我要投搞

标签云

收藏小站

爱尚经典语录、名言、句子、散文、日志、唯美图片

当前位置:欢乐棋牌游戏 > 毁伤概率 >

某型火箭弹对巡航导弹毁伤概率仿真分析_王金云

归档日期:06-29       文本归类:毁伤概率      文章编辑:爱尚语录

  第 34 卷 第 1 期 2012 年 2 月 文章编号:1673-3819(2012)01-0092-04 指挥控制与仿真 Command Control & Simulation Vol.34 No.1 Feb. 2012 某型火箭弹对巡航导弹毁伤概率仿线. 中国船舶重工集团公司国营第368厂,河北 邯郸 056028;2. 上海交通大学,上海 200240) 摘 要:通过对巡航导弹目标特性分析,论述了目标易损性和毁伤机理(包括破片战斗部对目标的击穿概率模型)。 利用破片初速及存速计算模型,分析了战斗部爆破后破片速度衰减规律,并做了模拟仿真,为火箭弹战斗部设计及 毁伤效能评估提供了理论依据。最后根据射弹散布规律及毁伤原理建立了毁伤模型,并以某型火箭弹为例,对毁伤 概率模型进行了仿真分析。仿真结果表明:该方法为火箭弹战斗部设计和提高对巡航导弹毁伤概率提供了参考。 关键词:火箭弹;巡航导弹;毁伤概率;仿真分析 中图分类号:TJ761.6 文献标识码:A DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2012.01.022 WANG Jin-yun1, WANG Meng-jun1,JI Zheng2 (1.The 368th Factory of CSIC,Handan 056028;2 . Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China) Abstract: Based on the character analysis of cruise missile, this paper discusses target vulnerability and damage mechanism (Including perforation probability model of target hit by fragment warhead), uses calculation method of the initial and remnant velocity of fragment, analyzs velocity attenuation rule after warhead exploded and simulation was executed. This offeres a theory gist for rocket warhead design and damage effectiveness. According to projectile dispersion rule and damage principle, damage model is built and the simulation analysis is run by a certain rocket and its result is given. From the result of the simulation, the method design gives a reference for rocket warhead design and raising damage probability of rocket intercepting cruise missile. Key words: rocket; cruise missile; damage probability; simulation analysis Simulation Analysis on Damage Probability of Rocket Intercepting Cruise Missile 现代战争中,巡航导弹作为一种远程精确制导武 器,已成为军事强国实施空中打击的重要手段。反巡 航导弹袭击成为现代防空的重要任务之一。火箭武器 是除中远程防空导弹和近程防空火炮系统外的有效反 导武器。