基于虚拟模型的目标易损性／战斗部威力评估方法

随着计算机技术的发展及军事需求的增长，目标易损性／战斗部实战威力（V/L）的仿真评估方法研究，已经从简单的战斗部威力参数评估发展到实战毁伤威力的仿真模拟，评估目标也从简单的简化目标发展到复杂的三维目标。但是，采用目前的传统评估技术和方法仍难以实现目标三维模型的描述，以及弹目交会作用结果的精确分析。因此，有必要结合计算机仿真技术及高精度目标毁伤评估技术，研究新的目标毁伤评估方法，为目标毁伤／战斗部威力的高精度评估奠定基础。     

子母战斗部对大型舰船毁伤评估

对于采用子母弹对大型水面舰船的毁伤效率评估，存在相当大的难度，为对子母战斗部的攻击航母毁伤评估提供—个快速、初步的结果，本文通过对航母目标的易损性分析，将子母战斗部对舰船的毁伤评估模型进行了适当的模型简化，建立毁伤评估模型。     

杆条类杀伤元素终点毁伤威力

动能杆反导战斗部作为新型的反导战斗部，在国外得到了广泛关注，动能杆战斗部的反导威力评估研究中，大长径比杆条杀伤元素的终点毁伤能力分析是关键内容之一。相对于传统破片及长杆穿甲弹的穿甲过程，动能杆反导的终点毁伤杀伤元素质量大（一般为几十至几百克）、长径比大（高达10以上）、散布密度高（每平方米可高达几十枚杀伤元素）、着靶速度高（弹目相对速度高达3-4km/s）、着靶姿态复杂（存在较大的着角及攻角）及存在多层靶毁伤等特点，建立准确的动能杆类杀伤元素的终点毁伤威力评估模型，对于实现战斗部反导威力的高精度评估有着重要的意义。     

基于数值计算结果的破片战斗部威力仿真方法

建立了包含数值方法和分析方法的威力仿真方法。考虑数值计算的规模和复杂度，采用爆轰计算获得初始时刻破片场，利用分析方法描述破片飞散和破片作用目标的过程。采用该威力仿真方法，实现了对破片场形成、破片飞散、破片作用目标的全过程描述。数值计算采用LS-DYNA软件，为了获得战斗部初始时刻破片场，开发了接121处理程序。利用分析方法，建立了破片飞散和破片毁伤性能评估模型，飞散模型中考虑空气阻力等因素的影响，破片毁伤性能评估模型中采用THOR方程预估破片剩余速度、剩余质量和最大穿透厚度，从而获得破片弹道、破片威力参数和破片对靶板的毁伤效果。通过对虚拟靶板上命中破片进行统计，计算出破片命中靶板密度分布和破片飞散角分：布，完成破片战斗部威力仿真试验。在威力仿真方法的基础上，建立了系统仿真模型（图1）。采用面向对象的Visual Studio．NET编程语言，实现威力仿真软件的编码。     

序贯起爆参数对定向战斗部毁伤效能的影响

为提高定向战斗部的毁伤效能,明确序贯起爆参数对定向战斗部毁伤效能的影响,运用LS-DYNA有限元程序,采用破片速度差累加和飞散角累加的方法,研究了不同序贯起爆参数下破片初始威力参数,利用毁伤概率法,计算了不同序贯起爆参数下战斗部对地面军用车辆的毁伤效能。结果表明:起爆线个数和起爆线夹角主要影响破片速度大小,起爆延时时间主要影响破片速度大小和飞散角正负占比。相对于偏心一线和三线序贯起爆,偏心两线序贯起爆在落高为7～9 m时有7.5～25.0 m²的毁伤面积。当起爆线夹角由30°增大到120°,落高为4～8 m时,战斗部对地面军用车辆的毁伤面积降低3.9%～60.3%。序贯起爆的延时时间由零增加到0.75倍的相邻起爆点间爆轰波传播时间,落高为4～8 m时,战斗部的毁伤面积增加8.4%～87.2%。当起爆方式采用偏心两线序贯起爆,起爆线夹角取30°～60°,延时时间取0.50～0.75倍的相邻起爆点间爆轰波传播时间时,破片战斗部对地面军用车辆目标具有较好的毁伤效能。     

切割式双模战斗部毁伤元成型及侵彻钢靶特性研究

 基于60 mm弧锥结合罩爆炸成型弹丸（EFP）装药,设计了一种在药型罩前适当位置安装可抛掷的十字形网栅的切割式双模战斗部结构,其具有生成单个EFP或者多爆炸成型弹丸（MEFP）的功能;根据目标属性,可选择性地改变战斗部的毁伤元成型模式,实施最有效的打击。利用LS-DYNA程序,对两种模式毁伤元成型及侵彻45钢靶过程特性进行了数值模拟,模拟结果与地面静爆实验结果吻合较好。研究表明,该战斗部形成的单个EFP能贯穿25 mm厚45钢靶,可有效打击重装甲目标;经网栅切割后能形成5片具有一定质量和方向性、可贯穿6 mm厚45钢靶的EFP破片,显著提高了对轻装甲目标的毁伤概率。     

