陳紅，李世中，楊超

（1. 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山西 太原 030051；2. 江南工業(yè)集團(tuán)有限公司，湖南 湘潭 411207）

0 引言

目前的常規(guī)裝藥破片式殺傷戰(zhàn)斗部引爆后，其破片是沿徑向均勻向外飛散的，并形成一個(gè)軸對(duì)稱(chēng)的殺傷區(qū)域，在整個(gè)殺傷區(qū)域只有一小部分的破片作用到目標(biāo)上，在面對(duì)一些高速目標(biāo)和較小目標(biāo)的情形下，常規(guī)殺傷戰(zhàn)斗部的毀傷效能會(huì)大幅降低［1］。偏心起爆式定向戰(zhàn)斗部可以控制破片沿著可控的方向?qū)崿F(xiàn)集中飛散，達(dá)到對(duì)目標(biāo)的高效毀傷。王樹(shù)山等［2］研究了預(yù)制破片在偏心多點(diǎn)起爆下破片的徑向飛散規(guī)律，結(jié)果表明偏心起爆能顯著提升定向區(qū)域毀傷效能；黃靜等［3］通過(guò)比較中心起爆、間位90°雙線(xiàn)起爆、連位90°三線(xiàn)起爆和鄰位45°雙線(xiàn)起爆這4 種起爆方式對(duì)破片速度增益的影響，結(jié)果表明鄰位45°雙線(xiàn)起爆對(duì)破片速度增益最大。

而定向戰(zhàn)斗部的使用，必須以目標(biāo)脫靶方位的準(zhǔn)確識(shí)別和戰(zhàn)斗部定向起爆的精確控制為前提［4］。激光引信是利用經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光束探測(cè)目標(biāo)并引爆導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的光學(xué)引信，具有測(cè)距精度高、抗電磁干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以精確探測(cè)目標(biāo)的脫靶方位，在防空導(dǎo)彈上應(yīng)用較廣。蘇宏等［5］建立了12 分元激光探測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)方位的精準(zhǔn)識(shí)別，同時(shí)控制戰(zhàn)斗部的起爆方位；蔡克榮等［6］設(shè)計(jì)了一種8通道的周視激光引信引戰(zhàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的高效毀傷。起爆方式對(duì)定向戰(zhàn)斗部毀傷效能的影響和基于多通道周視激光引信探測(cè)方式對(duì)目標(biāo)脫靶方位的識(shí)別，前人都做了較為全面的研究，但對(duì)于兩者的結(jié)合即引信探測(cè)目標(biāo)脫靶方位與戰(zhàn)斗部定向起爆的配合研究較少。

目前，國(guó)內(nèi)外在引戰(zhàn)配合局部問(wèn)題的仿真研究較多，預(yù)制破片彈引戰(zhàn)配合研究涉及較少［7］，且主要側(cè)重于對(duì)戰(zhàn)斗部殺傷概率研究，對(duì)于多通道周視激光引信與預(yù)制破片戰(zhàn)斗部的具體配合方案較為匱乏。本文以多通道周視激光引信為背景，通過(guò)激光探測(cè)引信對(duì)目標(biāo)脫靶方位的識(shí)別結(jié)合戰(zhàn)斗部的定向起爆控制，提出了基于激光引信的六分位定向起爆控制系統(tǒng)，針對(duì)預(yù)制破片戰(zhàn)斗部破片飛散特點(diǎn)，得到六分位起爆控制系統(tǒng)的最佳起爆方式。

1 戰(zhàn)斗部模型結(jié)構(gòu)參數(shù)及模型驗(yàn)證

1.1 戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)參數(shù)和相關(guān)參數(shù)

本文的戰(zhàn)斗部模型參考了ABRAHAM 防空火箭彈［8］，依據(jù)預(yù)制破片戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)［9］以及破片尺寸［10］確定的相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)了圓柱形裝藥戰(zhàn)斗部的結(jié)構(gòu)，圓柱形戰(zhàn)斗部數(shù)值模型由主裝藥、襯筒、端蓋和預(yù)制球形破片4 個(gè)部分組成，戰(zhàn)斗部總長(zhǎng)H 為24 cm，戰(zhàn)斗部?jī)?nèi)徑 Rc和外徑 Rw分別為 10.6 cm 和12.2 cm，襯筒厚度hl為0.2 cm，端蓋厚度hc為0.5 cm，破片直徑 Rf為 0.6 cm［11］，裝填破片數(shù)量 2 760 枚，如圖1 所示。

圖1 戰(zhàn)斗部模型Fig.1 Warhead model

為了真實(shí)模擬出不同起爆方式對(duì)定向戰(zhàn)斗部威力的影響，利用LS_DYNA 有限元仿真軟件設(shè)計(jì)了戰(zhàn)斗部的全尺寸模型，如圖2 所示。