随着未来高、中、低空快速目标的饱和攻击 和近程反导防御任务的加重,以及火箭武器射击精度 的提高,将其应用于现代防空反导体系之中已经提上 了议事日程。火箭武器具有火力密集度高、射程远、 射速高、威力大、机动性强等优点,可作为未来防空 反导的手段之一,但常规的火箭弹存在散布大、爆速 小、破片速度衰减过快、杀伤动能不足、有效毁伤元 数目有限等缺点, 不足以对巡航导弹产生有效的毁伤。 近年来,随着新型含能材料的出现和火炸药技术的发 展,许多新型炸药用于防空反导武器系统之中。如美 国研制的含有 CL-20 的 LX-19、PAX-12、PBXW-16、 PAX-11 和 PAX 等新型,用于 SMAM 、 SADARM、战斧巡航导弹等先进战斗部,在打击伊拉 克、 阿富汗、 利比亚的战争中显示了强大的杀伤能力, 摧毁了敌国多个重要的军事目标。本文以国内某新型 122mm 增强型火箭弹为例,采用高能钝感浇注 PBX 炸药,破片杀伤式战斗部为研究对象,通过对目标易 损性、毁伤机理分析,充分考虑了弹目交汇条件、战 斗部威力参数、引战配合效率、火箭弹散布误差等因 素,分析了战斗部预制破片特性,建立了单发毁伤概 率模型,并对多发弹毁伤概率进行仿线 目标分析 收稿日期:2011-11-23 修回日期:2011-12-16 *基金项目:“十二五”国防预研基金 作者简介:王金云(1979-),男,陕西宝鸡人,硕士,高 级工程师,研究方向为舰炮火控系统和弹药毁 伤研究。 王孟军(1968-),男,研究员。 纪 政(1978-),男,博士研究生。 1.1 目标易损性分析 破片对巡航导弹的毁伤程度随着导弹部件材质的 不同而不同。文献[1]建立了基于“虚拟模型”的目标易 损性分析方法,通过目标的几何模型、目标特征数据 库和目标部件功能结构树三大部分的综合评价来分析 目标的易损性。文献 [2] 通过分析巡航导弹的结构特 点,提出了目标毁伤树的概念,用来确定目标的毁伤 程度。通常将巡航导弹分为制导舱、战斗部舱、燃料 舱、控制舱、发动机舱五部分。制导舱属于精密制导 仪器部分,等效铝合金厚度[3]只有 4mm,易于毁伤。 战斗部舱相当于 25mm 的铝合金厚度, 一般很难毁伤。 其余部分也有十几到几十毫米的等效厚度,如要害部 位被较大动能高密度流破片击中也可造成一定程度的 毁伤或彻底毁伤。 1.2 对目标毁伤机理分析 火箭弹对巡航导弹的毁伤模式通常分为功能毁 伤、结构毁伤、引爆战斗部、使其偏航等四种形式。 第1期 指挥控制与仿线 功能毁伤立足于对目标关键要害部件的破坏,如制导 系统、控制系统等,这些要害部件如遭到破坏可使导 弹丧失作战能力;结构毁伤通过火箭弹战斗部装药爆 炸后产生的爆轰波及密集的破片或杆条对其穿孔、切 割共同破坏作用下所产生的结构解体;引爆通过高速 破片击穿导弹战斗部蒙皮并接触到炸药,利用其剩余 动能使其爆炸,导弹战斗部壳体较厚,各个部分受弹 概率机率均等,有限数目且具有一定动能的破片很难 将其引爆。偏航毁伤取决于战斗部的能量和作用于弹 体上的方位,对于无控火箭弹来说,散布大,装药量 有限,对其作用也不大明显。本文主要研究火箭弹对 巡航导弹的功能毁伤即 C 类毁伤。它主要是靠破片的 动能打击和爆破冲击波将其摧毁[4]。通常破片常采用 预制或半预制形式,形状上有球形、菱形、小箭形等。 聚焦型[5]破片战斗部具有破片密集分布的聚焦束,对 目标具有近似“切割”作用,但要求武器系统具有很高 的制导精度。EFP 定向爆破技术是当前比较先进的技 术,但其对武器系统射击精度和引战配合效率要求较 高, EFP [6]战斗部弹体姿态对目标杀伤概率的影响较 大。对于无控火箭弹来说,其散布较大,命中精度受 限制,不适合上述两种战斗部设计。 本文主要基于较大质量、 高能钝感浇注 PBX 战斗 部, 采用破片杀伤式对其毁伤。 随着火控技术的发展, 射击精度的提高,火箭弹对巡航导弹的毁伤效能也会 大大增强。 通常破片对目标的毁伤主要有击穿、 引燃、 引爆三种方式。对单个破片而言,击穿作用概率取决 于已知等效硬铝面积上的比动能 Eb ,对于钢制破片 2 3 2 Eb ? 1.02 ? 10?4 m1/ f V f / ? AL (kg?m/(cm ?mm))(1) 一定毁伤。