羅 健，任 良，侯云輝

(西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所，西安 710065)

0 引言

關(guān)于典型反坦克火箭彈戰(zhàn)斗部在靜態(tài)下遭受破片打擊后的毀傷模式，文獻(xiàn)[1]進(jìn)行了較系統(tǒng)的分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。事實(shí)上，實(shí)際攔截中破片動態(tài)飛散區(qū)的變化、攔截系統(tǒng)的交會誤差等都會影響到最終的攔截效果。另外，來襲彈藥的引信類型和觸發(fā)部位大小對其毀傷模式也有很大的影響，而靜態(tài)試驗(yàn)中引信不作用就無法得到相關(guān)的驗(yàn)證。因此，引信對來襲彈藥毀傷模式的影響、攔截后的殘余破甲能力等必須通過動態(tài)攔截試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和分析。

文中針對動態(tài)攔截過程中來襲彈藥的毀傷情況，結(jié)合驗(yàn)證靶上的殘余侵徹深度，分析了來襲火箭彈的典型毀傷模式并對攔截效果進(jìn)行了評估。研究結(jié)果可為攔截參數(shù)的優(yōu)選、攔截彈藥的優(yōu)化設(shè)計以及攔截效能的評價提供參考。

1 研究方案

文中選擇圖1所示固定發(fā)射角度的攔截彈藥，其戰(zhàn)斗部形成傾斜向下的定向破片流場。來襲彈藥為某典型反坦克火箭彈，戰(zhàn)斗部主要由引信頭部、風(fēng)帽、內(nèi)錐罩、藥型罩、主藥柱、副藥柱和引信底部組成，如圖2所示。此彈藥采用壓電式引信，其導(dǎo)電系統(tǒng)回路見圖3。當(dāng)來襲彈藥正常撞擊目標(biāo)時，引信中的壓電晶體受壓產(chǎn)生電流，并通過導(dǎo)電回路使電雷管作用，從而起爆傳爆藥并進(jìn)一步引爆主藥柱，使藥型罩形成金屬射流對目標(biāo)進(jìn)行侵徹。

圖1 典型的破片攔截方式

試驗(yàn)現(xiàn)場布置示意圖見圖4。在一定距離處發(fā)射火箭彈，系統(tǒng)根據(jù)來襲彈藥彈道自動選擇攔截參數(shù)，適時發(fā)射攔截彈藥進(jìn)行攔截。高速錄像記錄攔截區(qū)域的交會情況以及火箭彈被破片擊中后的反應(yīng)，驗(yàn)證靶板記錄殘余侵深。

圖2 某典型反坦克火箭彈戰(zhàn)斗部基本結(jié)構(gòu)

圖3 壓電引信導(dǎo)電回路圖

1-雷達(dá) 2-攔截彈藥發(fā)射器 3-驗(yàn)證靶板 4-背景布 5-來襲彈藥發(fā)射器 6-高速錄像圖4 試驗(yàn)現(xiàn)場布置示意圖

2 毀傷模式分析

根據(jù)來襲彈藥的毀傷方式，其毀傷等級可分為：K級——來襲彈藥戰(zhàn)斗部被引爆或空中解體；C級——來襲彈藥偏航無法正常命中目標(biāo)。文中研究的是在5 m攔截距離處對來襲彈藥的毀傷模式，在此末端攔截情況下，即使來襲彈藥發(fā)生偏航，防護(hù)目標(biāo)也來不及閃避。因此，文中只涉及對來襲彈藥的K級毀傷。

在圖1所示攔截方式下，基于K級毀傷，典型反坦克火箭彈的要害件應(yīng)包括引信、風(fēng)帽+內(nèi)錐罩、藥柱+藥型罩，具體分析其在動態(tài)攔截下的典型毀傷模式，主要有以下幾種情況：

1)火箭彈解體。

2)引信瞎火。產(chǎn)生的原因主要是引信起爆電路出現(xiàn)斷路或短路現(xiàn)象。在密集破片打擊下，引信電路有可能被打壞，如引信底部被破壞，使導(dǎo)電回路斷開；由于火箭彈風(fēng)帽和內(nèi)錐罩面積大、間隙小，易被破片打穿閉合，使起爆電路短路。上述情況均可導(dǎo)致引信瞎火而無法正常作用，火箭彈只能撞擊目標(biāo)，戰(zhàn)斗部殘余裝藥的爆燃會對目標(biāo)產(chǎn)生一定的破壞[2]，火箭彈的威力會大大降低。