圖2 圓柱形戰(zhàn)斗部有限元模型Fig.2 Finite element model of cylindrical warhead

戰(zhàn)斗部主裝藥為Comp. B 炸藥，由40%TNT 炸藥和60%RDX 炸藥混合組成，采用高能炸藥MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN 材 料 模 型 和EOS_JWL 狀態(tài)方程描述。空氣域采用MAT_NULL材料模型和EOS_LINEAR_POLYNOMIAL 狀態(tài)方程描述。襯筒和端蓋采用硬鋁材料，該材料在爆轟作用下發(fā)生彈塑性變形，所以采用MAT_PLASTIC_KINEMATIC 材料模型描述。破片用鎢合金材料制成，選用MAT_RIGID 材料模型描述。具體的材料模型及參數(shù)［12-16］如表 1～4 所示。

表1 主裝藥性能及狀態(tài)方程參數(shù)Table 1 Parameters of main charge property and equation of state

表2 空氣材料參數(shù)Table 2 Parameters of air material

表3 襯筒和端蓋材料參數(shù)Table 3 Parameters of linear and cover material

表4 破片材料參數(shù)Table 4 Parameters of fragment material

采用LS_DYNA 有限元軟件中的ALE 多物質(zhì)流固耦合算法模擬炸藥爆轟和破片驅(qū)動(dòng)，其中空氣域和炸藥采用Euler 算法，襯筒和破片采用Lagrange 算法。襯筒和破片之間定義CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE 侵蝕面面接觸，而破片之間定義CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE接觸。為了使破片順利穿過(guò)空氣域，在空氣域邊界施加BOUNDARY_NON_REFLECTING 邊界條件來(lái)模擬無(wú)限Euler 場(chǎng)。

1.2 理論計(jì)算及模型校驗(yàn)

1.2.1 破片初速理論計(jì)算

戰(zhàn)斗部的主裝藥質(zhì)量和破片金屬質(zhì)量之比稱(chēng)為爆炸載荷系數(shù)。中心起爆時(shí)破片的初速是關(guān)于爆炸載荷系數(shù)的函數(shù)，亦是炸藥格尼常數(shù)的函數(shù)，則殼體側(cè)向的破片初速表達(dá)式［1］為

1.2.2 模型校驗(yàn)

（1）中心起爆理論校驗(yàn)

在中心起爆破片平均速度理論計(jì)算式（1）中，根據(jù)本文的模型結(jié)構(gòu)參數(shù)，易知式中的爆炸載荷系數(shù)為0.616 3，修正系數(shù)取0.9，即可由式（1）得破片平均速度理論計(jì)算值為1 718.68 m·s-1。通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)LS_DYNA 計(jì)算結(jié)果文件rbdout 的文本處理，即可得到中心起爆破片平均速度數(shù)值仿真值為1 749.92 m·s-1，相對(duì)于理論計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差為1.82%，因此，中心起爆時(shí)破片平均速度理論計(jì)算值和數(shù)值仿真值吻合較好。

（2）偏心起爆理論校驗(yàn)

本文的模型結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)與文獻(xiàn)［13，18］相同，文獻(xiàn)［18］建立了偏心一線(xiàn)起爆和偏心兩線(xiàn)起爆方式下的破片速度分布理論公式，且其中所述戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)參數(shù)完整，與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。本文建立的數(shù)值仿真模型設(shè)置了對(duì)應(yīng)的不同起爆方式，并提取彈體中截面的破片速度，對(duì)比數(shù)值模擬結(jié)果和文獻(xiàn)中的理論計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性，數(shù)值和理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比如圖3 所示。

由圖3 易知，偏心一線(xiàn)起爆下，破片速度最大理論誤差為4.12%；偏心60°雙線(xiàn)起爆下，破片速度最大理論誤差為4.24%?？梢?jiàn)與破片理論速度的最大誤差不超過(guò)5%，本文的數(shù)值模擬結(jié)果與理論計(jì)算吻合較好。

圖3 偏心起爆速度分布模型校驗(yàn)Fig.3 Validation of asymmetrical initiation velocity distribution model

（3）仿真和試驗(yàn)校驗(yàn)

在文獻(xiàn)［13］中對(duì)圓柱形戰(zhàn)斗部在上端面中心起爆和偏心兩線(xiàn)60°起爆方式下的毀傷效能進(jìn)行了靶場(chǎng)試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬研究。本文建立的數(shù)值仿真模型也設(shè)置了對(duì)應(yīng)的2 種起爆方式，相應(yīng)的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如表5 所示。

