王誠成，謝曉方，孫 濤，張龍杰

(海軍航空工程學院，山東煙臺 264001)

0 引言

近程反導力量是我軍艦艇面對敵方導彈攻擊的最后一道屏障，艦炮是近程反導的主力。艦炮彈丸對來襲導彈的毀傷效果及毀傷效果評估是反導關注的焦點。

以往文獻[1－4]大多以導彈受艦炮彈丸或破片沖擊后不同部位的命中概率為毀傷模型進行導彈損傷分析，而對導彈被命中后不同部位可能的毀傷效果以及各種不同毀傷效果對導彈總體影響沒有更深入的研究。文中在其基礎上，研究分析典型導彈目標的易損性，針對典型導彈不同部位受損情況進行建模并對導彈各個系統(tǒng)受損后的毀傷進行定性分析及毀傷等級劃分，為進一步進行典型反艦導彈總體易損性分析打下基礎。

1 對反艦導彈的毀傷機理

毀傷效果指標一般應根據目標特性、毀傷機理，并結合作戰(zhàn)意圖而選取。

部件的毀傷機理與作用在部件上的毀傷元有關，如破片毀傷元的撞擊、侵徹可能使部件功能部分或全部喪失，結構強度減弱，引燃或引爆易燃易爆部件，沖擊波則使目標的結構毀傷。

艦炮是近程反導的主力，目前小口徑速射艦炮武器系統(tǒng)(30mm口徑以下)末端反導一般采用直接命中體制，依靠系統(tǒng)的高射速所形成的彈幕擊毀來襲導彈或使其偏航，從而達到防御目的[5]。高射速、多彈丸是其毀傷目標的重要條件。

2 反艦導彈毀傷模式及易損性模型

2.1 反艦導彈被命中后的毀傷模式

反艦導彈由很多系統(tǒng)構成，一般總體上可分為彈體、動力裝置、戰(zhàn)斗部系統(tǒng)、導引頭、控制系統(tǒng)和彈上電氣設備等。一枚導彈要完成既定的戰(zhàn)斗任務，需要具有尋的、飛行、姿態(tài)控制、終點毀傷等功能，這些功能分別由導彈的各個部件、系統(tǒng)共同協(xié)調完成，任何系統(tǒng)的損傷都可能導致其不能完成預定任務。

從導彈功能性失效的角度出發(fā)，導彈可能的毀傷模式主要有[6]:

1)災難性毀傷(被打爆);

2)不能引爆戰(zhàn)斗部(成為啞彈);

3)不能準確的飛向攻擊目標(偏航)。

導致這些毀傷模式的機理非常復雜，例如，導彈在破片或沖擊波作用下，彈體的局部壓跨、變形、折彎、翼片的折斷、變形等都可能引起氣動力的不對稱而使導彈偏航，導引頭以及控制系統(tǒng)毀傷、燃料泄漏、發(fā)動機失效等也能引起導彈不能準確飛向攻擊的目標。導彈的引信及傳爆序列受到損壞，可能出現啞彈。如果導彈所攜帶的易燃易爆部件(如戰(zhàn)斗部、燃料艙)受到高速破片的撞擊，可能出現燃燒或爆炸現象，從而導致整個導彈的解體。

從毀傷部件效果描述性等級劃分，對于導彈目標毀傷，可定義3個毀傷等級:

K級毀傷:導彈遭到打擊后受到的損傷會導致啞彈或引起爆炸;

A級毀傷:導彈遭到打擊后其損傷將引起失控、偏航;

B級毀傷:導彈遭到打擊后損傷不足以影響預定任務。

2.2 反艦導彈易損性模型

反艦導彈易損性主要與以下幾個主要因素有關:導彈本身各個系統(tǒng)部件的材料屬性、艦炮彈丸基本屬性、導彈速度、艦炮彈丸速度、艦炮彈丸與導彈交匯時的入射角以及艦炮命中導彈各個系統(tǒng)部件的概率分布等?，F將反艦導彈易損性以函數形式描述:

式中:Fi為反艦導彈受艦炮彈丸沖擊時的動態(tài)易損性函數;cbi為導彈各個系統(tǒng)部件的材料基本屬性，包括材料密度、泊松比、楊氏模量等參數;cpi為艦炮彈丸的材料屬性、質量、直徑等參數;v1為導彈在與艦炮彈丸交匯時的瞬時速度;v2為艦炮在與導彈交匯時的瞬時速度;θ為艦炮彈丸與導彈交匯時的入射角;pi為艦炮命中導彈各個系統(tǒng)部件的概率，它是導彈與艦炮距離d以及導彈各個系統(tǒng)部件體積V的函數，在后期仿真中，可用蒙特卡洛方法計算出在艦炮彈幕范圍內導彈各個艙段的著彈情況。

