武器裝備毀傷評估研究方法綜述

王 華， 辛騰達， 崔村燕， 王 巖， 趙蓓蕾， 趙繼廣

(1. 裝備學院 航天裝備系， 北京 101416； 2. 裝備學院 裝備發展戰略研究所， 北京 101416)

武器裝備毀傷評估研究方法綜述

王 華1， 辛騰達1， 崔村燕1， 王 巖1， 趙蓓蕾1， 趙繼廣2

(1. 裝備學院 航天裝備系， 北京 101416； 2. 裝備學院 裝備發展戰略研究所， 北京 101416)

根據毀傷評估研究的內容與現狀，將毀傷評估研究方法分為理論解析法、數值模擬法及基礎試驗法3種方法。對3種方法的具體應用進行了系統研究，總結概括了各種方法的優點與不足。最后，通過對各種方法的比較分析，指出了根據需要將3種方法相結合的方式是未來毀傷評估方法的重要研究方向。

毀傷評估；理論解析；數值模擬；基礎試驗

武器裝備毀傷理論與技術研究的主要內容就是武器裝備的毀傷機理及目標的易損性，武器裝備的最終目的就是實現對打擊目標的毀傷[1]。因此，毀傷理論不僅是武器裝備設計的基礎，而且也為聯合作戰行動中武器裝備的應用提供科學依據。在現代高技術戰爭的條件下，武器裝備毀傷評估研究成果主要可概括為以下幾方面的應用：(1)協助武器裝備設計、研發及測試人員完成武器裝備的設計及性能優化改進；(2)協助武器裝備管理人員根據相應單位的作戰任務，進行需求分析、制定武器裝備采辦計劃及列裝規劃；(3)協助作戰人員根據作戰任務完成武器裝備配備、制定戰術及軍事演習計劃；(4)協助完成戰場目標防護技術研究工作。

武器裝備毀傷評估的準確性和實時性是實現武器裝備創新發展、準確裝配、有效使用的重要基礎，對充分發揮武器裝備的戰斗性能、提高作戰水平具有重大的現實意義，直接影響戰爭的進程和結果。因此，本文對武器裝備毀傷評估的方法進行了分類、總結、分析與比較，明確了各方法的優缺點，為武器裝備毀傷評估方法的研究提供參考與借鑒。

1 武器裝備毀傷評估主要內容

武器裝備毀傷評估涉及從探索研究、型號制定，到規模生產、采購列裝，再到裝備配備、作戰使用過程中武器裝備的生產、使用各個環節，范圍十分廣泛。在美軍聯合軍事行動中，聯合目標選擇與打擊(Joint Targeting)工作主要可分為：指揮官的目的、方針、意圖，目標選擇、確認、排序，武器裝備戰斗性能分析，指揮官決心、力量分配，任務規劃、實施打擊及作戰毀傷評估6個相互關聯的過程[2]。其中，目標的選擇、確認、排序，武器戰斗性能分析及戰斗毀傷評估3個階段中，都要涉及武器裝備毀傷評估的相關內容。

武器裝備毀傷評估理論與技術作為武器裝備研制與使用的基礎，引起了世界各國高度重視，如美國這樣的軍事大國投入了大量的研究資源加以研究。目前，僅美國就有數十個實驗室、高校及科研機構對武器裝備的毀傷評估方法進行研究。美軍在實施武器裝備毀傷評估時，采用的是物理毀傷評估(Physical Damage Assessment，PDA)到功能毀傷評估(Function Damage Assessment，FDA)再到目標系統評估(Target System Assessment， TSA)的“三段式”毀傷評估方法。Daniel W.Franzen等構建的Bayesian belief network模型，Donald P.Gaver和Patricia A.Jacobs共同建立的目標毀傷概率評估模型及Glenn Dickenson為陸軍開發的目標毀傷評估系統，是美軍進行武器裝備毀傷評估研究的主要模型[3]。

武器裝備毀傷評估主要包括毀傷效能評估、武器戰績指標評估、目標易損性評估等主要內容。根據毀傷評估的階段不同，武器裝備毀傷評估主要可分為戰前毀傷評估預測、戰中毀傷實時更新兩部分內容，如圖1所示。

圖1 軍事行動中毀傷評估總體過程

在作戰準備階段，通過建立特定武器裝備對相應目標的毀傷評估指標體系，同時借助數學及計算機技術等手段進行建模分析與處理，得到各毀傷評估指標的具體評估方法，并以此為基礎進行科學的量化計算，準確地計算出一次作戰行動需要投入多少武器裝備，為指揮決策人員提供參考。在作戰實施過程中，主要依據戰場情報偵察手段(衛星、無人機、情報人員等)獲取戰場目標毀傷信息，利用相應的毀傷評估研究方法對目標的毀傷效果進行科學的計算，最終獲得戰場目標毀傷情況的具體信息，為作戰指揮員根據戰斗的任務需求及目標的毀傷情況做出相應的決策提供依據。