可变形定向破片战斗部在不同展开模式下的性能数值模拟

为使战斗部具有多种定向毁伤模式并实现一定程度上的可控毁伤,提出了一种扇形装药的可变形定向破片战斗部,该战斗部可实现轴向展开和侧向展开2种模式。采用AUTODYN软件进行破片场的数值模拟。首先,基于战斗部单元体分析获得了距离轴心25 mm处的最佳起爆点位置;其次,对整个战斗部进行分析,在轴向展开模式下分析了轴向展开角度对破片飞散速度、破片数目和破片空间分布的影响,发现轴向展开角在60°～75°范围内毁伤效果较佳;最后,在侧向展开模式下分析了整个战斗部的破片速度和破片空间分布情况,结果表明破片具有明显的定向飞散特性。     

非金属壳体低附带战斗部实验与破片飞散分析

为了研究低附带战斗部的非金属破片飞散特性,结合某低附带杀伤战斗部静爆威力实验,对战斗部爆炸产生的非金属破片初速以及速度衰减情况进行了分析。基于能量守恒得到了包含壳体结构和材料强度因素的破片初速公式;基于破片在空气中飞行运动情况的分析,通过对球形破片阻力公式和等效面积进行修正,得到了非金属自然破片的速度衰减规律。所得结果较好地解释了战斗部静爆实验中的破片终点效应情况,亦可为该类战斗部破片毁伤效应评估提供一种分析方法。     

展开式定向战斗部展开过程实验研究北大核心CSCD

展开式定向战斗部具有较高的破片利用率,对该类型战斗部的研究有助于提高空空导弹的终端毁伤威力。基于展开式定向战斗部的工作原理和结构,设计加工了原理样机,并将其用于实验。利用高速摄影技术对该战斗部的展开过程进行记录。结果表明,所设计的展开式定向战斗部的原理样机展开过程符合理论预期,增加驱动药的装药量可以有效缩短战斗部的展开时间。另外,外部装药槽中的驱动药多于内部装药槽的加载方式更有利于各主装药的同步展开,还可以有效降低起爆触发系统的设计难度。     

展开式定向战斗部展开过程实验研究

展开式定向战斗部具有较高的破片利用率,对该类型战斗部的研究有助于提高空空导弹的终端毁伤威力。基于展开式定向战斗部的工作原理和结构,设计加工了原理样机,并将其用于实验。利用高速摄影技术对该战斗部的展开过程进行记录。结果表明,所设计的展开式定向战斗部的原理样机展开过程符合理论预期,增加驱动药的装药量可以有效缩短战斗部的展开时间。另外,外部装药槽中的驱动药多于内部装药槽的加载方式更有利于各主装药的同步展开,还可以有效降低起爆触发系统的设计难度。     

起爆方式对复合战斗部毁伤输出的影响

为了进一步提高复合战斗部的毁伤输出效率,基于一种可形成聚能侵彻体、预制破片和自然破片3种毁伤元的破甲杀伤复合战斗部结构,应用LS-DYNA数值仿真软件,研究了起爆点位置、起爆直径和起爆点数量对复合战斗部各毁伤元成型和能量输出的影响,讨论了实现战斗部毁伤威力可调的技术路径。结果表明:起爆点距药型罩越远、数量越多、起爆直径越大,由药型罩形成的聚能侵彻体的头部速度越高,头尾速度差和长径比越大,速度增益最高可达50%,可以实现爆炸成型弹丸(EFP)到聚能杆式侵彻体(JPC)转换;在装药内部轴线阵列多点起爆时,聚能侵彻体的成型基本仅与离药型罩最近的起爆点有关。对于预制破片,装药高度60 mm(P2)处起爆速度最快,增加起爆点数量和增大起爆直径可以有效提高预制破片的最高速度,但整体上最低速度仍在600 m/s上下波动,变化并不显著。对于壳体形成的自然破片,以平均速度来表征时,整体变化并不明显,速度增益不足10%,但合理的起爆方式可使壳体断裂形成的自然破片更均匀,有利于调整破片质量分布。通过控制起爆方式可在一定程度上实现复合战斗部毁伤威力可调,但对于破片速度的调控仍需进一步研究。     

高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏

高功率电磁脉冲干扰甚至损毁无人飞行器是应对小型无人飞行器威胁的一种非常有效的办法,高功率电磁脉冲对无人机系统进行干扰和毁伤主要通过前门耦合和后门耦合的方式。完成了高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏实验,完成了无人机在电磁脉冲源毁伤作用下的目标易损性分析,根据毁伤效果将高频电磁脉冲对无人飞行器毁伤等级分为三级,即干扰级、毁伤级、失效级。分析了电磁脉冲作用的主要目标元件,结果表明,无人飞行器最有可能受干扰的部分为接收机和电子调速器。在相关研究和实际应用时,应着重研究电磁脉冲对无人飞行器的接收机和电子调速器的毁伤破坏,根据接收机和电子调速器内部的电路结构来确定毁伤最佳频率。     