根據i值的不同，分別定義導彈各個分系統(tǒng)的易損性函數:

i=1，表示導彈殼體的易損性函數。

i=2，表示導彈推進系統(tǒng)的易損性函數。

i=3，表示導彈燃油系統(tǒng)的易損性函數。

i=4，表示導彈控制系統(tǒng)的易損性函數。

i=5，表示導彈制導系統(tǒng)的易損性函數。

i=6，表示導彈戰(zhàn)斗部系統(tǒng)的易損性函數。

在對導彈與艦炮彈丸交匯瞬間的毀傷模型的建模計算中，在以上函數參量已知的條件下，可通過仿真得出在不同命中概率、不同入射角及相對速度情況下導彈不同部件與艦炮彈丸交匯瞬間的毀傷情況，艦炮彈丸對導彈不同部件的侵徹與破壞情況可以通過有限元模型近似得出。

3 導彈各系統(tǒng)毀傷分析及等級劃分

某型反艦導彈彈身從前到后，分為整流罩艙、戰(zhàn)斗部艙、燃油艙、發(fā)動機艙4個艙室。根據某型導彈各個主要組成艙段內部系統(tǒng)的基本構成及功能，結合典型導彈被命中后的各種不同毀傷模式及易損性函數描述，對導彈各個分系統(tǒng)進行毀傷等級劃分。

3.1 反艦導彈殼體毀傷分析

導彈殼體易損性函數表示形式為:

根據反艦導彈受到艦炮彈丸沖擊后彈體受損情況，殼體按受損傷程度，可劃分為3個毀傷等級:

①Q0:導彈殼體無損傷;

②Q1:導彈蒙皮未擊穿，殼體輕微受損;

③Q2:導彈蒙皮被擊穿，殼體嚴重受損。

3.2 推進系統(tǒng)毀傷分析

推進系統(tǒng)位于導彈尾部的發(fā)動機艙。某型導彈推進系統(tǒng)由下列部件組成:

助推器:固體火箭發(fā)動機。

主發(fā)動機:沖壓式空氣噴氣發(fā)動機。

液壓舵系統(tǒng):由主發(fā)動機的渦輪提供動力帶動往復式柱塞泵為液壓式舵機提供液壓動力。

推進系統(tǒng)易損性函數表示形式為:

反艦導彈推進系統(tǒng)受到艦炮襲擊后，按損傷程度，可劃分為3個毀傷等級:

①T0:推進系統(tǒng)無損傷;

②T1:推進系統(tǒng)輕微受損，導彈推力下降，加速能力減弱;

③T2:推進系統(tǒng)嚴重受損，導彈無推力作用。

由于本課題所研究的是近程反導問題，而助推器在導彈發(fā)射前期就自行脫落，故在此推進系統(tǒng)易損性函數中的參量cb2不包含助推器的材料屬性。

根據上文對推進系統(tǒng)結構組成的介紹，如果主發(fā)動機燃燒室被彈丸侵徹并出現缺口，此時其內部產生的高溫、高壓、高速噴氣會直接從侵徹部位沖出，認為此時發(fā)動機將被打爆，推進系統(tǒng)損傷等級為T3;如果渦輪機組和燃油泵等受到彈丸有效侵徹，則認為會導致推進系統(tǒng)嚴重受損，推進系統(tǒng)損傷等級為T2;如果發(fā)動機自動調節(jié)系統(tǒng)、進氣道、點火裝置、氮氣增壓系統(tǒng)等部位受到彈丸有效沖擊，則認為會導致推進系統(tǒng)輕微受損，推進系統(tǒng)損傷等級為T1。在進行系統(tǒng)毀傷分析仿真時，需要針對具體侵徹部位詳細建模分析。

3.3 燃油系統(tǒng)毀傷分析

燃油系統(tǒng)用于連續(xù)不斷地向燃油泵提供燃油，并在燃油泵回油動力作用下對燃油的供給進行增壓。由于燃油艙是反艦導彈進行巡航飛行、實現遠程精確打擊的動力能源，摧毀其燃油艙是實現對反艦導彈有效攔截的重要手段之一。

燃油系統(tǒng)易損性函數表示形式為:

燃油系統(tǒng)受到艦炮襲擊后，按損傷程度，可劃分為3個毀傷等級:

①R0:燃油系統(tǒng)無損傷;

②R1:油箱殼體輕微受損，油箱漏油，導彈續(xù)航能力減弱;

③R2:油箱殼體嚴重受損，燃油箱體被擊穿并引爆。

燃油系統(tǒng)的毀傷是建立在艦炮彈丸命中導彈燃油艙并成功穿透導彈殼體的基礎之上的，其毀傷效果分析需要對侵徹導彈殼體之后的彈丸及燃油系統(tǒng)繼續(xù)進行有限元分析，根據仿真結果判定毀傷等級。

3.4 控制系統(tǒng)毀傷分析

控制系統(tǒng)對于導彈能否正確收發(fā)指令、順利完成預定戰(zhàn)斗任務有著至關重要的作用。由于控制系統(tǒng)的復雜性，其受損后對導彈的影響有多種可能性，但大體上可歸于以下幾種。

