線列式戰斗部對目標結構毀傷效應研究

【裝備理論與裝備技術】

線列式戰斗部對目標結構毀傷效應研究

王寶成1，程淑杰2，梁爭峰2，阮喜軍2

(1.海軍裝備部駐西安導彈發動機專業軍事代表室， 西安710054； 2.西安近代化學研究所， 西安710065)

摘要：通過理論分析和數值模擬的方法，對線列式破片戰斗部對導彈目標的結構毀傷效應進行研究，并和聚焦戰斗部進行了對比分析；結果表明：導彈目標的危險斷面的最大應力和剩余強度與破片穿孔和破片穿孔分布有關。線列式破片戰斗部作用后導彈模擬艙體比聚焦戰斗部作用后的模擬艙體危險斷面的最大應力值提高了約19%，剩余強度系數相比減小了約15%，線列式破片戰斗部對目標的結構毀傷效果優于聚焦戰斗部。

關鍵詞：線列式戰斗部；結構毀傷；導彈易損性；應力集中；剩余強度

收稿日期：2015-03-24

作者簡介：王寶成(1962—)，男，碩士，高級工程師，主要從事艦炮及導彈技術研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.06.004

中圖分類號：TJ760

文章編號：1006-0707(2015)06-0015-04

收稿日期：2014-12-22

基金項目：裝甲兵工程學院創新基金(2012CJ047)

收稿日期：2014-12-14

項目基金

本文引用格式：王寶成，程淑杰，梁爭峰，等.線列式戰斗部對目標結構毀傷效應研究[J].四川兵工學報，2015(6):15-17.

Citation format:WANG Bao-cheng, CHENG Shu-jie, LIANG Zheng-feng, et al.Study on Structure Damage Effect of Target for Linear Distribution Fragmentation Warhead[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(6):15-17.

Study on Structure Damage Effect of Target for Linear

Distribution Fragmentation Warhead

WANG Bao-cheng1, CHENG Shu-jie2, LIANG Zheng-feng2, RUAN Xi-jun2

(1.Military Agency in Naval Xi’an Missile Engine Department, Xi’an 710054, China;

2. Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an 710065, China)

Abstract:The structure damage effect of missile for linear distribution fragmentation warhead was studied by theoretic and simulation method, and compared it with fragment focusing warhead. The results show that the maximum stress and residual strength coefficient of target are related to fragment perforation and its distribution. The maximum stress of the missile attacked by linear distribution fragmentation warhead is 19% higher, and the residual strength coefficient is 15% lower than the missile attacked by fragment focusing warhead. The damage effect linear distribution fragmentation warhead is superior to the fragment focusing warhead.

Key words: linear distribution fragmentation warhead; structure damage; missile vulnerability; stress concentration; residual strength

空中目標的速度一般都比較快，機動性較強、導彈與目標直接撞擊的可能性很小，所以，殺傷型戰斗部是防空導彈通常采用的戰斗部形式。

半個世紀以來，根據目標特性的變化，防空導彈戰斗部已經從單一防空向反導兼顧防空轉變。殺傷戰斗部對導彈目標的毀傷形式主要為功能毀傷和結構毀傷，前者立足于對目標要害部位功能的破壞，如引燃或引爆戰斗部等的引燃或引爆等；后者立足于對目標各種構成部件的毀傷，使部分結構從目標主體上分離，造成目標結構失效。

由于目前巡航導彈大都采用低易損性裝藥，李晉慶[1]等通過戰斗部所產生的幾種不同形狀的破片對不同模擬戰斗部的作用，研究了模擬戰斗部在不同的打擊動能和沖擊波超壓條件下的毀傷情況，發現僅靠沖擊波超壓幾乎不能毀傷如巡航導彈這樣的戰斗部，常規戰斗部也很難引爆巡航導彈戰斗部。宋浦[2]等利用某型桿式戰斗部對帶防護的柱殼裝藥模擬靶進行了易損性毀傷實驗研究，針對離散桿式破片毀傷和沖擊波超壓毀傷的實驗結果進行了毀傷效應分析，發現離散桿式破片和沖擊波超壓引爆帶防護的柱殼裝藥較難。

而導彈目標受結構毀傷后，彈體碎片在高速飛行中必然會偏離原來軌道。意大利OTOBreda公司進行的研究表明，當導彈距目標需飛行2～4.5 s時，由于作戰引起導彈內部的各種電子故障將導致任務失敗的可能性是99%。因此，從結構毀傷考慮，用密集的殺傷破片群使其解體的毀傷機制是今后破片殺傷戰斗部的發展趨勢。

本文通過理論分析的方法對破片穿孔的應力集中效應對導彈剩余強度的影響進行了研究，并通過數值模擬的方法，得到線列式戰斗部作用后導彈模擬艙體危險斷面應力和剩余強度系數，并和聚焦戰斗部進行了對比分析。

1剩余強度

1.1應力集中

導彈被破片命中后的影響主要體現為截面面積的減小和穿孔周圍的應力集中。由于破片穿孔對目標的截面面積影響有限，導彈目標剩余強度主要受破片穿孔應力集中的影響，顯然應力集中效應越顯著，導彈的剩余強度越小。

對目標引起的毀傷，由作用在目標上的破片穿孔共同造成，因此，目標的剩余強度必須與穿孔個數、分布相聯系。導彈殼體被破片穿透后可類比帶孔平板，對帶孔平板力學性能的研究可為反導導彈戰斗部的設計提供參考。研究表明[3]，在純彎時，穿孔越多應力集中越顯著，而且相對孔矩(相鄰孔圓心間距與為圓孔直徑比值)越小，環向應力越大。因此，為加強導彈目標命中破片后的應力集中現象，應盡可能減小破片穿孔間隙，增大命中個數，即增大命中密度。