根据仿真试验结果表明:在相同初速条件 下,飞散到距爆心相同距离处,质量大的,表面曲线 光滑的(如球形的)速度衰减慢。设距离爆心 Rc 处, 破片存速[5] VR 为 VR ? V0 e? cRc (4) 其中, V0 为破片初速, c 为破片衰减系数,它由 破片阻力系数、 空气密度、 破片迎风面积 (形状系数) 、 破片质量综合决定。 通过对目标特性分析及战斗部破片速度模型的仿 真计算,为火箭弹战斗部设计(包括战斗部装药量、威 力半径、单枚破片质量、破片初速、破片类型、速度 衰减特性等方面综合考虑 ) 及对导弹目标毁伤概率研 究做了理论基础。 3 火箭弹对巡航导弹的毁伤分析计算模型 3.1 单发火箭弹命中概率计算 以 BGM ? 109 战斧巡航导弹为例,导弹战斗部等 效铝合金厚度较厚,毁伤难度较大,只能采用较大质 量、高密度、高速破片对其毁伤,其余部分毁伤则相 对容易一些。由于控测、跟踪、滤波、火控解算、武 器系统射击均存在误差,集中体现在射击精度上(即 脱靶量) , 火箭弹的命中概率又与脱靶量和弹着散布、 威力半径、引战配合效率息息相关。战斗部爆炸后预 制破片朝一定方向飞散,即存在最大飞散角 ?max 和最 破片在弹目交汇平面上投影为一圆环, 小飞散角 ? min , 当目标落入该圆环内,且破片具备一定动能时,才可 能对目标造成毁伤。 Pd 为目标落入战斗部扩散圆内的 概率(即命中概率), Ph 为目标落入扩散圆内被毁伤 的概率,则整体的毁伤概率为 Pk ? Pd ? Ph 。 火箭弹对目标射击时弹着散布服从二维正态分 布,设瞄准点与目标中心重合,为 O 点,? y 和 ? z 分别 其散布中心为 O , y0 和 为 Y 和 Z 方向上的散布误差, z0 为 Y 和 Z 方向上的射击误差,其概率密度函数为 其中, m f 为破片质量(g),? AL 为目标等效 LY 12CZ 铝合金厚度,(mm), V f 为破片与目标相遇时的速 度(m/s),单个破片击穿概率 [4] Pme 为 0 ? Pme ? ? ?0.34 Eb 1 2.65 ? e ? 2.96e ?0.14 Eb ? Eb ? 4.5 Eb ? 4.5 (2) 2 战斗部破片速度特性分析 2.1 破片初速计算 火箭弹爆炸后,破片具有一定的动能应满足一定 条件,才能对来袭导弹造成一定的毁伤,此时破片的 初速 V0 的求取通常用 Gurney 公式计算[5]。 V0 ? 2 E B 1 ? 0.5B f ( y, z ) ? 1 2?? y 1 2?? z exp(? ( y ? y0 ) 2 ( z ? z0 ) 2 ? )(5) 2? y2 2? z2 ? ( x / y, z ) 为引信引爆点沿 x 轴散布的概率密度, 其表达式为 ? ( x / y, z ) ? 1 2?? x exp(? ( x ? mx ) 2 ) 2? x2 (6) (3) 单发火箭弹命中概率 Pd 为 Pd ? ??? f ( y, z )? ( x / y, z )dxdydz 其中, 2 E 为炸药的哥耐常数(m/s), B 为炸药装 药质量(Kg)与壳体质量(Kg)比值。 2.2 破片存速计算 战斗部爆破后,破片沿某个方向飞散,飞到一定 距离后,速度会衰减到某个值,此时破片具有的动能 只有满足击穿或引燃或引爆条件时,才能对导弹造成 (7) 3.2 单发火箭弹毁伤概率计算 火箭弹命中导弹后的毁伤概率取决于命中舱段上 的有效破片数及单个特定质量的破片对目标的毁伤概 率。 设圆环的外环半径为 rd max , 内环半径为 rd min ,d 为 炸点到目标的距离。文献[4、7]对破片流密度的计算是 94 王金云,等:某型火箭弹对巡航导弹毁伤概率仿线 卷 通过破片流形成的圆锥表面积来求取的, 本文采用文献 [8]中提到的方法,将破片平均密度算法等效到弹目交 汇平面散布后形成的圆环区域上,求解方法如下: 破片期望数,假设整个巡航导弹被分为 n 段,则目标 的坐标毁伤概率为 Ph ? 1 ? ? (1 ? pi ) i ?1 n ? ( y, z ) ? N (11) ? d 2 (tg 2? max ? tg 2? min ) (8) 则对导弹目标的整体毁伤概率为 Pk ? Pd ? Ph 。 