由表5 易知，在2 種起爆方式下，本文構(gòu)建的戰(zhàn)斗部模型相對(duì)于文獻(xiàn)［13］仿真結(jié)果的相對(duì)誤差分別為1.8%和-4.66%，仿真最大誤差低于5%；相對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)誤差分別為6.03%和-6.33%，試驗(yàn)最大誤差低于7%，由此可見(jiàn)數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)吻合較好。

表5 破片最大速度的數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Table 5 Comparison of numerical simulation and test results of maximum fragment velocity

但是定向方向破片平均速度稍大于試驗(yàn)結(jié)果，導(dǎo)致這樣的原因有許多，如實(shí)際試驗(yàn)起爆點(diǎn)會(huì)占據(jù)一部分的主裝藥空間，且需要在殼體上打孔來(lái)布置它們，這樣就會(huì)導(dǎo)致起爆點(diǎn)附近的殼體強(qiáng)度弱化，這就導(dǎo)致稀疏波侵入，降低破片速度。還有可能的原因是實(shí)際試驗(yàn)中戰(zhàn)斗部沒(méi)有加上下端蓋。

通過(guò)上述理論和試驗(yàn)的對(duì)比驗(yàn)證，認(rèn)為本研究采用的數(shù)值模擬算法、模型和參數(shù)具有相當(dāng)程度的合理性，可以作為進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)。

2 起爆方式對(duì)定向戰(zhàn)斗部威力的影響仿真分析

2.1 起爆方式設(shè)定

在彈目交會(huì)過(guò)程中，當(dāng)殺傷元素以最大速度和密度擊中目標(biāo)時(shí)，毀傷效能達(dá)到最佳。首先將圓柱形定向戰(zhàn)斗部構(gòu)造成六分位切分結(jié)構(gòu)，如圖4 所示，定義不同的起爆網(wǎng)絡(luò)［19］，研究不同起爆方式對(duì)目標(biāo)定向側(cè)的毀傷效能。

圖4 起爆方式示意圖Fig.4 Schematic figure of initiation method

根據(jù)戰(zhàn)斗部的六分位切分結(jié)構(gòu)，共可以構(gòu)建出偏心60°雙線(xiàn)起爆、偏心120°雙線(xiàn)起爆和偏心120°三線(xiàn)起爆3 種起爆方式，并與傳統(tǒng)的中心起爆方式相比較。利用LS_DYNA 進(jìn)行4 種不同起爆方式的數(shù)值模擬仿真。

由于線(xiàn)起爆方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易實(shí)現(xiàn)，故在實(shí)際應(yīng)用中還是主要采用多點(diǎn)起爆方案代替線(xiàn)起爆方案［11］。但起爆點(diǎn)數(shù)過(guò)多會(huì)使起爆的同步性難以保證，起爆點(diǎn)數(shù)過(guò)少會(huì)導(dǎo)致爆轟不完全，影響戰(zhàn)斗部的毀傷性能。起爆點(diǎn)數(shù)的選擇與裝藥的長(zhǎng)徑比有關(guān)［20］：

式中：L 為裝藥長(zhǎng)度，mm；d 為裝藥口徑，mm；μ 為相鄰起爆點(diǎn)間距與裝藥口徑的比值。

根據(jù)本文的模型結(jié)構(gòu)尺寸，由式（2）可得，本文模型采用4 點(diǎn)起爆可以代替線(xiàn)起爆。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

2.2.1 破片飛散規(guī)律

基于起爆方式對(duì)破片飛散規(guī)律影響的設(shè)計(jì)，利用LS_DYNA 進(jìn)行4 種不同起爆方式的數(shù)值模擬仿真，圖5 為圓柱形戰(zhàn)斗部起爆200 μs 后破片的徑向速度矢量圖。

圖5 破片徑向速度矢量圖Fig.5 Fragment radial velocity vector

由圖5 可以看出中心起爆時(shí)，破片的速度均勻分布，偏心起爆方式時(shí)，破片沿徑向飛散呈明顯的不對(duì)成性，在戰(zhàn)斗部的定向區(qū)域產(chǎn)生一定的增益。

2.2.2 破片飛散速度

由于破片數(shù)量較多，為了便于量化比較，選取中間一行的破片作為研究對(duì)象。圓柱形戰(zhàn)斗部設(shè)有46 行和60 列破片，中間行破片取第23 行，從左到右依次給該行破片編號(hào)為1～60，1 號(hào)和60 號(hào)破片相鄰，且為起爆點(diǎn)側(cè)破片，30 號(hào)為起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)破片，1～60 號(hào)破片分布由 0°～360°。破片排列位置和不同起爆方式下的破片飛散速度對(duì)比如圖6 所示。

