定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評估模型研究*

汪汝根,韓曉明,吳振亞,陳俊杰

(空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院,西安 710051)

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定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評估模型研究*

汪汝根,韓曉明,吳振亞,陳俊杰

(空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院,西安 710051)

定向含能動能桿戰(zhàn)斗部是一種新型反戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部。為了科學(xué)評估定向含能動能桿戰(zhàn)斗部的毀傷效能,分析了影響定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的相關(guān)因素,建立了毀傷效能綜合評估指標(biāo)體系,提出了一種基于端點三角白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類戰(zhàn)斗部毀傷效能評估模型;以美國M39戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈再入彈頭為研究對象,分析了定向含能動能桿戰(zhàn)斗部對其的毀傷效能,通過算例,驗證了評估模型的合理性。

定向含能動能桿;戰(zhàn)斗部;毀傷效能;評估

0 引言

定向含能動能桿是一種新概念反TBM戰(zhàn)斗部,其具體構(gòu)想是預(yù)先在動能桿內(nèi)部裝入特定的含能材料。當(dāng)防空導(dǎo)彈與來襲目標(biāo)相遇時,含能動能桿條將以巨大的相對速度毀傷來襲目標(biāo),并結(jié)合桿條的剩余的能量和與主裝藥的摩擦以及在碰撞過程中所產(chǎn)生的沖擊波等引爆來襲目標(biāo)彈頭內(nèi)的主裝藥,從而在目標(biāo)內(nèi)部形成高效毀傷效應(yīng)[1]。隨著高新技術(shù)武器的運用、戰(zhàn)場環(huán)境的復(fù)雜化及戰(zhàn)斗部發(fā)展步伐的加快,毀傷效能評估已經(jīng)成為衡量戰(zhàn)場上對各種目標(biāo)遭到攻擊后產(chǎn)生破壞程度的重要依據(jù)。然而定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能所涉及的因素多、范圍廣,如何對定向含能動能桿戰(zhàn)斗部的毀傷效能進(jìn)行準(zhǔn)確的評估,是廣大科研人員面對的重要課題。

1 定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能綜合評估指標(biāo)體系

戰(zhàn)斗部毀傷效能評估對戰(zhàn)斗部研究發(fā)展和改進(jìn)具有重要的作用。定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評估是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及的學(xué)科領(lǐng)域眾多,為了全面評估定向含能動能桿戰(zhàn)斗部的毀傷效能,必須對戰(zhàn)斗部的殺傷威力、目標(biāo)易損性、戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性和戰(zhàn)斗部的保障性[2]等四個方面進(jìn)行深入的研究。

1.1 定向含能動能桿戰(zhàn)斗部的殺傷威力

戰(zhàn)斗部殺傷威力是指在引戰(zhàn)配合的條件下,戰(zhàn)斗部在飛向目標(biāo)的過程中爆炸所產(chǎn)生各種毀傷元素對目標(biāo)造成結(jié)構(gòu)或功能損傷的程度。對定向含能動能桿戰(zhàn)斗部而言,能夠可靠的飛向TBM目標(biāo),適時的啟動引信,依靠戰(zhàn)斗部內(nèi)的炸藥爆炸后產(chǎn)生的高速毀傷物(桿條群)對來襲的TBM目標(biāo)進(jìn)行毀傷和破壞,主要的殺傷方式有沖擊波對TBM目標(biāo)殼體的殺傷,桿條對TBM殼體的洞穿和對TBM再入彈頭內(nèi)炸藥的擊爆[3]。殺傷威力的大小直接決定對毀傷效能大小值的判定,因此殺傷威力在定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評估中具有非常重要的地位。對定向含能動能桿戰(zhàn)斗部的殺傷威力進(jìn)行深入細(xì)致的研究,建立可靠的殺傷威力評估指標(biāo)體系對最終的毀傷效能評估具有重要的意義。

1.2 TBM再入彈頭目標(biāo)易損性

目標(biāo)易損性是指在作戰(zhàn)情況下,目標(biāo)被攻擊方發(fā)現(xiàn)并受到打擊而受損的難易程度。目標(biāo)易損性通常包括兩方面內(nèi)容:戰(zhàn)術(shù)易損性和結(jié)構(gòu)易損性。戰(zhàn)術(shù)易損性是指某種裝備被目標(biāo)探測發(fā)現(xiàn)到的難易程度。結(jié)構(gòu)易損性是指某種裝備被目標(biāo)發(fā)現(xiàn)并受到攻擊發(fā)生損傷的難易程度。通常意義上目標(biāo)易損性指結(jié)構(gòu)易損性[4]。定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷目標(biāo)通常指的是火箭發(fā)動機推進(jìn)裝置脫落后剩下的TBM再入彈頭。TBM再入彈頭目標(biāo)易損性是定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評估的另一重要組成部分,建立TBM再入彈頭的目標(biāo)易損性模型并計算分析能夠為定向含能動能桿毀傷效能評估提供定量的參考依據(jù)。

