仿真技術(shù)在彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)過(guò)程的重要性研究

甄建偉+劉國(guó)慶+高興勇+王國(guó)棟

摘要：具備完備的彈藥毀傷效能評(píng)估能力是彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)的目的之一，可以使研究生勝任彈藥戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)、測(cè)試、應(yīng)用等工作。受經(jīng)費(fèi)和時(shí)間等因素制約，完全采用外場(chǎng)試驗(yàn)方法進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域研究存在極大的困難，仿真技術(shù)可以完善彈藥毀傷效能評(píng)估方法。構(gòu)建基于仿真技術(shù)的彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)知識(shí)體系，不僅提高了研究生整體培養(yǎng)質(zhì)量，還進(jìn)一步增強(qiáng)了彈藥專業(yè)研究生未來(lái)的崗位任職能力。

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù)；研究生；彈藥專業(yè)；培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G643 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）07-0001-03

根據(jù)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)需求，我國(guó)將兵器科學(xué)與技術(shù)一級(jí)學(xué)科分為六個(gè)學(xué)科方向，其中毀傷理論與彈藥工程學(xué)科方向是其重要方面之一。毀傷理論與彈藥工程學(xué)科方向主要研究毀傷能量的釋放方式和控制，實(shí)現(xiàn)彈藥對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的破壞，以及目標(biāo)功能的喪失或者降低等[1]，這也是彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)的重要方向。彈藥專業(yè)研究生通過(guò)毀傷理論與彈藥工程學(xué)科的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐可以建立彈藥毀傷效能評(píng)估知識(shí)體系，掌握彈藥高效毀傷技術(shù)，可勝任彈藥戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、應(yīng)用等領(lǐng)域的研究工作。

一、研究生培養(yǎng)技術(shù)需求

1.問(wèn)題背景。戰(zhàn)斗部是武器系統(tǒng)毀傷目標(biāo)的最終單元，它的毀傷威力指標(biāo)是彈藥專業(yè)研究生研究的重要方向[2]。現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)戰(zhàn)斗部的毀傷效能提出了更高的要求，新的探測(cè)與控制技術(shù)的出現(xiàn)不斷推動(dòng)新型戰(zhàn)斗部的發(fā)展，新理論、新技術(shù)、新材料的突破和應(yīng)用推動(dòng)了大量精確高效毀傷戰(zhàn)斗部的產(chǎn)生。當(dāng)前世界各國(guó)都在積極發(fā)展采用各種毀傷機(jī)理的新型戰(zhàn)斗部技術(shù)，以使彈藥獲得更高效的毀傷效能，彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)的重要目的也包含于此。

早期的戰(zhàn)斗部毀傷效能試驗(yàn)主要采用外場(chǎng)試驗(yàn)方法，這種方法具有真實(shí)可靠的優(yōu)點(diǎn)，但需要耗費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)和時(shí)間。為避免通過(guò)進(jìn)行大規(guī)模的試驗(yàn)來(lái)對(duì)戰(zhàn)斗部性能進(jìn)行驗(yàn)證，通常運(yùn)用統(tǒng)計(jì)理論，使得能夠以較少的樣本驗(yàn)證戰(zhàn)斗部的性能，然而即使如此，人力物力的大量消耗也是難以避免的。特別是隨著高技術(shù)彈藥結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和打擊準(zhǔn)確度的迅速提高，戰(zhàn)斗部的設(shè)計(jì)、定型、靶場(chǎng)試驗(yàn)也越來(lái)越復(fù)雜，花費(fèi)也越來(lái)越大，對(duì)于生產(chǎn)批量小、單價(jià)昂貴的制導(dǎo)類(lèi)彈藥更是如此。測(cè)試成本的提高使得不能進(jìn)行足夠多的測(cè)試試驗(yàn)，而只能采取小樣本量進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，進(jìn)而經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)方法已失去數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，置信度與所需樣本量之間的矛盾日益突出，因此也就不能依靠足夠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，以進(jìn)一步提升戰(zhàn)斗部的毀傷效能。

2.制約因素。彈藥專業(yè)研究生在進(jìn)行戰(zhàn)斗部毀傷效能的測(cè)試過(guò)程中，試驗(yàn)環(huán)境是制約試驗(yàn)的一個(gè)重要因素。比如暴風(fēng)雨、冰雹、濃霧、大風(fēng)等嚴(yán)酷的氣象條件在實(shí)際試驗(yàn)中很難實(shí)現(xiàn)，特別是對(duì)于具有目標(biāo)感知功能的戰(zhàn)斗部而言，難以營(yíng)造綜合聲、光、電、磁、氣象等干擾因素的復(fù)雜試驗(yàn)環(huán)境[3]，試驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠科學(xué)，導(dǎo)致試驗(yàn)與戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境不一致，進(jìn)而造成試驗(yàn)結(jié)論準(zhǔn)確性不高，這給彈藥專業(yè)研究生的相關(guān)研究帶來(lái)了很大困難。