圖6 破片排布和速度對(duì)比圖Fig.6 Fragment configuration and comparison of fragment velocity

由圖6 可以看出，起爆方式對(duì)破片的飛散速度影響較大。采用中心一點(diǎn)起爆方式時(shí)，破片的最大飛散速度為1 905.27 m·s-1；采用偏心60°雙線(xiàn)起爆時(shí)，破片的最大飛散速度為2 318.66 m·s-1，相較于中心一點(diǎn)起爆時(shí)提高了21.7%；采用偏心120°雙線(xiàn)起爆時(shí)，破片的最大飛散速度為2 250.93 m·s-1，相較于中心一點(diǎn)起爆時(shí)提高了18.14%；采用偏心120°三線(xiàn)起爆時(shí)，破片的最大飛散速度為2 292.45 m·s-1，相較于中心一點(diǎn)起爆時(shí)提高了20.32%。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，采用偏心線(xiàn)起爆時(shí)的破片速度明顯高于采用中心一點(diǎn)起爆時(shí)的速度，且采用偏心60°雙線(xiàn)起爆時(shí)的破片速度增益最大。從圖6 b）可以看出，由于爆轟波的疊加作用，起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)的破片飛散速度明顯高于起爆點(diǎn)側(cè)的破片飛散速度，且形成了一定規(guī)律的增益區(qū)域，例如，偏心60°雙線(xiàn)起爆下的19～41 號(hào)破片飛散速度增益明顯，產(chǎn)生的增益區(qū)域約為132°；偏心120°雙線(xiàn)和三線(xiàn)起爆下的24～36 號(hào)破片飛散速度增益明顯，產(chǎn)生的增益區(qū)域約為72°。從圖6 b）中發(fā)現(xiàn)在偏心120°雙線(xiàn)和三線(xiàn)起爆時(shí)，11～18 號(hào)和 42～50 號(hào)破片飛散速度也產(chǎn)生了一定的增益，隨著起爆線(xiàn)間隔的增加，增益愈加明顯，這個(gè)現(xiàn)象是由于稀疏波的傳播造成的。為了消除此現(xiàn)象，在起爆線(xiàn)間隔較大時(shí)可以采用起爆線(xiàn)等距起爆方式，等距偏心120°三線(xiàn)起爆模型和破片速度對(duì)比如圖7 所示。

圖7 等距連位120°三線(xiàn)起爆模型和破片速度對(duì)比圖Fig.7 Equidistant eccentric 120° three lines initiation model and fragment velocity comparison

如圖7 a）所示，以偏心120°雙線(xiàn)起爆方式定義起爆線(xiàn)b 和c，設(shè)a 為爆轟波疊加產(chǎn)生的馬赫波對(duì)破片的最佳受力點(diǎn)，畫(huà)以a 為中心半徑為rab或rac的圓，輔助圓與戰(zhàn)斗部的中心線(xiàn)交于點(diǎn)d，并以過(guò)點(diǎn)d 的戰(zhàn)斗部軸線(xiàn)上設(shè)置起爆線(xiàn)，使得lab=lac=lad，以此構(gòu)造等距偏心120°三線(xiàn)起爆方式。

如圖7 b）所示，對(duì)比偏心120°雙線(xiàn)起爆、偏心120°三線(xiàn)起爆和等距偏心120°三線(xiàn)起爆方式，發(fā)現(xiàn)等距偏心120°三線(xiàn)起爆方式能明顯改善11～19 號(hào)和42～50 號(hào)破片飛散速度產(chǎn)生增益的現(xiàn)象，并顯著提高了起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)破片的飛散速度。

綜上所述，不同起爆方式下起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)破片飛散速度會(huì)產(chǎn)生一定的增益，且會(huì)形成一定規(guī)律的定向毀傷區(qū)域。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，除了邊緣行的破片因?yàn)橄∈璨ǖ挠绊?，沒(méi)有形成規(guī)律的增益區(qū)域，其余行的破片都會(huì)產(chǎn)生一定規(guī)律的增益區(qū)域。

2.2.3 破片徑向飛散區(qū)域

為了找到不同起爆方式下形成的定向毀傷區(qū)域，即找到破片速度最大增益區(qū)域的徑向飛散角，將起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)破片飛散區(qū)域（90°～270°）切分成12等份表示為1～12，如圖8 所示，其中間為戰(zhàn)斗部。

圖8 12 等份破片徑向飛散區(qū)域Fig.8 Twelve equal fragment radial dispersion region

通過(guò)對(duì)圓柱形戰(zhàn)斗部起爆200 μs 后的破片數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，觀(guān)察在不同破片徑向飛散區(qū)域內(nèi)破片的平均速度和破片數(shù)量的變化，如圖9 所示。