1.3 定向含能動能桿戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性

定向含能動能桿戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性是指反導(dǎo)導(dǎo)彈在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到戰(zhàn)斗部爆炸這段時間內(nèi),戰(zhàn)斗部完成規(guī)定功能的能力。毀傷可靠性包括戰(zhàn)斗部的生存能力、戰(zhàn)斗部飛行時的可靠性、戰(zhàn)斗部引爆內(nèi)置炸藥時的可靠性。對定向含能動能桿戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性進(jìn)行研究,分析戰(zhàn)斗部在爆炸前的一系列過程中戰(zhàn)斗部是否具有穩(wěn)定的狀態(tài),確保戰(zhàn)斗部能夠?qū)BM目標(biāo)進(jìn)行有效的毀傷打擊。

1.4 定向含能動能桿戰(zhàn)斗部的保障性

定向含能動能桿戰(zhàn)斗部在平時貯存和運輸過程中,戰(zhàn)斗部裝藥的各種化學(xué)成分是否發(fā)生了變化、各個零部件是否還能正常工作、在運輸和勤務(wù)處理過程中是否被碰壞或損傷、戰(zhàn)斗部在貯存和運輸過程中是否具有安全性等都會影響戰(zhàn)斗部的最終毀傷效能。對定向含能動能桿戰(zhàn)斗部的保障性加以分析研究,分析戰(zhàn)斗部在運輸、儲存、維護(hù)過程的可靠性,確保戰(zhàn)斗部在對TBM目標(biāo)進(jìn)行毀傷時不發(fā)生問題。

1.5 定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評估指標(biāo)體系

在對定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能進(jìn)行綜合評價時,不同的判斷準(zhǔn)則會形成不同的評價體系,最終導(dǎo)致評價結(jié)論的不同。文中遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、綜合性、典型性的指標(biāo)體系構(gòu)建原則,全面分析了影響定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的相關(guān)因素,并在閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)和征求專家的意見后,構(gòu)建了主要由戰(zhàn)斗部的殺傷威力、TBM再入彈頭目標(biāo)易損性、戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性和戰(zhàn)斗部的保障性4大部分組成的定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評估模型指標(biāo)體系,見圖1。

圖1 定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評估體系

2 定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評估模型

在反TBM戰(zhàn)斗部毀傷效能評估過程中,既有科研人員和系統(tǒng)分析人員所熟悉的白色信息,又有完全陌生的黑色信息,但更多的是科研工作者部分了解的灰色信息。因灰色系統(tǒng)理論善于處理貧信息,能在缺文獻(xiàn)、少信息條件下作出有效評估,因此嘗試運用灰色系統(tǒng)理論中的端點三角白化權(quán)函數(shù)對反TBM導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部毀傷效能進(jìn)行綜合評估。文中利用灰色聚類評估中的基于端點三角白化權(quán)函數(shù)的灰色評估方法,利用兩兩比較法確定和計算評估指標(biāo)的聚類權(quán)重,在此基礎(chǔ)上通過計算判斷來實現(xiàn)對設(shè)計的定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的綜合評估。

2.1 基于端點三角白化權(quán)函數(shù)的戰(zhàn)斗部毀傷效能的灰色聚類評估模型

基于三角白化權(quán)函數(shù)的灰色評估方法的基本原理[5]是:在評估過程中,預(yù)設(shè)有n個對象,m個評估指標(biāo)和s個不同的灰類,利用樣本觀測值為xij(i為樣本中的一個對象,取值范圍為i=1,2,3,…,n;j為對象i所對應(yīng)的指標(biāo),取值范圍為j=1,2,3,…,m)對相關(guān)聯(lián)的對象i進(jìn)行評估。

具體計算步驟如下:

1)依據(jù)評估特點和需求,劃分s個評估灰類,將評估中的各指標(biāo)參數(shù)的取值范圍也對應(yīng)劃分為s個灰類數(shù),并對指標(biāo)j的取值范圍劃分為s個,即:

[a1,a2]…[ak-1,ak]…[as…as+1]

式中:ak的取值一般根據(jù)實際需求或者專家、研究人員等定性研究后給出。

(1)

(2)