3.需求分析。實(shí)際靶場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試方法、技術(shù)和手段的局限性限制了對(duì)戰(zhàn)斗部毀傷效能的測(cè)試，進(jìn)而影響了彈藥專業(yè)相關(guān)研究方向研究生的培養(yǎng)。比如在進(jìn)行戰(zhàn)斗部攔截毀傷戰(zhàn)斗機(jī)、巡航導(dǎo)彈等高速飛行體的過(guò)程中，雖可以采用火箭撬等加速設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，但也僅能實(shí)現(xiàn)相向、追尾等交會(huì)過(guò)程，與實(shí)際中的彈目交會(huì)姿態(tài)尚有很大差異，特別是對(duì)于定向毀傷戰(zhàn)斗部測(cè)試結(jié)果與戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)際效用更是相差甚遠(yuǎn)。

基于上述原因，在彈藥專業(yè)研究生人才的培養(yǎng)過(guò)程中，急需開(kāi)展數(shù)值仿真方法和手段的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。在研究生開(kāi)展彈藥相關(guān)研究過(guò)程中，就可以在數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上，利用靶場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果修正模型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗部毀傷效能的精確評(píng)估，從而減少實(shí)彈測(cè)試數(shù)量，降低研制與試驗(yàn)成本，節(jié)省人力物力，縮短研制與試驗(yàn)周期，可有效提高戰(zhàn)斗部毀傷效能試驗(yàn)結(jié)論的精確性。從而實(shí)現(xiàn)彈藥專業(yè)方向研究生培養(yǎng)質(zhì)量的提高，使之更加勝任未來(lái)的工作。

二、仿真技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著光電技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，很多西方發(fā)達(dá)國(guó)家都在致力于仿真技術(shù)的研究，并積極探索它在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景。1989年，北歐制定“歐幾里德計(jì)劃”，將仿真技術(shù)作為11項(xiàng)優(yōu)先合作發(fā)展的項(xiàng)目之一。美軍也非常重視這方面的研究和應(yīng)用，在制導(dǎo)武器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方面應(yīng)用模擬和仿真技術(shù)已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，認(rèn)為系統(tǒng)仿真是武器研制成功的關(guān)鍵。1992年，美國(guó)提出21項(xiàng)國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)，仿真技術(shù)位列第6。

在武器裝備的研制過(guò)程中，通過(guò)采用仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以預(yù)先進(jìn)行系統(tǒng)建模和仿真試驗(yàn)全過(guò)程，不但能夠?qū)ξ淦飨到y(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行合理評(píng)估，使武器系統(tǒng)的性能指標(biāo)更接近實(shí)戰(zhàn)要求，而且大大縮短了武器系統(tǒng)的研制周期。仿真技術(shù)還可對(duì)未來(lái)高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、武器裝備的戰(zhàn)術(shù)性能和使用效率等進(jìn)行作戰(zhàn)仿真，有利于軍方選擇那些對(duì)整體效能貢獻(xiàn)大、技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的武器裝備進(jìn)行重點(diǎn)發(fā)展，從而優(yōu)化武器裝備體系的整體質(zhì)量和效能。

在彈藥武器系統(tǒng)的研制和鑒定試驗(yàn)中，仿真技術(shù)也起著重要的作用。通過(guò)對(duì)彈藥武器系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，建立起系統(tǒng)的仿真模型，然后對(duì)其進(jìn)行仿真，從而獲得大量的仿真數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用于產(chǎn)品的性能預(yù)估和測(cè)試指導(dǎo)，以及驗(yàn)收過(guò)程的輔助決策等。這樣通過(guò)反復(fù)的模型修正和仿真，即可大大減少武器系統(tǒng)的試驗(yàn)與鑒定費(fèi)用，使有限的經(jīng)費(fèi)用于關(guān)鍵的試驗(yàn)和鑒定，從而提高試驗(yàn)和鑒定的效益。