3)火箭彈被擊爆。分兩種情況分析，一是破片恰好擊中壓電引信頭部，在彈道末端已解除保險的情況下會導(dǎo)通電路使引信作用而起爆戰(zhàn)斗部。由于壓電引信頭部受彈面積小，所以發(fā)生此現(xiàn)象的概率較小。但對于采用碰炸開關(guān)類引信的反坦克導(dǎo)彈或火箭彈來說，碰炸引信受彈面積相對較大，在破片作用下能可靠導(dǎo)通[3]，使引信作用而起爆戰(zhàn)斗部。此時，若戰(zhàn)斗部裝藥和藥型罩未受損傷，則正常形成射流，對靶板的侵徹能力取決于大炸高下戰(zhàn)斗部的破甲性能；若戰(zhàn)斗部裝藥或藥型罩也同時受到損傷，則形成的射流會因橫向速度而變形[4]，其破甲性能大幅度下降。第二種情況是戰(zhàn)斗部裝藥直接被擊爆，無法正常形成射流，并且在較大炸高下，殘余破甲能力也會下降[5]。

4)未成功攔截，來襲彈直接命中靶板，對其形成正常毀傷。

從攔截效果看，1)是較理想的結(jié)果，來襲彈藥在距離坦克一定距離外已被徹底攔截，基本不會對坦克車輛本身造成損害；情況2)不會形成射流，但來襲彈可能撞擊坦克爆炸，對車輛和車內(nèi)人員的損傷程度與來襲彈藥裝藥量和撞擊感度有關(guān)；情況3)下戰(zhàn)斗部的破甲威力大幅度降低，能夠起到一定的防護(hù)效果，殘余破甲能力與來襲彈藥的大炸高性能、戰(zhàn)斗部裝藥和藥形罩受損的程度有關(guān)，具有隨機(jī)性；情況4)應(yīng)避免，可通過優(yōu)化攔截交會參數(shù)、優(yōu)化破片散布參數(shù)等措施提高攔截概率。

3 毀傷計算

3.1 破片初速與速度衰減

破片初速通常利用經(jīng)典Gurney公式估算。根據(jù)攔截彈藥的結(jié)構(gòu)特征，采用平板裝藥公式[6]計算靜態(tài)爆炸條件下破片初速，其表達(dá)式為：

(1)

若考慮攔截彈藥在空中的運(yùn)動速度vm，則在動態(tài)條件下破片的疊加速度為：

(2)

式中：φ為靜態(tài)爆炸條件下破片初速與彈軸夾角。

在忽略重力影響的情況下，破片飛行一定距離后的速度由下式計算[6]：

(3)

式中：CD為氣動阻力系數(shù)，對于規(guī)則矩形和菱形破片取CD=1.24；ρa(bǔ)為當(dāng)?shù)乜諝饷芏?kg/m3)；S為破片迎風(fēng)面積(m2)；mf為破片質(zhì)量(kg)；x為破片飛行距離(m)。

3.2 裝藥的引爆概率

破片作用在來襲彈藥裝藥部位產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波可能將其引爆，其引爆概率可由下式計算[6]：

(4)

(5)

(6)

式中：ρe為炸藥密度(g/cm3)；vb為破片碰靶時的速度(m/s)；ρm1為來襲彈藥外殼密度(g/cm3)；b1為來襲彈藥外殼厚度(mm)；ρm2為蒙皮金屬密度(g/cm3)；b2為蒙皮金屬厚度(mm)。

3.3 風(fēng)帽和內(nèi)錐罩閉合概率

風(fēng)帽和內(nèi)錐罩間的基本結(jié)構(gòu)為兩層薄鋁板夾空氣間隙。在破片貫穿過程中，風(fēng)帽隆起變形或撕裂破損后，均有可使風(fēng)帽和內(nèi)錐罩接觸閉合。破片擊穿風(fēng)帽的概率能，可用式(7)計算[6]：

(7)

實(shí)際上，風(fēng)帽被擊穿后的變形情況具有較大的隨機(jī)性，無法應(yīng)用具體公式計算。按照試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，風(fēng)帽和內(nèi)錐罩的閉合概率約為43.75%。