单发毁伤概率为 Pk 求得, n 发火箭弹对巡航导弹 的毁伤概率 Pn 可由下式求得 Pn =1-(1- Pk ) n 将导弹简化为直径为 D ,长度为 l 的圆柱形,炸 目连线与导弹纵轴的夹角为 ? ,则导弹各舱段平均被 弹面积 为 A? ? [4] (12) ? ? /2 0 ( ?D 4 2 cos ? ? Dl sin ? )d ? ? ? /2 0 d? (9) 4 仿真计算及结果分析 目标飞过交汇平面上任一点 ( yi , zi ) 时,各个舱段 的破片数目期望值为 ni ? ?? ? ( y, z )dydz Ai 4.1 破片存速仿真分析 设某型火箭弹破片为预制破片,爆破初速 V0 为 2100m/s,破片质量为 m f ,破片速度衰减系数为 c , 距离爆心距离为 Rc ,破片存速为 VR ,假设破片在相 同的初始条件下,不同质量和不同飞散距离时,破片 存速 VR 的变化规律如表 1。 (10) Ai 为导弹各个舱段在交汇平面上的投影面积,则 每个舱段的毁伤概率为 pi ? 1 ? exp(? ni / nni ) , ni 为第 i 段舱被击中的实际破片数,nni 是此舱段被毁伤所需的 表 1 不同质量的破片速度衰减变化趋势 破片质量 m f / (g) 1.0 2.0 3.0 5.0 7.0 9.0 10.0 衰减系数 c 0.0233 0.0185 0.0162 0.0136 0.0122 0.0112 0.0108 距爆心距离 Rc / (m) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 破片存速 VR /(m/s) 2051.45 2061.36 2066.21 2071.45 2074.46 2076.50 2077.30 由表 1 计算结果表明:在相同初速和相同飞散距离条件下,大质量破片要比小质量破片速度衰减要小,质 量为 1g 的破片飞散 1m 时,存速为 2051.45m/s,质量为 10g 的破片飞散 1m 时,存速为 2077.30m/s。由表 2 计 算结果表明: 质量为 1g 的破片飞散 12m 时, 速度衰减了 514m, 质量为 10g 破片飞散 12m 时, 速度衰减了 257m, 质量大的破片具有速度衰减慢的特点。 表 2 不同质量破片随爆心距离的变化所具有的存速 破片质量 m f / (g) 1.0 1.0 2.0 3.0 5.0 7.0 9.0 10.0 衰减系数 c 0.0233 0.0233 0.0185 0.0162 0.0136 0.0122 0.0112 0.0108 距爆心距离 Rc / (m) 1.0 12.0 3.0 5.0 7.0 9.0 11.0 12.0 破片存速 VR (m/s) 2051.45 1586.09 1986.22 1936.38 1908.16 1881.04 1855.51 1843.31 图 2 相同初速条件下,相同飞散距离处,不同质量破片存速变化规律图 第1期 指挥控制与仿线 破片击穿导弹目标的概率 破片击穿作用是依靠破片动能击穿目标,造成导弹的机械或控制元件损坏,现模拟不同厚度的目标等效 LY 12CZ 铝合金,不同破片质量和速度下,对目标的击穿毁伤概率。 表 3 不同质量破片对不同厚度的铝合金击穿概率 破片质量 m f /(g) 1.0 1.0 1.0 3.0 5.0 7.0 9.0 10.0 等效铝合金厚度/(mm) 5.0 20.0 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 破片速度/(m/s) 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 1843 击穿概率/ (%) 99.99 87.49 65.34 85.83 91.86 94.37 96.24 90.96 由表 3 结果表明:质量为 1g 的破片在速度为 2100m/s,对 5mm 的 LY 12CZ 铝合金击穿概率基本上 可达 100%,在对厚度为 20mm 的铝合金时,击穿概 率可达 87.49%,一般的飞航式导弹厚度只有 15mm, 足可对其毁伤。