圖2 端點白化權(quán)函數(shù)示意圖

2.2 毀傷效能評估指標(biāo)的權(quán)重

權(quán)重集是指由因素集中各因素的權(quán)重值所組成的集合。權(quán)重的確定在定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評估中是非常重要的工作,權(quán)重不同,會造成最終評估的結(jié)果不同[6],文中采用兩兩比較法進(jìn)行權(quán)重的確定。兩兩比較法是由一定數(shù)量的專家對某一指標(biāo)體系中的指標(biāo)的重要程度兩兩比較,并進(jìn)行打分的方法。打分可采用0-1法或者(0,1,2,3,4)打分法。文中采用0-1打分法進(jìn)行權(quán)值的確定。0-1打分法是指如果評估專家認(rèn)為兩兩相比較的指標(biāo)因素u1的重要性大于u2,則因素u1記為1,因素u2記為0;如果評估專家認(rèn)為兩兩相比較的指標(biāo)因素u1的重要性與u2的相比差不多,則各記0.5。各指標(biāo)只與其他指標(biāo)相比較而自身不比較,對于每一個指標(biāo)因素的得分比上所有的指標(biāo)因素的累積得分,即為每一個指標(biāo)因數(shù)的權(quán)重系數(shù),將各因素的權(quán)重系數(shù)組成集合,即為所求的權(quán)值。

3 算例及分析

3.1 原始數(shù)據(jù)

以美軍戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈M39為定向含能動能桿戰(zhàn)斗部的毀傷目標(biāo),通過查閱資料,得到具體數(shù)據(jù),見表1。

表1 指標(biāo)具體數(shù)據(jù)

3.2 評估指標(biāo)權(quán)重的確定

按照評估指標(biāo)體系確定的層次結(jié)構(gòu),進(jìn)行專家調(diào)查,對20名相關(guān)領(lǐng)域的專家發(fā)出兩兩比較法的調(diào)查問卷表,構(gòu)造判斷矩陣,通過計算和歸一化處理,得到戰(zhàn)斗部殺傷威力各層次指標(biāo)的權(quán)重如表2所示。

3.3 評估灰類的確定

鑒于盡可能反映定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能大小的情況,文中采用5個評估灰類,灰類序號為k,k=1,2,3,4,5,分別表示低、較低、中、較高、高,結(jié)合專家的意見確定各指標(biāo)所屬的灰類見表3。

表2 戰(zhàn)斗部殺傷威力指標(biāo)權(quán)重

表3 戰(zhàn)斗部殺傷威力評估指標(biāo)灰類

3.4 評估指標(biāo)取數(shù)域拓展值

結(jié)合設(shè)計的定向含能動能桿戰(zhàn)斗部和M39導(dǎo)彈的實際情況,對各評估指標(biāo)進(jìn)行延拓,表4表示戰(zhàn)斗部殺傷威力各指標(biāo)值延拓值。

表4 評估指標(biāo)值的延拓值

3.5 計算指標(biāo)白化權(quán)聚類系數(shù)

3.6 計算結(jié)果及分析

利用式(2)計算得出定向含能動能桿戰(zhàn)斗部殺傷威力的聚類系數(shù),見表6。

表5 評估指標(biāo)白化權(quán)聚類系數(shù)

表6 戰(zhàn)斗部殺傷威力的聚類系數(shù)

運用上述的方法,同理計算可得到目標(biāo)易損性、戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性和戰(zhàn)斗部的保障性指標(biāo)的聚類系數(shù),見表7。

表7 指標(biāo)聚類系數(shù)

根據(jù)表7所得聚類系數(shù)最終可以得到表8所示的定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的綜合聚類系數(shù)。

表8 定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的綜合聚類系數(shù)

4 結(jié)語

文中在對影響定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的相關(guān)因素分析的基礎(chǔ)上建立了定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能綜合評估指標(biāo)體系,并運用灰色系統(tǒng)理論對定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能進(jìn)行評估,建立了基于端點三角白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類的綜合毀傷評估模型。通過算例驗證,灰色聚類評估模型適合用于定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的評估,較好的解決了定向含能動能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的評估問題,該模型對今后戰(zhàn)斗部的毀傷效能評估也將具有一定的參考價值。

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Study on Damage Efficiency Evaluation Model of Direction Energetic KE-rod Warhead

WANG Rugen,HAN Xiaoming,WU Zhenya,CHEN Junjie

(Air and Missile Defense College, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China)

Direction energetic KE-rod warhead is a new type of anti-tactical ballistic missile (TBM) warhead. To scientifically evaluate damage efficiency of direction energetic KE-rod warhead, the factors affecting damage efficiency of direction energetic KE-rod warhead were analyzed, the index system of damage efficiency was built, warhead damage efficiency evaluation based on end-point triangular whitenization weight function of grew clustering theory was put forward. Then the damage efficiency of direction energetic KE-rod warhead via TBM target of M39 missile was calculated. Rationality of the model was verified through example analysis.

direction energetic KE-rod; warhead; damage efficiency; evaluation

2015-07-07

汪汝根(1993-),男,湖北荊州人,碩士研究生,研究方向:裝備管理與決策。

TJ760.2

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