觀(guān)察圖9 a）可知，起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)區(qū)域破片平均飛散速度最大，向兩側(cè)逐漸減小。偏心60°雙線(xiàn)起爆方式下，破片徑向飛散速度最大增益分布在區(qū)域3～10，即起爆點(diǎn)對(duì)側(cè) 120°區(qū)域；偏心 120°雙線(xiàn)和三線(xiàn)起爆方式與等距偏心120°三線(xiàn)起爆下，破片徑向飛散速度最大增益分布在區(qū)域4～9，即起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)90°區(qū)域。

觀(guān)察圖9 b）可知，偏心起爆方式下，各破片徑向飛散區(qū)域內(nèi)的破片數(shù)量沒(méi)有明顯的變化，但相較于中心一點(diǎn)起爆方式下，破片在區(qū)域5～8 數(shù)量明顯增多，即起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)60°區(qū)域。

圖9 不同破片徑向飛散區(qū)域內(nèi)破片的平均速度和破片數(shù)量對(duì)比圖Fig.9 Comparison of average velocity and number of fragments in different radial dispersion regions

為了便于觀(guān)察，統(tǒng)計(jì)在偏心起爆方式下，各破片徑向飛散區(qū)域內(nèi)相較于中心起爆方式下的破片平均速度增益情況，如表6 所示。

表6 不同破片徑向飛散區(qū)域內(nèi)破片的平均速度增益情況Table 6 Average velocity gain of fragments in different radial dispersion regions %

目標(biāo)定位方向上的破片數(shù)量和破片速度直接決定了戰(zhàn)斗部的毀傷效能，為了達(dá)到對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生最大毀傷效能，從以上數(shù)據(jù)綜合考慮在破片徑向飛散區(qū)域內(nèi)破片平均速度和破片數(shù)量的增益情況，認(rèn)為在偏心60°雙線(xiàn)起爆方式下，在起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)破片徑向飛散區(qū)域3～10 內(nèi)的破片平均速度增益最為明顯，由3.45%增益到15.68%，破片數(shù)量最大增益達(dá)到12.17%，即判斷偏心60°雙線(xiàn)起爆能產(chǎn)生120°的定向毀傷區(qū)域；在偏心120°雙線(xiàn)和三線(xiàn)起爆方式與等距偏心120°三線(xiàn)起爆下，在起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)破片徑向飛散區(qū)域5～8 內(nèi)的破片平均速度增益最為明顯，分別由4.96%增益到11.58%、由7.23%增益到13.76%和由7.57%增益到15.385%，破片數(shù)量最大增益分別為15.04%、15.04%和12.5%，即判斷偏心120°起爆能產(chǎn)生60°的定向毀傷區(qū)域。

由圖9 易知，中心起爆的破片平均速度為1 718.48 m·s-1；在定向毀傷區(qū)域（60°）內(nèi)的破片平均速度為1 725.11 m·s-1，破片數(shù)量為445 枚；在定向毀傷區(qū)域（120°）內(nèi)的破片平均速度為 1 720.06 m·s-1，破片數(shù)量為908 枚。

偏心60°雙線(xiàn)起爆的破片速度分布從1 087.56 m·s-1變化到2 318.66 m·s-1，在產(chǎn)生的定向毀傷區(qū)域（120°）內(nèi)的破片平均速度為 1 880.43 m·s-1，相較于中心一點(diǎn)起爆時(shí)對(duì)應(yīng)的定向毀傷區(qū)域破片平均速度提高了9.32%，破片數(shù)量為943 枚，相較于中心一點(diǎn)起爆增加了35 枚。

偏心120°雙線(xiàn)起爆的破片速度分布從1 121.62 m·s-1變化到2 271.56 m·s-1，在產(chǎn)生的定向毀傷區(qū)域（60°）內(nèi)的破片平均速度為 1 870.62 m·s-1，相較于中心一點(diǎn)起爆時(shí)對(duì)應(yīng)的定向毀傷區(qū)域破片平均速度提高了8.44%，破片數(shù)量為479 枚，相較于中心一點(diǎn)起爆增加了34 枚；偏心120°三線(xiàn)起爆后的破片速度分布從1 137.94 m·s-1變化到 2 293.5 m·s-1，在產(chǎn)生的定向毀傷區(qū)域（60°）內(nèi)的破片平均速度為1 907.35 m·s-1，相較于中心一點(diǎn)起爆時(shí)對(duì)應(yīng)的定向毀傷區(qū)域破片平均速度提高了10.56%，破片數(shù)量為479 枚，相較于中心一點(diǎn)起爆增加了34 枚；等距偏心120°三線(xiàn)起爆后的破片速度分布從1 070.30 m·s-1變化到2 352.77 m·s-1，在產(chǎn)生的定向毀傷區(qū)域（60°）內(nèi)的破片平均速度為 1 924.09 m·s-1，相較于中心一點(diǎn)起爆時(shí)對(duì)應(yīng)的定向毀傷區(qū)域破片平均速度提高了11.53%，破片數(shù)量為476 枚，相較于中心一點(diǎn)起爆增加了31 枚。