3.4 引信頭部電路的導(dǎo)通概率

具有一定速度的破片撞擊到引信頭部，當(dāng)作用到壓電晶體的壓力大于其可靠起爆壓力閾值時，壓電晶體將產(chǎn)生電流，導(dǎo)通電路，引爆裝藥。該反坦克火箭彈所用引信的壓電模數(shù)d33≥550×10-12C/N，計算其可靠起爆的最小壓力為2 072.7 N。破片對壓電晶體的壓力約為34 000 N，因此，破片撞擊引信頭部使電路導(dǎo)通的概率即為破片命中壓電晶體的概率?；诓此煞植?，密集破片流場中至少有一枚破片命中壓電晶體的概率為：

P=1-e-λ=1-e-s·v

(8)

式中：λ為命中破片數(shù)的數(shù)學(xué)期望；s為垂直于破片飛散方向的投影面積；v為破片散布密度。

3.5 火箭彈解體概率

當(dāng)高速破片流產(chǎn)生的高強(qiáng)度沖擊載荷大于火箭彈結(jié)構(gòu)元件發(fā)生斷裂所需的最小載荷時，火箭彈將發(fā)生結(jié)構(gòu)解體。破片流作用下的火箭彈可考慮成某處受力的懸臂梁，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，當(dāng)一次命中12枚破片即發(fā)生解體。因此，火箭彈發(fā)生解體的概率為：

(9)

3.6 火箭彈失效概率計算

各要害件的毀傷概率計算為：

(10)

式中：Pi為要害件i的毀傷概率；pk為要害件i命中k個破片的概率；G(k)為k個破片對要害件i的毀傷概率；λi為要害件i命中破片數(shù)的數(shù)學(xué)期望；si為要害件i垂直于破片飛散方向的投影面積；vi為破片散布密度；pi1為單板破片對要害件i的毀傷概率。

在攔截狀態(tài)下，火箭彈全長約900 mm，風(fēng)帽長約160 mm，引信頭部長20 mm，裝藥在破片飛散方向的投影面積約4 370 mm2；單枚破片質(zhì)量1.5 g，侵徹速度約1 300 m/s，破片流場散布密度393枚/m2。計算火箭彈的失效概率見表1。

表1 火箭彈失效概率計算結(jié)果

4 試驗(yàn)驗(yàn)證及效果評估

4.1 典型攔截試驗(yàn)驗(yàn)證

通過對高速錄像和驗(yàn)證靶穿深數(shù)據(jù)的分析，得到動態(tài)攔截下反坦克火箭彈的實(shí)際毀傷模式：

1)彈藥解體。從圖5高速錄像截屏可明顯看出，在密集破片作用下，火箭彈戰(zhàn)斗部從發(fā)動機(jī)連接處斷開，且風(fēng)帽與戰(zhàn)斗部也產(chǎn)生分離。彈藥解體后，殘體繼續(xù)向前飛行直至撞擊到靶板，形成輕微的撞痕，且部分裝藥噴撒于靶板上，沒有發(fā)生爆炸。

2)引信瞎火。在圖6中，來襲火箭彈被破片擊中后沒有發(fā)生爆炸，結(jié)構(gòu)相對完整，飛行姿態(tài)也未受到影響，但風(fēng)帽發(fā)生了明顯變形。彈體撞擊到靶板后爆炸，靶板上有明顯的撞擊痕跡和少量藥沫，無射流作用痕跡。說明火箭彈風(fēng)帽與內(nèi)錐罩被破片打穿閉合，起爆電路短路失效；在較高速度(約250 m/s)下撞擊靶板后，裝藥發(fā)生爆炸，但此時前部的藥型罩已經(jīng)受撞擊嚴(yán)重變形，無法形成射流。

圖5 來襲彈藥解體

圖6 來襲彈藥引信瞎火

圖7 來襲彈藥被擊爆且無殘余穿深

3)彈藥被擊爆，靶板上無殘余穿深。來襲火箭彈被破片擊中后，圖7中又出現(xiàn)了一團(tuán)新的較大火光，表明火箭彈被擊爆。驗(yàn)證靶上無射流穿痕，只有發(fā)動機(jī)等殘體撞擊的輕微痕跡。

4)彈藥被擊爆，靶板上有散亂的殘余穿深。來襲火箭彈被擊爆后，發(fā)動機(jī)及彈尾機(jī)構(gòu)等殘體繼續(xù)向前飛行，撞擊靶板后沒有產(chǎn)生二次爆炸；靶板上只有大片散亂的殘余射流侵徹痕跡，平均深度約為10 mm，見圖8。