隨著武器系統(tǒng)日益復(fù)雜化，大多新型的彈藥武器系統(tǒng)裝備有貴重的附屬裝置，這樣采用實(shí)際的靶場(chǎng)試驗(yàn)就要付出昂貴的代價(jià)。美國(guó)國(guó)防部公布的資料表明，模擬仿真的投資回報(bào)是，1美元的投資，回報(bào)為20—40美元。因此，到20世紀(jì)90年代初，美國(guó)陸軍已建立了室內(nèi)外結(jié)合的制導(dǎo)武器半實(shí)物仿真試驗(yàn)設(shè)置，并進(jìn)行了多種導(dǎo)彈的試驗(yàn)仿真。美國(guó)軍方的主要仿真系統(tǒng)在武器系統(tǒng)研制、鑒定試驗(yàn)、作戰(zhàn)訓(xùn)練的過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用，產(chǎn)生了巨大的軍事、經(jīng)濟(jì)效益，這充分說(shuō)明了靶場(chǎng)建立仿真系統(tǒng)的作用和意義，北約各國(guó)紛紛效仿美國(guó)的做法，建立自己的仿真系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)在高效毀傷戰(zhàn)斗部關(guān)鍵技術(shù)方面取得了一定突破，但是在彈藥毀傷效能評(píng)估理論與試驗(yàn)方面仍處于起步階段，尚未建立起基于仿真技術(shù)的彈藥毀傷效能的評(píng)估體系，難以為彈藥毀傷效能專業(yè)人才的培養(yǎng)提供有效幫助，成為制約彈藥專業(yè)研究生人才培養(yǎng)質(zhì)量的瓶頸問(wèn)題。

三、研究生培養(yǎng)知識(shí)體系構(gòu)建

為了實(shí)現(xiàn)彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)的高效實(shí)用，在彈藥毀傷效能方面研究生培養(yǎng)要注重系統(tǒng)建設(shè)，培養(yǎng)知識(shí)體系應(yīng)包括戰(zhàn)斗部威力場(chǎng)模型構(gòu)建、典型目標(biāo)易損性模型構(gòu)建、仿真試驗(yàn)環(huán)境模型構(gòu)建、毀傷效能程序編寫(xiě)和毀傷目標(biāo)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建等內(nèi)容。通過(guò)數(shù)值仿真技術(shù)，學(xué)習(xí)構(gòu)建目標(biāo)和周?chē)h(huán)境的仿真模型，將戰(zhàn)斗部威力場(chǎng)、目標(biāo)易損性、彈目信息感知、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等因素高度融合，通過(guò)對(duì)彈藥毀傷目標(biāo)規(guī)律的分析、評(píng)定、模擬和計(jì)算等方法的學(xué)習(xí)，使研究生具備彈藥毀傷效能整體仿真評(píng)估能力，以滿足彈藥毀傷效能評(píng)估測(cè)試試驗(yàn)和研究生專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。進(jìn)行彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)，使其更加適合彈藥毀傷效能評(píng)估工作，其知識(shí)體系培養(yǎng)內(nèi)容應(yīng)重點(diǎn)包含以下五方面內(nèi)容。

1.戰(zhàn)斗部威力場(chǎng)模型構(gòu)建。戰(zhàn)斗部對(duì)目標(biāo)的毀傷一般是通過(guò)其在彈道終點(diǎn)處與目標(biāo)發(fā)生的碰撞、爆炸等作用，將自身的動(dòng)能或爆炸能或其產(chǎn)生的作用元（破片、射流等）對(duì)目標(biāo)進(jìn)行機(jī)械的、化學(xué)的、熱力效應(yīng)的破壞。歸納起來(lái)，戰(zhàn)斗部的毀傷作用可分為：破片作用、動(dòng)能作用、聚能作用、碎甲作用、燃燒作用、軟殺傷作用等。通常情況，戰(zhàn)斗部對(duì)目標(biāo)的毀傷效果大多是幾個(gè)基本毀傷作用共同造成的，因此在建立各種典型戰(zhàn)斗部威力場(chǎng)模型時(shí)，首先分別建立基于各種毀傷原理的威力場(chǎng)，然后根據(jù)戰(zhàn)斗部的特點(diǎn)將各威力場(chǎng)進(jìn)行綜合，最后確定戰(zhàn)斗部威力場(chǎng)模型，具體建立過(guò)程如圖1所示。

2.典型目標(biāo)易損性模型構(gòu)建。根據(jù)所要對(duì)付的主要目標(biāo)，戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)者和使用者所關(guān)心的問(wèn)題是戰(zhàn)斗部攻擊敵方目標(biāo)后，使其原有性能損失的程度以及這種損失對(duì)其完成作戰(zhàn)任務(wù)的影響程度。這就是目標(biāo)易損性研究所要解決的問(wèn)題。目標(biāo)易損性涉及許多因素，正是這些因素決定著目標(biāo)耐毀傷的能力。在建立典型目標(biāo)易損性模型的過(guò)程中，首先對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)進(jìn)行分析，確定戰(zhàn)場(chǎng)上的主要目標(biāo)類(lèi)型，通過(guò)進(jìn)行各種目標(biāo)的易損性影響因素分析，評(píng)定目標(biāo)的破壞等級(jí)，并最終建立目標(biāo)的易損性模型，建立過(guò)程如圖2所示。