為了進(jìn)一步觀(guān)察破片的速度情況，將在定向毀傷區(qū)域（120°和60°）內(nèi)的破片按照速度劃分不同的區(qū)間，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)間內(nèi)的破片個(gè)數(shù)，如表7 所示。

4.防治方法。徹底清塘，有機(jī)肥要充分發(fā)酵后再使用，保持優(yōu)良的水質(zhì)，加強(qiáng)管理，科學(xué)投餌，提高魚(yú)體免疫能力，有寄生蟲(chóng)時(shí)及時(shí)殺蟲(chóng)。發(fā)病季節(jié)定期潑灑生石灰或漂白粉，防止此病發(fā)生。

對(duì)比表7 內(nèi)的不同起爆方式，可以看出偏心多線(xiàn)起爆相對(duì)于中心一點(diǎn)起爆可以產(chǎn)生更多的高速破片，且高速破片出現(xiàn)在戰(zhàn)斗部的定向毀傷區(qū)域，但在定向區(qū)域內(nèi)破片數(shù)量增加不明顯。在高速區(qū)間內(nèi)（≥2 km·s-1），偏心 60°雙線(xiàn)起爆會(huì)產(chǎn)生更多的高速破片，即產(chǎn)生更大的毀傷效能。

表7 不同起爆方式下的破片速度分布Table 7 Fragment velocity distribution under different initiation methods 枚

對(duì)比偏心120°雙線(xiàn)和三線(xiàn)起爆與等距偏心120°三線(xiàn)起爆后的破片速度分布區(qū)間，在高速區(qū)間內(nèi)（≥2 km·s-1），偏心 120°三線(xiàn)起爆和等距偏心120°三線(xiàn)起爆會(huì)產(chǎn)生更多的高速破片，由于在定向毀傷區(qū)域（60°）內(nèi)偏心120°三線(xiàn)起爆和等距偏心120°三線(xiàn)起爆的破片平均速度要略高于偏心120°雙線(xiàn)起爆后的破片平均速度，因此，如需產(chǎn)生60°的定向毀傷區(qū)域，應(yīng)采用偏心120°三線(xiàn)起爆和等距偏心120°三線(xiàn)起爆方式會(huì)更優(yōu)。不同起爆方式下產(chǎn)生的定向毀傷區(qū)域范圍如圖10 所示。

如圖10 a）所示，偏心120°雙線(xiàn)和三線(xiàn)起爆與等距偏心120°三線(xiàn)起爆后會(huì)在起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)形成60°的定向毀傷區(qū)域；如圖10 b）所示，偏心60°雙線(xiàn)起爆后會(huì)在起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)形成120°的定向毀傷區(qū)域。

圖10 不同起爆方式下的定向毀傷區(qū)域Fig.10 Directional damage area under different initiation methods

3 六分位引信探測(cè)目標(biāo)模型的建立及引戰(zhàn)配合

3.1 探測(cè)模型建立

本文研究的六分位激光引信探測(cè)目標(biāo)模型的建立需要激光引信形成扇形探測(cè)視場(chǎng)，由于激光探測(cè)器輻射的是窄光束，無(wú)法自身形成符合要求的探測(cè)區(qū)域，可通過(guò)周向布置的棱鏡將脈沖激光器產(chǎn)生的激光折射出6 個(gè)120°的扇形波束，相鄰波束之間會(huì)有重合部分，以實(shí)現(xiàn)彈軸360°全方位覆蓋。六分位激光引信視場(chǎng)示意圖如圖11 所示，中間為彈體部分。

圖11 六分位激光引信視場(chǎng)示意圖Fig.11 Hexagon laser fuze field of view

對(duì)于六分位激光引信探測(cè)目標(biāo)模型的建立，需要在彈體周?chē)鶆蛟O(shè)置6 組獨(dú)立的激光收發(fā)探測(cè)裝置，引信開(kāi)機(jī)后，6 組激光探測(cè)識(shí)別裝置同時(shí)開(kāi)始工作，通過(guò)6 組探測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)彈體周?chē)? 個(gè)空間方位進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)激光接收器收到目標(biāo)反射回來(lái)的激光時(shí)，即可判定該目標(biāo)位于某組激光探測(cè)器所探測(cè)的方位。6 組激光探測(cè)識(shí)別裝置的各激光探測(cè)掃描區(qū)域方位如圖12 所示。

