李向榮，徐 峰，李勝云

（1裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072；2中國白城兵器試驗中心，吉林白城 137000；3 96317部隊，江西宜春 336000）

0 引言

子母彈由于威力半徑大、毀傷效果好而日益受到重視，主要用于對坦克群、航母等重要集群目標(biāo)和面目標(biāo)的打擊[1]。設(shè)計前級為破甲后級為殺爆式串聯(lián)子母彈主要用于封鎖航母，子彈落在甲板上，前級破甲戰(zhàn)斗部立即被引爆形成射流，在甲板上擴(kuò)孔，使后級殺爆式戰(zhàn)斗部隨進(jìn)一段后固定在甲板上，當(dāng)甲板上飛機(jī)起飛或有人員走近時被引爆，實現(xiàn)封鎖目的[2]。該串聯(lián)式戰(zhàn)斗部對航母的毀傷效能很大程度上取決于落在航母甲板有效區(qū)域內(nèi)的子彈數(shù)以及子彈落點位置。

1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

毀傷評估仿真系統(tǒng)主要由5個主要子模塊構(gòu)成[3－4]，各個子模塊之間的關(guān)系以及系統(tǒng)仿真流程如圖1所示。

1）母彈拋撒點參數(shù)模塊：該模塊是為采用解析法求解子彈彈道提供必要的初始參數(shù)，包括母彈終點速度、拋撒高度、子彈徑向速度等母彈拋撒位置的參數(shù)。這些參數(shù)有的是作為已知輸入，例如終點速度和拋撒高度；而有的是需要通過該模塊進(jìn)行計算，如子彈徑向速度等。

2）子彈彈道計算模塊：該模塊是要建立母彈拋撒后子彈質(zhì)點彈道模型，用于確定子彈在任意時刻三維空間內(nèi)子彈運(yùn)行軌跡，并最后確定子彈在航母甲板上的最終落點。

圖1 仿真系統(tǒng)模塊組合圖

3）航母結(jié)構(gòu)參數(shù)模塊：該模塊主要是建立目標(biāo)特征模型，該仿真系統(tǒng)中是簡化的航母組件式二維數(shù)字化模型[5]，將各個關(guān)鍵系統(tǒng)投影到航母甲板上，并向主系統(tǒng)提供航母各個關(guān)鍵系統(tǒng)的位置參數(shù)等。

4）子彈參數(shù)模塊：該模塊是用于確定子彈威力場，例如子彈的初始結(jié)構(gòu)特征參數(shù)包括質(zhì)量、裝藥量、彈體形狀等。

5）主計算系統(tǒng)模塊：該模塊是整個仿真系統(tǒng)的核心，它主要實現(xiàn)兩方面功能：第一，完成各程序間的結(jié)合、調(diào)用以及不同毀傷模式的選??；第二，依照建立的毀傷評估準(zhǔn)則，對毀傷結(jié)果進(jìn)行分析處理，進(jìn)一步進(jìn)行效能評估。

2 仿真運(yùn)算及結(jié)果分析

2.1 運(yùn)算流程

基于上述模塊化思想，利用Matlab軟件和VC＋＋軟件進(jìn)行混合編程，實現(xiàn)子母彈對航母目標(biāo)毀傷評估仿真系統(tǒng)開發(fā)。母彈拋撒模型建立、子彈彈道模型建立、子彈威力場建立都是采用Matlab，而系統(tǒng)界面以及主系統(tǒng)模塊是采用VC＋＋?；谄紤]，關(guān)于母彈拋撒、子彈降落彈道方程解算等實現(xiàn)方法與過程見參考文獻(xiàn)[6]，這里主要介紹該系統(tǒng)的運(yùn)算流程并給出運(yùn)算實例。

該仿真評估系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)是彈目初始條件，包括母彈彈道參數(shù)、母彈結(jié)構(gòu)參數(shù)、子彈戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)參數(shù)、目標(biāo)特性參數(shù)和彈目交匯初始參數(shù)等；輸出是毀傷效應(yīng)參數(shù)值或目標(biāo)毀傷等級，可以用曲線形式給出毀傷效應(yīng)參數(shù)隨初始條件的變化規(guī)律，能對任意初始彈目條件下的毀傷情況進(jìn)行評估。

母彈彈道參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入界面如圖2所示。在正確輸入彈道參數(shù)及子彈參數(shù)的前提下，點擊圖2界面中的“下一步”，可出現(xiàn)如圖3所示的界面，將輸入的參數(shù)按照Matlab中程序的格式輸出，以便于調(diào)用。進(jìn)行仿真運(yùn)算時，先點擊菜單欄中的“調(diào)用Matlab引擎”打開Matlab軟件，Matlab軟件可以顯示或隱藏；然后點擊“執(zhí)行運(yùn)算結(jié)果”，將前面輸入的各種參數(shù)全部傳送到Matlab程序中，計算完畢后，可以將輸入的各個量的值顯示在“Matlab輸出結(jié)果”下面的顯示窗口中，另外得到的各種曲線圖形，仍按照Matlab原有輸出圖形的格式輸出。輸出完畢后可關(guān)閉Matlab并點擊“完成”退出。