破片对导弹的毁伤概率取决于单位面 积上的比动能,为了提高对导弹的毁伤概率,在保证 一定破片流密度的情况下,选取高能炸药和较大质量 的破片,如 5g 的破片在速度为 2100m/s 时,可击穿 30mm 厚度的铝合金材料的概率为 91.86%, 即使是 10g 破片,在飞散到毁伤半径 12m 处,存速为 1843m/s, 射击距离/(m) 000 2000 3000 4000 散布误差/(m) 3.3 6.7 10.0 13.3 射击误差/(m) 4.0 8.0 12.0 16.0 击穿 30mm 铝合金材料的概率仍可达 90%以上。 4.3 火箭弹对巡航导弹的毁伤概率计算结果分析 设某型火箭弹密集度 1/300,沿 Z 轴和 Y 轴方向 的射击误差均取 4~16m,破片数 N =3000 枚,单枚 破片质量为 5g ,引信启点沿 X 轴散布的数学期望 mx =3.5m, 均方差 ? x =1.0m 射击距离由 1000~4000m, 火箭弹爆炸后 高度由 300~1200m 炸目距离 d =10m, 最大飞散角 ?max = 50? , 火 破片最小飞散角 ? min = 10? , 箭弹对导弹的毁伤概率计算结果如表 4。 表 4 火箭弹对巡航导弹的毁伤概率 单发毁伤概率/(%) 43.72 28.03 13.21 7.28 5 发毁伤概率/(%) 94.35 80.69 50.75 31.48 由表 4 结果表明: 火箭弹在 1000m 的距离上拦截 来袭导弹,火箭弹散布误差较小,射击误差较小,单 发毁伤概率可达 43.72%,采用多发弹毁伤可达 94.35%, 当射击距离较远时,散布误差和射击精度有所下降, 单发毁伤概率较低,采用集火体制射击,对目标的毁 伤概率对能提高。所以,要提高系统对目标的毁伤概 率,就应提高系统的射击精度,提高引战配合效率和 战斗部威力。在现有条件下,未来巡航导弹速度越来 快,系统反应时间愈来愈短,被打击和拦截的次数大 大减少,所以,必须通过集火制多门炮同时射击,才 能形成较大杀伤面积和一定厚度的弹幕。仿真结果表 明:多发弹对导弹具有较高的毁伤概率。 弹拦截巡航导弹的毁伤概率模型, 通过仿真计算表明: 随着拦截距离的增加,火箭弹散布增大,火控系统射 击精度下降,多发弹同时射击才能形成较大的杀伤区 域和一定密度的破片流,从而保证了对来袭导弹的有 效毁伤。 参考文献: [1] [2] [3] [4] 卢永刚,钱立新,杨云斌,等.目标易损性/战斗部威力评估 方法[J].弹道学报,2005,17(1):46-52. 常二莉,韩亮. 高炮对巡航导弹拦阻射击毁伤计算模型 [J].系统仿线. 李向东,苏义岭,韩永要.导弹目标在破片式战斗部作用 2007,27(5):468-472. 下的易损性评估[J].爆炸与冲击波, 徐晨.某型火箭防空武器系统对巡航导弹的毁伤概率计 算分析 [D]. 南京:南京理工大学工程硕士学位论文 , 2009. 李晋庆 , 胡焕性 . 聚焦型破片战斗部对目标毁伤概率的 工程算法[J].兵工学报,2003,24(4):555-557. 李 炜,范宁军,王正杰. EFP 定向战斗部导弹系统毁伤概 率分析[J].弹道学报,2008,20(2):60-63. 汪德虎,谭周寿,王建明,等.舰炮射击基础理论[M].北京: 海潮出版社,1998. 张学锋,吴萍,乐高贵,等.火箭武器对巡航导弹的毁伤效 能研究[J].系统仿线 结束语 本文以某型火箭弹为例,分析了目标易损性,采 用大质量高能钝感浇注 PBX 战斗部, 分析了火箭弹预 制破片速度特性及火箭弹爆炸后破片飞散特点,仿真 结果表明:单枚质量为 5g 的破片在存速为 2000m/s 时,对巡航导弹壳体厚度为 30mm 铝合金材料,仍具 有较高的毁伤概率。火箭弹通过采用高能炸药和增加 战斗部质量可以有效地对巡航导弹各个舱段进行毁 伤,即使是导弹战斗部也会有较高的击穿概率,这可 为以后新型火箭弹战斗部设计提供参考。建立了火箭 [5] [6] [7] [8]

本文链接:http://exposydney.com/huishanggailv/33.html