圖12 中，中心為戰(zhàn)斗部，各陰影部分為各組探測(cè)裝置探測(cè)識(shí)別的作用方位。6 組激光探測(cè)識(shí)別裝置示為T(mén)1～T6，分布于彈體周?chē)膶?shí)直線(xiàn)上。實(shí)直線(xiàn)表示將彈體周?chē)譃? 個(gè)區(qū)域方位，相鄰的2個(gè)方位間隔為60°，依次將彈體周?chē)母骺臻g方位標(biāo)示為Ⅰ～Ⅵ。由圖12 易知，每組探測(cè)裝置的激光折射出的扇形波束角為120°，這樣每個(gè)探測(cè)器工作時(shí)所能識(shí)別的方位為彈體周?chē)? 個(gè)相鄰的區(qū)域，6 組探測(cè)裝置同時(shí)工作，后一個(gè)探測(cè)器的作用方位就會(huì)和前一個(gè)探測(cè)器的工作方位重合，即一個(gè)區(qū)域方位被重復(fù)探測(cè)，如圖12 a）、12 b）中Ⅲ區(qū)域?yàn)閮烧叩寞B加區(qū)域，如圖13 a）所示。實(shí)際在彈目交會(huì)過(guò)程中，目標(biāo)可能不會(huì)只出現(xiàn)單一區(qū)域方位，大多數(shù)目標(biāo)會(huì)占據(jù)彈體周?chē)? 個(gè)區(qū)域，這時(shí)將有3 個(gè)激光探測(cè)器探測(cè)到該目標(biāo)，目標(biāo)出現(xiàn)在2 個(gè)區(qū)域方位具體如圖13 b）所示。

圖12 各探測(cè)器掃描區(qū)域示意圖Fig.12 Scanning area of each detector

如圖13 a）所示，這樣在6 組探測(cè)裝置工作時(shí)，6組探測(cè)裝置就會(huì)產(chǎn)生6 個(gè)重復(fù)探測(cè)的區(qū)域，進(jìn)而應(yīng)用6 組激光探測(cè)識(shí)別裝置實(shí)現(xiàn)識(shí)別彈體周?chē)? 組空間區(qū)域方位的目的，重復(fù)的探測(cè)可以減少在高速的彈目交會(huì)過(guò)程中出現(xiàn)虛報(bào)和漏報(bào)的情況，保證有效的捕獲目標(biāo)。

圖13 目標(biāo)占據(jù)1 和2 個(gè)探測(cè)區(qū)域方位示意圖Fig.13 The target occupies 1 and 2 detection area

3.2 定向戰(zhàn)斗部引戰(zhàn)配合

定向戰(zhàn)斗部的使用必須以目標(biāo)脫靶方位的準(zhǔn)確識(shí)別和戰(zhàn)斗部定向起爆的精確控制為前提［18］。因此，在識(shí)別到目標(biāo)脫靶方位后，需要精確控制戰(zhàn)斗部定向起爆達(dá)到對(duì)目標(biāo)的最佳毀傷效果。通過(guò)定向戰(zhàn)斗部的起爆網(wǎng)絡(luò)與引信探測(cè)識(shí)別目標(biāo)模型的相互配合［21］，在引信探測(cè)識(shí)別目標(biāo)模型探測(cè)到目標(biāo)脫靶方位后，引爆對(duì)應(yīng)的起爆網(wǎng)絡(luò)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的最佳毀傷效果。六分位探測(cè)引信定向戰(zhàn)斗部引戰(zhàn)配合示意圖如圖14 所示。

圖14 中，中心為戰(zhàn)斗部，根據(jù)裝藥六分位的切分結(jié)構(gòu)在戰(zhàn)斗部中均勻分布著6 個(gè)起爆點(diǎn)①～⑥，相鄰起爆點(diǎn)之間間隔60°。同樣6 組激光探測(cè)器也在彈體上均勻分布，示為T(mén)1～T6，相鄰探測(cè)器之間間隔60°，且將戰(zhàn)斗部的周?chē)譃? 個(gè)空間方位Ⅰ～Ⅵ，但探測(cè)器的分布與相鄰起爆點(diǎn)間隔30°。

圖14 六分位探測(cè)引信定向戰(zhàn)斗部引戰(zhàn)配合示意圖Fig.14 Fuze-warhead cooperation of aimable warhead by the hexagon-detection fuze