圖2 彈道參數(shù)界面

圖3 Matlab形式參數(shù)

2.2 仿真實例結(jié)果分析

1）落點分布

彈頭主要技術(shù)參數(shù)和拋撒參數(shù)如下：假設(shè)母彈中子彈數(shù)目為30顆，在母彈中分3層分布，最內(nèi)層分布5個，其他各層比次內(nèi)層多5顆，各層子彈徑向拋撒速度分別為V0＝50m／s，V0i＝V0＋iΔv，并取Δv＝10m／s；母彈拋撒條件為102），拋撒高度為，彈道傾角為，終點速度為1002）；飛 行 甲 板 長 度 和 寬 度 分 別 取 332.9m 和76.8m，厚度為80mm，目標(biāo)中心與地面坐標(biāo)原點之間距離L＝160m，當(dāng)t＝0時，vx＝vx0，vy＝vy0，x＝x0，y＝y(tǒng)0。子彈直徑為76mm；子彈質(zhì)量為7.8kg；對彈道方程進(jìn)行積分后，子彈在水平面上的落點分布如圖4所示。

從圖可看出，子彈落點在水平面上近似為橢圓分布。橢圓的覆蓋范圍與母彈的終點速度、彈道傾角、拋撒高度以及子彈的徑向拋撒速度有關(guān)[5]。由于每層的拋撒速度有所差別，所以各層子彈都形成了相對應(yīng)的橢圓，各層子彈形成的橢圓間距取決于各層速度差Δv和母彈終點速度V0。因為在拋撒高度相同條件下，子彈下落至地面所需時間隨母彈終點速度減小而增加，導(dǎo)致各橢圓落點之間的距離增大；此時，若增大各圈子彈之間的拋撒速度差值，則會增大各橢圓落點之間距離。另外，橢圓落點分布的橫、縱長度與子彈的特征面積等子彈外形參數(shù)、空氣動力學(xué)參數(shù)的變化密切相關(guān)。

2）彈道傾角對毀傷效果影響

圖4 子彈在水平面上的落點分布

假設(shè)子彈從拋撒到擊中航母這段時間內(nèi)航母位置沒有明顯變化。當(dāng)子彈數(shù)為30，拋高為600m，每層徑向速度比前層速度快10m／s，母彈 終點 速度為700m／s，彈道傾角從60°增加到90°時，擊中航母的子彈命中率、各系統(tǒng)的毀傷概率分別如圖5和圖6所示。

從圖5可以看到，子彈命中率隨著彈道傾角增加先增加而后減小，從76°到82°達(dá)到了最大值約55%左右。從圖6可以看出航母各分主要系統(tǒng)（根據(jù)目標(biāo)特性分析，將航母甲板分為助飛系統(tǒng)、停機(jī)區(qū)、阻攔系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)等4大功能子系統(tǒng)）的毀傷概率，除指揮系統(tǒng)一直沒有變化、升降系統(tǒng)在81.5°左右有一個突增外，其他三個系統(tǒng)都有一個增加到下降的過程，這不僅與有效子彈數(shù)增加有關(guān)，而且與有效子彈毀傷面積有很大關(guān)系，同時也與有效子彈發(fā)揮威力大小有關(guān)。

圖5 彈道傾角與子彈命中率曲線圖

圖6 彈道傾角與各分系統(tǒng)毀傷概率曲線圖

3 結(jié)論

1）基于混合編程思想開發(fā)的反航母子母彈毀傷效能評估仿真系統(tǒng)能有效、便捷的用于子母彈的毀傷效能評估；

2）子彈的落點近似呈橢圓狀，在母彈終點速度和拋撒高度一定的條件下，子彈下落所需的時間隨母彈終點速度減小而增大，各子彈落點間的距離也增大；

3）子彈命中率與母彈彈道傾角不是線性關(guān)系，隨著傾角的增大而先增大后減小。

[1]段豐安，王朝志，王輝，等.爆破子母彈戰(zhàn)斗部毀傷威力場研究[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2003（3）：37－44.

[2]Greenspon J E.Damage to structures by fragments and blast[R].BRL，Tech.Rept.，No.B－11，June 1971.

[3]譚守林，李新其，張大巧.子母彈對航空母艦的毀傷效果分析（Ⅱ）子母彈攻擊下航空母艦艦載機(jī)作戰(zhàn)保障系統(tǒng)毀傷效果分析[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2007（6）：6－7.

[4]徐文旭，唐雪梅，蒙源愿.導(dǎo)彈子母彈子彈拋撒彈道模型及數(shù)字仿真[J].宇航學(xué)報，2001，22（2）：75－76.

[5]賀金麗.地地導(dǎo)彈攻擊下航母易損性分析[D].北京：北京理工大學(xué)，2006.

[6]徐峰.子母彈毀傷效能仿真研究[D].北京：裝甲兵工程學(xué)院，2009.