1)無法產生驅動舵機組的控制信號;

2)無法穩(wěn)定和控制導彈在飛行中的姿態(tài)角;

3)無法準確測量導彈飛行時的真實高度和高度的變化速度;

4)無法控制導彈的偏轉。

控制系統(tǒng)易損性函數表示形式為:

反艦導彈控制系統(tǒng)受到艦炮襲擊后，按損傷程度，可劃分為3個毀傷等級:

①C0:控制系統(tǒng)無損傷;

②C1:控制系統(tǒng)輕微受損，數據采集及指令傳達精度誤差變大，舵面無法準確偏轉;

③C2:控制系統(tǒng)嚴重受損，數據采集及指令傳達失效，導彈失去控制。

3.5 導引系統(tǒng)毀傷分析

導引系統(tǒng)易損性函數表示形式為:

反艦導彈導引系統(tǒng)受到艦炮攔截后，按損傷程度，可劃分為3個毀傷等級:

①D0:導引系統(tǒng)無損傷;

②D1:導引系統(tǒng)輕微受損，高度及角度等數據采集收發(fā)誤差變大;

③D2:導引系統(tǒng)嚴重受損，導彈雷達失效，導彈失去目標。

需要注意的是，當導彈在距離目標很近時，末制導雷達會發(fā)出最后一個指令送引信，引信取消最后一級保險，此后雷達不再繼續(xù)作用，故而當此后導引系統(tǒng)被艦炮彈丸命中后，即使導引頭被破壞，毀傷等級為D2，也認為該毀傷對導彈作戰(zhàn)任務無影響，在導彈總體毀傷等級評估中不起主導作用。

3.6 戰(zhàn)斗部系統(tǒng)毀傷分析

導彈是戰(zhàn)斗部的載體，其根本目的就是將戰(zhàn)斗部帶到預定目標處，引爆戰(zhàn)斗部。戰(zhàn)斗部系統(tǒng)位于導彈中前段的戰(zhàn)斗部艙。戰(zhàn)斗部系統(tǒng)易損性函數表示形式為:

導彈戰(zhàn)斗部系統(tǒng)被艦炮擊中，按受損傷程度，可劃分為3個毀傷等級:

①W0:戰(zhàn)斗部系統(tǒng)無毀傷;

②W1:戰(zhàn)斗部不能可靠引爆;

③W2:戰(zhàn)斗部系統(tǒng)被引爆。

如果彈丸無法侵徹進戰(zhàn)斗部殼體，則認為戰(zhàn)斗部系統(tǒng)無毀傷，毀傷等級為W0;如果傳感器、傳爆管、引信等被彈丸有效毀傷，則可能無法引爆戰(zhàn)斗部，導致啞彈，損傷等級為W1;如果戰(zhàn)斗部裝藥被引爆，則毀傷等級為W2;在進行系統(tǒng)毀傷分析仿真時，需要針對彈丸侵徹進殼體的具體部位詳細建模分析。

需要特別指出的是，戰(zhàn)斗部在何種毀傷條件下能夠被引爆，這里涉及的因素有很多，引爆的條件也非常復雜，彈丸的侵徹所造成的物理毀傷只是其中一種。為了能夠使結論更加有真實性、實效性，需要實際的實驗數據為支撐。

3.7 毀傷樹分析

根據上文對反艦導彈整體及各系統(tǒng)易損性的模型分析及毀傷等級劃分，總結出反艦導彈總體及各系統(tǒng)毀傷等級樹狀圖(如圖1所示)，各字母代表的系統(tǒng)毀傷等級在前文已有描述。

圖1 導彈總體及各系統(tǒng)毀傷等級樹狀圖

從邏輯上看，各個系統(tǒng)毀傷之間為并聯關系，各系統(tǒng)與殼體毀傷之間為串聯關系。對反艦導彈進行易損性分析時，首先需要研究的是艦炮對導彈殼體的毀傷。假設彈丸雖然命中導彈，但是無法對導彈蒙皮造成有效毀傷，那么也無需進行其它系統(tǒng)的毀傷分析，也就是說，導彈殼體毀傷分析是其它系統(tǒng)毀傷分析的必要條件。各系統(tǒng)毀傷效果對于導彈總體毀傷效果產生直接影響。不同部位系統(tǒng)同時受到毀傷時，等級高的毀傷對導彈整體毀傷判定起主導作用。

4 結論

反艦導彈總體毀傷分析建立在對導彈各個系統(tǒng)毀傷效果分析的基礎之上，其易損性數據是隨著導彈飛行環(huán)境、飛行姿態(tài)等動態(tài)變化的。導彈各系統(tǒng)毀傷分析是一項復雜的專業(yè)基礎性工作，其研究對于攻防雙方都有著十分重要的意義。文中通過對導彈及各系統(tǒng)易損性函數模型與毀傷結果等級等的分析，為有效評價反艦導彈的易損性提供了理論參考，也為進一步的仿真分析打下基礎。

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