3.仿真試驗(yàn)環(huán)境模型構(gòu)建。戰(zhàn)斗部對(duì)目標(biāo)的毀傷是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，因此要獲得戰(zhàn)斗部對(duì)目標(biāo)的毀傷場(chǎng)，必須建立仿真試驗(yàn)環(huán)境模型。戰(zhàn)斗部毀傷目標(biāo)的過(guò)程包括感知、作用、毀傷三個(gè)重要過(guò)程，其中感知強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)斗部對(duì)目標(biāo)的探測(cè)，作用強(qiáng)調(diào)彈藥爆炸所形成的威力場(chǎng)，毀傷強(qiáng)調(diào)彈-靶的相互作用。仿真試驗(yàn)環(huán)境就是為這三個(gè)過(guò)程的仿真計(jì)算服務(wù)，其應(yīng)用過(guò)程如圖3所示。

4.毀傷效能程序編寫(xiě)。應(yīng)用仿真技術(shù)的核心是系統(tǒng)的模型化問(wèn)題，模型是仿真的基礎(chǔ)和前提，在以上對(duì)彈藥毀傷目標(biāo)整個(gè)過(guò)程建模的基礎(chǔ)上，就可以進(jìn)行仿真。為了利于仿真模型及其軟件的通用化，提高仿真的復(fù)用率，采用通用軟件編寫(xiě)程序，合理構(gòu)建計(jì)算程序框架，并預(yù)留程序接口，以利于今后的拓展。利用成熟的視景仿真技術(shù)，將仿真過(guò)程和結(jié)果可視化。

5.毀傷目標(biāo)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建。戰(zhàn)斗部毀傷目標(biāo)的過(guò)程包括戰(zhàn)斗部的毀傷威力和目標(biāo)的易損性兩個(gè)密切相關(guān)的問(wèn)題，它們是同一現(xiàn)象攻、防兩個(gè)不同的研究側(cè)面，因此戰(zhàn)斗部毀傷目標(biāo)評(píng)價(jià)體系的建立過(guò)程也應(yīng)圍繞這兩個(gè)方面進(jìn)行，如圖4所示。

當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和軟硬件費(fèi)用的大幅度下降，為以上內(nèi)容研究生培養(yǎng)的具體實(shí)施提供了有利的條件。通過(guò)對(duì)研究生培養(yǎng)知識(shí)體系的構(gòu)建，使仿真技術(shù)在彈藥武器系統(tǒng)試驗(yàn)與鑒定中得到應(yīng)用。通過(guò)仿真方法檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)武器系統(tǒng)的性能不僅是彈藥武器系統(tǒng)研發(fā)的必然趨勢(shì)，也可促進(jìn)彈藥專業(yè)研究生的培養(yǎng)，提高研究生的崗位任職能力。

四、小結(jié)

仿真技術(shù)是彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)的重要內(nèi)容，是確保研究生培養(yǎng)質(zhì)量，提高研究生崗位任職能力的必要手段。作為軍隊(duì)院校，要充分認(rèn)識(shí)仿真技術(shù)在研究生培養(yǎng)過(guò)程的重大意義，積極完善彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)方案，構(gòu)建研究生培養(yǎng)知識(shí)體系，豐富仿真技術(shù)培養(yǎng)平臺(tái)手段，創(chuàng)新形成適合彈藥專業(yè)研究生未來(lái)發(fā)展的科研學(xué)術(shù)路徑，為提高彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)第六屆學(xué)科評(píng)議組.學(xué)位授予和人才培養(yǎng)一級(jí)學(xué)科簡(jiǎn)介[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2]李翔宇，盧芳云，蔣邦海，等.《武器戰(zhàn)斗部投射與毀傷》課程建設(shè)初探[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2011，（11）.

[3]蔡軍鋒，宣兆龍，武洪文.彈藥保障虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建與應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2015，（227）.

Abstract：The capability of ammunition damage assessment is one of the purposes of ammunition professional graduate training， and it can be used in the design， test and application of ammunition warhead. Due to the financial and time constraints， it is very difficult to use the field test method to study the related field， and the simulation technology can improve the efficiency of ammunition damage assessment method. Building the knowledge system of ammunition specialty postgraduate training based on simulation technology not only improves the overall quality of graduate training， but also further enhance the ability of ammunition professional post office.

Key words：simulation technology；graduate；ammunition specialty；training