2 武器裝備毀傷評估方法的發展

武器裝備毀傷評估理論與現代武器裝備高科技化的發展相互依存，相互促進。自19世紀20年代末期，法國學者Jean Victor Poncelet針對炮彈打擊目標的問題，對目標的毀傷效果進行試驗以來，相關研究人員開始廣泛的對武器裝備打擊各種特定目標的毀傷效果進行研究。到了20世紀90年代，隨著原子彈、氫彈等大規模殺傷性武器裝備的發展，各國研究人員對武器裝備毀傷評估的研究從傳統的爆炸破片、高速撞擊等機械毀傷模式拓展到了爆轟波，熱輻射等化學毀傷的研究。發展到21世紀，隨著計算機技術的不斷發展，研究者不再僅僅關注于武器裝備理論及試驗方面的毀傷評估研究，而更加注重應用計算機技術對武器裝備毀傷進行數值模擬，從而極大地節省研究資源，且能夠達到較好的毀傷評估效果[4-5]。近些年，隨著軟殺傷性武器的迅速發展，相關的科研人員已經開始對石墨彈等武器裝備的毀傷效果進行研究，大大拓寬了武器裝備毀傷評估研究的領域。

2.1 國外武器裝備毀傷評估方法的發展

歐美等軍事大國為了準確地認識各種武器裝備的毀傷效能，為新型武器裝備的研發設計、戰場運用提供依據，大量的研究機構都在開展武器裝備毀傷方面的研究，且相關的研究技術較為成熟。歐美等國主要的毀傷評估研究單位與成果，如表1所示。

雖然美軍在武器裝備毀傷評估領域一直處于世界領先水平，對所有軍事目標的易損性和武器裝備的毀傷機理都進行了研究，但其毀傷評估研究水平仍一直落后于自身武器裝備的發展水平。目前，各國毀傷評估的指標還沒有一個統一的標準，在進行相關的研究時，仍然按照各自不同的標準進行評估。

表1 歐美等國毀傷評估研究單位及成果

2.2 國內武器裝備毀傷評估方法的發展

我國與歐美等軍事大國相比，在武器裝備毀傷評估方面的研究起步較晚。20世紀80年代初期開始，李崢[6]通過對大量毀傷數據進行分析，得出了0.3～100 t炸藥發生爆炸情況下，建筑物的毀傷情況與沖擊波超壓的關系，并對0.001～100 t TNT炸藥爆炸情況下，羊、狗等動物的毀傷情況進行了試驗，得到了相關動物不同傷亡程度下的超壓閾值。隨后，王正國等[7]對爆炸沖擊波對人的毀傷情況進行了研究。到20世紀90年代，我國一些研究單位才開始系統地對武器裝備毀傷評估進行研究，如表2所示。

目前，我國研究武器裝備毀傷評估的單位主要有南京理工大學、北京理工大學、中北大學、西北工業大學、兵器科學研究院及裝備學院等。雖_然相關研究在特定的武器裝備或侵徹子母彈等打擊飛機、導彈、機場跑道、地下設施等目標方面，取得了一定的研究成果，但總體水平仍處于針對具體研究對象的實驗分析及工程估算層次。這些評估多是定性的，對各種目標的毀傷等級判斷、毀傷標準和毀傷后果研究方面仍然還不完善。因此，僅僅依靠單一的方法很難得到準確的毀傷評估結果，如何獲得既符合實際，又具有良好普適性的毀傷評估結果，已經成為毀傷研究的發展方向。

表2 國內早期毀傷研究單位及內容

3 武器裝備毀傷評估方法研究

目前，武器裝備毀傷評估的研究方法多種多樣，總體而言大致可以分為理論解析法、數值模擬法、基礎試驗法3種。武器裝備毀傷評估研究方法的具體分類情況，如圖2所示。

3.1 理論解析法

應用理論解析法進行毀傷評估研究的關鍵是評估理論的選取，目前國內外毀傷評估研究的主要理論有Bayesian network、模糊綜合評判理論、層次分析理論、Monte Carlo方法及圖像處理方法等[8-12]。國內外毀傷評估幾種主要理論解析法的原理及優缺點，如表3所示。