在此種情況下，來襲火箭彈有兩種毀傷模式：一是戰(zhàn)斗部裝藥被擊爆，在橫向速度及大炸高情況下，射流出現(xiàn)斷裂；二是引信被擊中作用，同時裝藥或藥型罩受損，無法形成正常射流。兩種情況下，殘余射流對靶板的損傷均很小。

圖8 來襲彈藥被擊爆且形成殘余射流痕跡

5)引信頭部被擊中后作用，戰(zhàn)斗部其余部位未受損傷且正常形成射流。此時，相當(dāng)于來襲火箭彈在大炸高(約3 m)情況下對靶板進(jìn)行侵徹，侵徹深度約為60 mm，見圖9。在試驗(yàn)條件下，來襲火箭彈對靶板的正常侵徹深度約為220 mm，表明此毀傷模式使火箭彈的破甲威力下降約73%。因此，該毀傷模式也會對坦克車輛產(chǎn)生明顯的防護(hù)效果。

圖9 來襲彈藥引信被擊中作用

6)來襲彈藥未被有效攔截。如圖10，火箭彈未被擊爆，且結(jié)構(gòu)完整，飛行姿態(tài)也未發(fā)生變化，撞擊靶板后爆炸，對靶板形成正常侵徹，侵徹深度約為220 mm。

圖10 來襲彈藥未被有效攔截

4.2 攔截效果評估

圖5屬于毀傷模式1)，也就是來襲火箭彈被擊解體，且未發(fā)生爆炸，只有殘體對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)撞擊，假使部分裝藥會發(fā)生爆燃，對目標(biāo)也基本不構(gòu)成損傷，屬于理想的攔截效果。此模式與來襲彈藥的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及破片打擊的部位有關(guān)。

圖6屬于毀傷模式2)，當(dāng)引信瞎火后，來襲彈藥起爆電路無法正常作用，撞擊目標(biāo)后會發(fā)生爆炸，但不能形成射流。此模式可能會對車輛外部探測裝置等形成一定損害，但對人員及坦克車輛自身不構(gòu)成重大威脅，其攔截效果也較好。

在毀傷模式3)來襲彈藥被擊爆后，根據(jù)毀傷的程度和部位不同，對目標(biāo)可形成圖7、圖8及圖9三種不同的損傷形式。其中圖7在一定距離外被徹底攔截，除了殘體輕微撞擊外，不會對目標(biāo)構(gòu)成損傷，屬于最理想的攔截效果；圖8、圖9兩種形式雖然形成了射流，對目標(biāo)有一定的損傷，但由于部件受損及在大炸高條件下，來襲彈藥威力已大大降低，不會對坦克車輛形成重大毀傷。

圖10屬于毀傷模式4)，表明攔截失敗，來襲彈直接作用到目標(biāo)上，可能會對目標(biāo)造成致命毀傷。

需要說明的是，除了毀傷模式4)，其他幾種毀傷模式在破片流場的作用下，并不會單一出現(xiàn)，而最有可能是幾種模式聯(lián)合出現(xiàn)，這樣就會進(jìn)一步增強(qiáng)攔截效果。而且，上述幾種毀傷模式及攔截效果對其他類型的反坦克導(dǎo)彈和火箭彈同樣適用。

5 結(jié)論

通過對某典型反坦克火箭彈在動態(tài)攔截下毀傷模式的分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，可以得到以下結(jié)論：

1)在交會參數(shù)保持一致的情況下，來襲火箭彈的毀傷模式具有隨機(jī)性，其中結(jié)構(gòu)解體、裝藥被徹底擊爆屬于較理想的模式；其他幾種模式也會使來襲彈藥威力大幅度降低。

2)在系統(tǒng)解算正確的情況下，裝藥被擊爆、風(fēng)帽和內(nèi)錐罩被擊閉合使引信瞎火屬于大概率事件，火箭彈解體的概率較小，引信頭部電路被擊使引信提前作用的概率極小。

3)來襲彈藥引信的作用方式及其觸發(fā)部件尺寸的大小和分布對毀傷模式有較大的影響。

4)來襲彈藥的殘余侵徹能力隨攔截距離的增加會急劇下降，因此，適當(dāng)增大攔截距離將有利于提高系統(tǒng)的攔截效果，減少殘余損傷。