飞机目标在爆炸冲击波作用下的毁伤效应评估方法

从飞机结构强度设计角度出发,研究了大当量爆炸冲击波作用下飞机目标毁伤效应评估方法。根据飞机结构强度设计准则,确定了典型飞机目标的失效判据。通过有限元分析,获得了典型飞机目标机翼在均布冲击波作用下完全失效的超压值,与试验数据对比表明,该方法具有较好的合理性。在此基础上,考虑动态加载下的结构响应,通过计算不同工况下飞机目标失效的超压值和相应的持续时间,获得了飞机失效的冲击波超压-冲量准则,为后继冲击波对飞机整体毁伤效应评估提供了更为合理的方法。     

基于头罩结构改进的航空炸弹毁伤威力提升技术

在不改变原型航空炸弹的质量特性和其他舱段功能特性的前提下,为有效利用航空炸弹的辅助舱段头罩,改进设计头罩成为内部装配破片的新结构,通过隔舱战斗部实现头罩破片的有效加载,毁伤面积提高20%以上,加强了航空炸弹对于理论落点和炸点投影点周围地面目标的有效打击。     

爆炸驱动动能杆定向抛撒散布试验

动能反导技术作为新型的反导技术，原理是在拦截弹和目标的相对速度方向上，抛射出大量动能杆条毁伤目标。其核心技术之一就是动能元素的抛撒，特别是定向抛撒。国外研究一般集中针对既定抛撒装置结构的杆条抛撒结果验证性报道，缺乏对杆条抛撒影响因素的详细研究。本文提出了采用周向弧形状药选择区域爆炸驱动中心杆条束定向侧向飞散的动能扦定向抛撒装置方案，设计不同结构参数的杆条定向抛撒装置的试验，研究抛撒结构参数对动能杆的驱动特性影响规律，为新概念反导战斗部设计提供技术帮助。     

高能激光武器目标打击的多物理场系统仿真

由于高能激光武器破坏目标的瞬时性、反应的复杂性以及测试成本高昂,使得通过实验评估激光武器的毁伤威力具有很大难度,因此,通过数值模拟的方法对其毁伤威力进行建模仿真可以有效评估其攻防性能。在计算温度场时考虑了相变情况下材料导热率的变化以及材料熔化时熔化潜热对温度场的影响,建立了相应的位移场、应力场数理模型并进行模拟。将多物理场模型整合到仿真系统中,对激光武器打击目标的过程进行了系统仿真,模拟出不同工况下高能激光武器对目标的毁伤效果。仿真结果表明,激光辐照Al材料3.01 s时,激光实时功率密度为0.930 8 W/cm2,材料外壁面温度达到600℃,内壁面温度为352.522℃,此时材料表面刚刚达到熔化,但其所受应力已使材料发生脆性断裂,材料已被破坏。     

一体式多爆炸成型弹丸的成型及侵彻性能

为了提高一体式多爆炸成型弹丸(MEFP)的成型效果及侵彻能力,通过数值模拟分析了药型罩形状及壁厚、壳体厚度、起爆方式、破片支架对其成型及速度的影响,在此基础上给出了一种一体式MEFP战斗部,通过实验验证了该一体式MEFP战斗部结构的成型、散布特征及侵彻性能。结果表明:该战斗部可形成17枚聚能杆式弹丸(JPC),且单个JPC形状、飞行方向稳定,飞散角为14.5°,与实验结果14.8°吻合良好;该MEFP战斗部可对12mm厚的603装甲钢靶板造成有效毁伤。     

高速侵彻复杂介质的实时测定

智能硬目标侵彻武器是攻击深埋地下或有其他防护层的军事目标的重要武器，设计目标是在确定介质目标的最佳深度引爆弹头，达到最佳的毁伤效能。硬目标侵彻武器引信功能的实质，就是收集到弹体侵彻这些介质的充分信息，并在此基础上做出适时起爆的决定。     

不同起爆方式对含铝炸药水中爆炸近场冲击波压力的影响

 采用SJZ-30和GSJ-15型高速扫描相机,对端面点起爆、侧边点起爆和中心点起爆方式下,HLZY-1含铝炸药水中爆炸近场冲击波传播过程进行了实验观测,通过数字化方法得到了炸药近场冲击波沿狭缝方向的扫描曲线和冲击波压力变化曲线。研究表明,起爆方式对炸药水中爆炸初始冲击波峰值压力以及近场冲击波峰值压力的衰减有重要的影响。研究结果可以为水中兵器战斗部的设计以及毁伤效能评估提供参考。     

高能激光武器的杀伤机理及主要特性分析

从高能激光武器的基本概念、组成和作战过程出发，分析了高能激光武器这种处于发展中的新慨念武器在工作原理、毁伤目标的过程和毁伤目标的机理等方面与传统常规武器的不同，以及它所具有的主要特性。