表3 國內外毀傷評估研究主要理論

圖2 毀傷評估基本方法

理論解析法都是經過十分嚴謹的數學推導而得出的，具有最為嚴謹的理論基礎，但其所得的結果是在大量假設的理想情況下得出的，所得結果只能是對現實情況的無限近似解，與武器裝備的真實毀傷結果具有一定差距。但其在武器裝備毀傷評估理論及試驗的可行性驗證方面，具有不可替代的作用。應用理論解析法對武器裝備毀傷進行評估研究的基本過程，如圖3所示。

圖3 理論解析法基本過程

3.2 基礎試驗法

從整體上說，武器裝備毀傷評估研究需要大量的毀傷數據作為基礎，基礎試驗法更具真實性、可靠性，是獲得大量真實、可靠的毀傷數據最主要和最有效的途徑，也是有效驗證理論解析法及數值模擬法最具說服力的方法。然而，由于實戰性試驗工程浩大，尤其對于武器裝備的毀傷試驗來講，為了得到相應的試驗數據需要耗費大量的人力、物力、財力，且具有較高的危險性。因此，武器裝備毀傷研究的基礎試驗數量受到了嚴格的限制。武器裝備毀傷試驗主要可概括為3類，如表4所示。

表4 武器裝備毀傷試驗主要類型

在試驗研究方面，北京理工大學、南京理工大學、中北大學等單位根據不同研究對象的需要，應用相應的基礎試驗進行毀傷評估研究，在新型材料的選取、新型藥型罩的設計、新型武器裝備毀傷效能測試及對理論解析法建立的評估模型或數值模擬法所得的仿真結果進行驗證方面發揮了重要的作用。武器裝備毀傷評估基礎試驗法的具體研究過程，如圖4所示。

圖4 基礎試驗法研究過程

3.3 數值模擬法

計算機數值模擬研究的關鍵是根據不同的研究需求、研究對象、打擊目標，應用LS-DYNA、AUTODYN等數值模擬軟件分別建立相應的模型，對武器裝備的毀傷效果進行數值模擬，根據所得的仿真結果對武器裝備毀傷效果進行評估[13-16]。目前，數值模擬法研究的主要內容，如表5所示。

表5 數值模擬法的主要研究內容

圖5 數值模擬研究過程

由于數值模擬的靈活性及可重復性，數值模擬法已成為目前應用最為廣泛的毀傷評估研究方法。數值模擬法不僅能夠節省大量的人力、物力，而且能夠對整個系統進行全面的分析，獲得較為客觀的研究結果。但數值模擬法對模型的依賴性非常高，仿真模型的正確與否需要研究人員進行系統的分析研究，不準確的模型將會造成巨大的誤差，甚至產生完全錯誤的仿真結果。因此，建立與研究內容相適應的模型是進行數值模擬研究中的關鍵一環。數值模擬法進行武器裝備毀傷評估研究的具體過程，如圖5所示。

3.4 毀傷評估方法研究趨勢

現代數值分析技術，特別是有限元分析技術及計算機技術的高速發展，使計算機數值模擬技術得到了廣泛的應用，與理論解析法及基礎試驗法相比數值模擬技術由于其經濟性和高效性，日益成為武器裝備毀傷評估研究的重要方法。根據研究對象的特點、研究問題的具體需求及各方法的優缺點，選用最為合適的毀傷評估理論進行解析計算，建立相應的模型進行數值模擬仿真，并與試驗測得的數據進行對比分析，可以取得更具說服力的毀傷評估結果[17-24]。北京理工大學蔣海燕[25]將毀傷樹理論、AUTODYN數值模擬理論及基礎試驗法3種方法相結合，應用于導電液溶膠打擊變電站目標的問題中，取得了很好的效果。將先進的毀傷評估理論、數值模擬理論及小型基礎試驗法結合使用，取長補短，已成為武器裝備毀傷評估研究的一種重要方法。

4 結 論

本文對武器裝備毀傷評估的研究發展現狀進行了系統的概括總結，在此基礎上對武器裝備的毀傷評估方法進行了分類，通過對3種主要研究方法的研究分析得出：根據研究對象的特點及研究需求，將理論解析法、數值模擬法及小型基礎試驗相結合使用，互為依托、相互支撐，是武器裝備毀傷評估研究的一種重要手段，可以獲得更為可靠的毀傷評估結果，有效提高武器裝備毀傷評估的準確性、可靠性及效費比。

References)

[1]王正明，盧芳云，段曉君.導彈試驗的設計與評估[M].北京：科學出版社，2010：601-633.

[2]姚小旋.聯合作戰火力毀傷研究[M].北京：國防大學出版社，2001：137-169.

