預制破片彈對裝甲目標毀傷效能計算

2015-02-26 05:40:48吳正龍

兵器裝備工程學報 2015年5期

聶浩，吳正龍

(陸軍軍官學院，合肥 230031)

目前我軍各主戰火炮都配備了預制破片彈，預制破片具有形狀可控、分布密集、毀傷能力強等優點，在對付裝甲目標時其優點尤為明顯。然而，目前預制破片彈的毀傷計算研究相對滯后，基本沿用了自然破片彈的毀傷研究方法，沒有對預制破片彈特點進行分析研究，特別是沒有預制破片場的彈道性能進行專門研究。針對此問題，根據毀傷元特點，對預制破片彈毀傷效能進行計算研究。

根據自然破片戰斗部的經驗，除直接命中外，在正常炸目距離情況下，預制破片戰斗部的沖擊波對裝甲目標一般不會造成明顯傷害;另一方面，預制破片戰斗部頭部和尾部的自然破片毀傷效能低、散布大，對裝甲毀傷可也以忽略;因此，對付裝甲目標，預制破片是主要毀傷元。

1 破片場計算

1.1 破片速度

預制破片由炸藥爆炸形成的沖擊波驅動，影響速度的因素很多:質量、尺寸、裝藥量、相對位置等，一般用格尼公式計算破片速度［1］

式中:vo為破片初速;D0是炸藥格尼常數，用來描述炸藥性質，為無量綱常數;C為炸藥質量;M為戰斗部外殼質量。

對于預制破片彈，戰斗部頭部和尾部產生自然破片，預制破片僅存在于圓柱部，在計算預制破片速度時，炸藥、殼體質量按圓柱部部分計算。

戰斗部在彈道末端爆炸，預制破片受沖擊波驅動而產生速度，此時破片速度應考慮戰斗部的速度疊加，因此破片的速度 vfo為

式中:vz是戰斗部速度;ψ是戰斗部軸線與靜爆速度夾角。

1.2 破片速度衰減

由于空氣阻力的影響，破片在空氣中速度逐漸衰減，速度可由表示為

式中:vf是破片速度;Ca是空氣阻力常數;ρa是空氣密度;sf迎風面積;Rd是破片運動距離。

1.3 破片分布

戰斗部爆炸后，破片在空間呈球面分布，破片在戰斗部兩端分布較少，在戰斗部中間分布比較集中，一般以炸藥爆心為頂點，將包含90%破片的角稱為飛散角。破片飛散角Δψ=ψ1+ψ2，ψ1、ψ2為破片軸向兩端飛散方位角，其大小可以表示為

式中，γd為戰斗部外殼法線與彈軸夾角。

根據泰勒公式可得出破片速度方向與外殼法線夾角θo為

式中，γ0是炸藥爆轟波的陣面法線與彈軸夾角。

戰斗部在運動中爆炸時，考慮到戰斗部速度，破片飛散角需要在靜態飛散角基礎上加以修正，設動態飛散方位角為ψ'，則 ψ'為

由式(6)可得破片飛散區間為

1.4 破片密度

忽略重力影響，認為破片在戰斗部周向均勻分布，在軸向呈正態分布，則分布概率為

2 目標易損性分析

2.1 目標毀傷樹

以某型裝甲運輸車為例［2］，將該裝甲車看作一個系統，按照功能，將其劃分為外裝甲、底盤系統、牽引系統和通信系統、電氣系統、武器系統等系統，每個子系統包含若干要害部件(如圖1所示)。

圖1 裝甲車部分毀傷樹框圖

2.2 目標毀傷級別

按照毀傷不同部件對裝甲車輛的影響，將裝甲車輛毀傷分為M、F、K 3個級別:M級為裝甲車輛拋錨，不能行駛或行駛不受控制;F級為裝甲車輛武器或武器保障裝備受損，喪失火力;K級為裝甲車輛受重創，完全喪失作戰能力，沒有維修價值。

2.3 毀傷準則

部件毀傷準則是判用來斷部件是否毀傷的判據，毀傷準則描述了部件毀傷與毀傷元之間的相互關系，一般用毀傷函數表示，毀傷函數為

式中:pai為第i個部件受破片場作用而造成的毀傷概率;pi為部件受破片i作用而毀傷的概率，將在4.3節中加以說明;ni為第i個部件被擊中的破片數。

用同樣的方法計算目標其他部件的毀傷概率，目標總體毀傷概率可表征為

式中:pa為目標整體毀傷概率;n為目標所含部件數;ri為該部件毀傷貢獻系數，為描述部件毀傷在整體毀傷中所占權重，為無量綱常數。

3 交匯計算

分析破片與目標在空間交會，需考慮空間位置關系，因為破片飛行線路以及目標交匯比較復雜，在同一坐標系下建立模型計算比較困難;因此，根據需要，建立彈體坐標系、地面坐標系、目標坐標系，由于裝甲目標速度相對于破片飛行速度很低，可視裝甲目標為靜止，將地面坐標系和目標坐標系合并，并確立坐標系之間的轉換關系［3］。