1.2剩余強度系數

檢驗導彈結構強度的方法，一般采用靜力實驗，即模擬導彈實際受載情況，用靜力法逐漸加載，直至結構破壞。使導彈結構剛好破壞時所加的載荷稱為“破壞載荷”，在實際使用中，當作用在導彈上危險斷面的最大應力σm越接近材料的屈服極限σb，導彈結構越容易被破壞，通常用強度剩余系數表示。

導彈強度剩余系數為導彈材料的強度極限σb與戰斗部在載荷作用下危險斷面的最大應力σm的比值[3]，用η表示，即

(1)

強度剩余系數越小，目標在空氣動力學因素或爆炸沖擊波條件下的越容易解體。

2線列式破片戰斗部

線列式破片戰斗部[4-5]克服了聚焦戰斗部對目標“帶切割”的缺點，能夠對目標形成線列式穿孔，從而對高速飛行的導彈等目標實施“線切割式”高效結構毀傷。線列式破片戰斗部在極大程度上減小了破片穿孔間隙，增大了破片命中密度，受線列式破片戰斗部作用后目標應力集中效應更為顯著，剩余強度更低。

線列式破片戰斗部破片穿孔照片如圖1所示，對導彈模擬靶的毀傷效果如圖2所示。

圖1　線列式破片戰斗部破片穿孔照片

圖2　線列式破片戰斗部對導彈模擬靶的毀傷效果

3數值模擬研究

3.1有限元模型

利用ANSYS軟件對受線列式破片戰斗部作用后導彈艙體剩余強度進行分析。模擬導彈艙體外形為Φ400 mm×800 mm，壁厚6 mm，艙體材料為45#鋼。通過建模在模擬艙體上打孔，用于模擬線列式破片戰斗部對導彈艙體的作用，如圖3所示。同時建立受聚焦戰斗部作用后導彈艙體模型，如圖4所示。兩模型破片穿孔大小相等，數量相同。

在模擬艙體一端施加彎矩，用于模擬導彈艙體分別受聚焦戰斗部和線列式戰斗部作用后，在爆炸沖擊波或空氣動力學作用，并對其穿孔周圍最大剩余強度進行分析。

3.2數值模擬結果

受線列式戰斗部作用后導彈模擬艙體數值模擬結果如圖5所示，在彎矩作用下危險斷面的最大應力為σm=567 MPa，45#鋼的強度極限σb=598 MPa，強度剩余系數為1.05。

圖3　線列式戰斗部作用后模擬艙體模型

圖4　聚焦戰斗部作用后模擬艙體模型

圖5　受線列式破片戰斗部作用后剩余強度

受聚焦戰斗部作用后導彈模擬艙體數值模擬結果如圖6所示，數值模擬結果表明，在彎矩作用下危險斷面的最大應力為σm=487 MPa，45#鋼的強度極限σb=598 MPa，強度剩余系數為1.23。

圖6　受聚焦破片戰斗部作用后剩余強度

3.3討論

數值模擬結果表明，模擬艙體的危險斷面的最大應力和剩余強度與穿孔其分布有關。與聚焦戰斗部作用后的模擬艙體相比，線列式破片戰斗部作用后導彈模擬艙體危險斷面的最大應力值提高了約19%，剩余強度系數相比減小了約15%，線列式破片戰斗部對目標的結構毀傷效果優于聚焦戰斗部。這是由于線列式破片戰斗部通過合理的戰斗部設計，實現了破片穿孔在目標上線性分布，提高了破片命中密度，減小了破片穿孔間隙。與理論分析一致。

4結論

導彈目標的危險斷面的最大應力和剩余強度與破片穿孔和破片穿孔分布有關[5-10]。線列式破片戰斗部作用后導彈模擬艙體比聚焦戰斗部作用后的模擬艙體危險斷面的最大應力值提高了約19%，剩余強度系數相比減小了約15%，線列式破片戰斗部對目標的結構毀傷效果優于聚焦戰斗部。

參考文獻：

[1]李晉慶，胡煥性．不同破片對模擬戰斗部的毀傷實驗研究[J]．火炸藥學報，2004，27(1)：26-29.

[2]宋浦，余建斌，梁安定，等．桿式戰斗部對柱殼裝藥的毀傷實驗研究[J]．含能材料，2004，12(4)：249-251.

[3]曲焱喆，蓋秉政，吳佳．多孔彈性平板彎曲或扭轉的應力集中[J]．南京理工大學學報，2006，30(6)：701-704.

[4]熊曉莉,黃誠,耿嘎,等.乙醇對硝酸錳熱分解的影響[J].重慶工商大學學報：自然科學版，2014，31(2)：70-73.

[5]梁爭峰，袁寶慧，程淑杰，等．動態線列式破片戰斗部技術探索[J]．火炸藥學報，2011，34(3)：42-44.

[6]National Research Council.Vulnerability assessment of aircraft:a review of the department of defense live fire test and evaluation program[R].PB93-14-99946/GAR,1993.

[7]趙英杰，景航，黃長強.離散桿式戰斗部類導彈殺傷概率研究[J].彈箭與制導報,2003,23(2):37-40.

[8]許寄陽.桿條戰斗部對固定翼飛機的毀傷效能研究[D].南京：南京理工大學，2009.

[9]劉彤.防空戰斗部殺傷威力評估方法研究[M].南京：南京理工大學，2003.

[10]王鳳英，劉天生.毀傷理論與技術[M].北京理工大學出版社，2009.

(責任編輯周江川)