[3]樊勝利，張宇飛，姚濤，等.武器裝備戰場毀傷評估方法研究綜述[J].裝甲兵工程學院學報，2013，27(1)：21-25.

[4]GUAN L K.Battle damage assessment using inverse synthetic aperture radar(ISAR) [D].Monterey ：Naval Postgraduate School，2004：7-26.

[5]傅常海，黃柯棣，童麗，等.導彈戰斗部對復雜目標毀傷效能評估研究綜述[J].系統仿真學報，2009，21(19)：5971-5976.

[6]李崢.空氣沖擊波作用下的安全距離[J].爆炸與沖擊，1990(2)：39-52.

[7]王正國，鄭世鋼，張清華,等.沖擊波瞬時生物效應的研究[J].解放軍醫學雜志，1983(5)：329-331.

[8]李偉，方洋旺，伍友利,等.沖擊波毀傷評估方法[J].空軍工程大學學報(自然科學版)，2015，16(4)：92-95.

[9]王鳳山，張宏軍.基于貝葉斯網絡的軍事工程毀傷評估模型研究[J].計算機工程與應用，2011，47(12)：242-248.

[10]寧淑婷.基于二級模糊綜合評判的建筑物和橋梁打擊效果評估研究[D].西安：西安電子科技大學，2012：19-37.

[11]郭美芳，范開軍，柏席峰，等.毀傷評估國外發展現狀與趨勢分析[C]// 王哲榮.2015全國毀傷評估技術學術研討會論文集.北京：中國兵器科學研究院，2015：17-26.

[12]王海兵.基于遙感圖像的子母彈機場毀傷效果分析研究[D].南京：南京理工大學，2007：1-6.

[13]葉濤.反機場跑道布撒武器子彈散布規律與毀傷效果評估技術研究[D].南京：南京理工大學，2007：1-9.

[14]MARTIN O，CENTRO V，SCHWOERTZIG T.Finite element analysis on the Meppen-Ⅱ-4 slab test[J].Nuclear Engineering and Design，2012，247(6)：1-10.

[15]LIU X,DAI W J,TANG Y F,et al.A Study of an intelligent battlefield damage assessment system based on a multi-agent system[J].International Journal of Plant Engineering and Management，2008，13(1)：41-46.

[16]吳越.鉆地彈對典型地堡侵爆復合毀傷效能影響要素研究[D].南京：南京理工大學，2014：27-56.

[17]李峰.城市地下交通空間爆炸人員及結構毀傷研究[D].西安：長安大學，2014:45-61.

[18]張輝.軸向增強戰斗部破片場優化控制及毀傷效能研究[D].南京：南京理工大學，2011:17-32.

[19]段嘉慶.新型裝藥結構侵徹鋼筋混凝土目標數值仿真[D].太原：中北大學，2013：17-35.

[20]李天華.爆炸荷載下鋼筋混凝土板的動態響應及損傷評估[D].西安：長安大學，2012：23-89.

[21]肖強強.聚能裝藥對典型土壤/混凝土復合介質目標的侵徹研究[D].南京：南京理工大學，2012：79-91.

[22]龔敏.爆炸沖擊作用下多層框架結構的動力特性與毀傷效應研究[D].武漢：武漢理工大學，2007：18-48.

[23]于忠輝.PELE對城區作戰目標毀傷機理的研究[D].南京：南京理工大學，2009：19-37.

[24]黃超.柱形裝藥氣泡動態特性及射流沖擊毀傷研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2011：1-21.

[25]蔣海燕.導電液溶膠戰斗部毀傷效應研究[D].北京：北京理工大學，2014：113-132.

(編輯：李江濤)

Summary of Weapon Damage Assessment Research Methods

WANG Hua1， XIN Tengda1， CUI Cunyan1， WANG Yan1， ZHAO Beilei1， ZHAO Jiguang2

(1. Department of Space Equipment, Equipment Academy, Beijing 101416, China；2. Equipment Development Strategy Research Institute, Equipment Academy, Beijing 101416, China)

Aiming at contents and status quo of damage assessment study, the paper classifies the damage assessment methods into three types: theoretical analysis method, numerical simulation method and basic test method. The paper conducts systematic study on the specific application of the three methods and concludes the advantages and disadvantages of each method. In the end, through comparative analysis of these methods, the paper points out that combining the three methods should be an important direction for future damage assessment method study.

damage assessment; theoretical analysis; numerical simulation; basic test

2016-07-21

部委級資助項目

王 華(1971—)，男，教授，博士，主要研究方向為運載火箭測試發射控制理論與技術。

E92

2095-3828(2017)01-0105-06

A DOI 10.3783/j.issn.2095-3828.2017.01.019