同使用的武器发射时间间隔进行了分析研究，给出了计算武器协同使用时武器发射间隔的方法，所给的计算方法客观实际、便于计算，对提高防空导弹与火炮武器协同作战能力具有较高的理论和实用价值。参考文献：[1]由大德,王峰.水面舰艇防空火力兼容问题[J].火力与指挥控制,2004,29（4）:49-50.[2]由大德,徐德民,张发强.防空武器协同使用临界时间分析[J].广东工业大学学报,2010,27(4):16-18[3]由大德,张发强,余鹏飞.防空武器系统火力兼容模型研究[J].海军航空工程学院学报,2011,26(3):327-330[4]宋志华.一体化防空反导系统抗击能力建模与仿真研究[J].军事运筹与系统工程,2009(2):63-68.[5]李涛,由大德.水面舰艇防空火力兼容系统作战仿真模型[J].海军大连舰艇学院学报,2005,28(5):4-7.[6]张晓峰,渝王瑞,邢昌风.舰艇编队防空火力射击冲突问题研究[J].指挥控制与仿真,2008,(4):51-27.[7]刘怡昕,刘玉文.外弹道学[M].海潮出版社.1998:34-38[8]韩燕飞.舰空导弹作战的指挥控制[J].航空兵器.2000(2):2-3.