反航母子母彈毀傷效能評估仿真系統開發＊

李向榮，徐 峰，李勝云

（1裝甲兵工程學院，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和面目標的打擊[1]。設計前級為破甲后級為殺爆式串聯子母彈主要用于封鎖航母，子彈落在甲板上，前級破甲戰斗部立即被引爆形成射流，在甲板上擴孔，使后級殺爆式戰斗部隨進一段后固定在甲板上，當甲板上飛機起飛或有人員走近時被引爆，實現封鎖目的[2]。該串聯式戰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域內的子彈數以及子彈落點位置。

1 系統功能模塊設計

毀傷評估仿真系統主要由5個主要子模塊構成[3－4]，各個子模塊之間的關系以及系統仿真流程如圖1所示。

1）母彈拋撒點參數模塊：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，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。這些參數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點彈道模型，用于確定子彈在任意時刻三維空間內子彈運行軌跡，并最后確定子彈在航母甲板上的最終落點。

圖1 仿真系統模塊組合圖

3）航母結構參數模塊：該模塊主要是建立目標特征模型，該仿真系統中是簡化的航母組件式二維數字化模型[5]，將各個關鍵系統投影到航母甲板上，并向主系統提供航母各個關鍵系統的位置參數等。

4）子彈參數模塊：該模塊是用于確定子彈威力場，例如子彈的初始結構特征參數包括質量、裝藥量、彈體形狀等。

5）主計算系統模塊：該模塊是整個仿真系統的核心，它主要實現兩方面功能：第一，完成各程序間的結合、調用以及不同毀傷模式的選取；第二，依照建立的毀傷評估準則，對毀傷結果進行分析處理，進一步進行效能評估。

2 仿真運算及結果分析

2.1 運算流程

基于上述模塊化思想，利用Matlab軟件和VC＋＋軟件進行混合編程，實現子母彈對航母目標毀傷評估仿真系統開發。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，而系統界面以及主系統模塊是采用VC＋＋。基于篇幅考慮，關于母彈拋撒、子彈降落彈道方程解算等實現方法與過程見參考文獻[6]，這里主要介紹該系統的運算流程并給出運算實例。

該仿真評估系統的輸入參數是彈目初始條件，包括母彈彈道參數、母彈結構參數、子彈戰斗部結構參數、目標特性參數和彈目交匯初始參數等；輸出是毀傷效應參數值或目標毀傷等級，可以用曲線形式給出毀傷效應參數隨初始條件的變化規律，能對任意初始彈目條件下的毀傷情況進行評估。

母彈彈道參數及結構參數輸入界面如圖2所示。在正確輸入彈道參數及子彈參數的前提下，點擊圖2界面中的“下一步”，可出現如圖3所示的界面，將輸入的參數按照Matlab中程序的格式輸出，以便于調用。進行仿真運算時，先點擊菜單欄中的“調用Matlab引擎”打開Matlab軟件，Matlab軟件可以顯示或隱藏；然后點擊“執行運算結果”，將前面輸入的各種參數全部傳送到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。輸出完畢后可關閉Matlab并點擊“完成”退出。

圖2 彈道參數界面

圖3 Matlab形式參數

2.2 仿真實例結果分析

1）落點分布

彈頭主要技術參數和拋撒參數如下：假設母彈中子彈數目為30顆，在母彈中分3層分布，最內層分布5個，其他各層比次內層多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，目標中心與地面坐標原點之間距離L＝160m，當t＝0時，vx＝vx0，vy＝vy0，x＝x0，y＝y0。子彈直徑為76mm；子彈質量為7.8kg；對彈道方程進行積分后，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[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、空氣動力學參數的變化密切相關。

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

假設子彈從拋撒到擊中航母這段時間內航母位置沒有明顯變化。當子彈數為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°達到了最大值約55%左右。從圖6可以看出航母各分主要系統（根據目標特性分析，將航母甲板分為助飛系統、停機區、阻攔系統、指揮系統等4大功能子系統）的毀傷概率，除指揮系統一直沒有變化、升降系統在81.5°左右有一個突增外，其他三個系統都有一個增加到下降的過程，這不僅與有效子彈數增加有關，而且與有效子彈毀傷面積有很大關系，同時也與有效子彈發揮威力大小有關。

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毀傷概率曲線圖

3 結論

1）基于混合編程思想開發的反航母子母彈毀傷效能評估仿真系統能有效、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.爆破子母彈戰斗部毀傷威力場研究[J].戰術導彈技術，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作戰保障系統毀傷效果分析[J].戰術導彈技術，2007（6）：6－7.

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

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

[6]徐峰.子母彈毀傷效能仿真研究[D].北京：裝甲兵工程學院，2009.