六分位激光探測(cè)定向戰(zhàn)斗部引戰(zhàn)配合根據(jù)目標(biāo)占據(jù)的區(qū)域分為2 種方式。

方式1：如圖14 a）所示，當(dāng)目標(biāo)只占據(jù)一個(gè)空間方位時(shí)，利用六分位引信探測(cè)目標(biāo)識(shí)別模型，探測(cè)出目標(biāo)位于Ⅲ區(qū)域，此時(shí)根據(jù)對(duì)于圓柱形戰(zhàn)斗部六分位起爆方式的研究和爆轟波疊加的原理，得出偏心120°雙線(xiàn)和三線(xiàn)起爆與等距偏心120°三線(xiàn)起爆方式會(huì)在起爆點(diǎn)對(duì)側(cè)空間方位形成60°的定向毀傷區(qū)域，通過(guò)不同起爆方式對(duì)定向戰(zhàn)斗部威力的影響仿真分析，發(fā)現(xiàn)等距偏心120°三線(xiàn)起爆和偏心120°三線(xiàn)起爆比偏心120°雙線(xiàn)起爆對(duì)目標(biāo)的毀傷效果更好。根據(jù)本文要求，如果運(yùn)用等距偏心120°三線(xiàn)起爆方式達(dá)到本文設(shè)計(jì)的引戰(zhàn)配合要求，就需要再增設(shè)6 條滿(mǎn)足等距起爆要求的起爆線(xiàn)，在實(shí)際試驗(yàn)中會(huì)占據(jù)戰(zhàn)斗部裝藥寶貴的資源，且對(duì)于起爆網(wǎng)絡(luò)的控制也增添了難度，因此，在目標(biāo)占據(jù)60°的空間方位時(shí)，選用偏心120°三線(xiàn)起爆方式達(dá)到最佳效果，如圖14 a）的情況就需引爆起爆點(diǎn)①③，達(dá)到對(duì)目標(biāo)的最佳毀傷效能，其他目標(biāo)占據(jù)一個(gè)空間方位的情況下，引戰(zhàn)配合方式與此類(lèi)似。

方式2：如圖14 b）所示，當(dāng)目標(biāo)占據(jù)2 個(gè)空間方位時(shí)，利用六分位引信探測(cè)目標(biāo)識(shí)別模型，探測(cè)出目標(biāo)位于Ⅱ、Ⅲ區(qū)域，此時(shí)根據(jù)對(duì)于圓柱形戰(zhàn)斗部六分位起爆方式的研究和爆轟波疊加的原理，得出偏心60°雙線(xiàn)起爆方式會(huì)在對(duì)側(cè)空間方位形成120°的定向毀傷區(qū)域，根據(jù)圖14 b）的情況可引爆起爆點(diǎn)②③達(dá)到對(duì)目標(biāo)的最佳毀傷效能，其他目標(biāo)占據(jù)2個(gè)空間方位的情況下，引戰(zhàn)配合方式與此相似。

4 結(jié)論

本文針對(duì)預(yù)制破片圓柱形戰(zhàn)斗部，通過(guò)定向戰(zhàn)斗部的起爆網(wǎng)絡(luò)與引信探測(cè)目標(biāo)識(shí)別模型的相互配合，在引信識(shí)別模型探測(cè)到目標(biāo)脫靶方位后，引爆對(duì)應(yīng)的起爆點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的最佳毀傷效果。研究結(jié)果表明：

（1）與中心起爆方式相比偏心60°雙線(xiàn)起爆可以使戰(zhàn)斗部產(chǎn)生120°的定向毀傷區(qū)域；偏心120°雙線(xiàn)和三線(xiàn)起爆與等距偏心120°三線(xiàn)起爆可以使戰(zhàn)斗部產(chǎn)生60°的定向毀傷區(qū)域。破片數(shù)量也有相應(yīng)的增加?？紤]到增添起爆線(xiàn)對(duì)起爆網(wǎng)絡(luò)控制的難度和對(duì)戰(zhàn)斗部資源的占用，若目標(biāo)分布在150°～210°區(qū)域（60°增益區(qū)），可以選擇偏心120°三線(xiàn)起爆方式，能達(dá)到對(duì)目標(biāo)有效毀傷。

（2）建立了六分位引信探測(cè)目標(biāo)模型，利用6組探測(cè)裝置產(chǎn)生6 個(gè)重復(fù)探測(cè)的區(qū)域，進(jìn)而應(yīng)用6組激光探測(cè)識(shí)別裝置實(shí)現(xiàn)識(shí)別彈體周?chē)? 組空間區(qū)域方位的目的。

（3）本文研究的定向戰(zhàn)斗部的引戰(zhàn)配合方式，可以精確控制戰(zhàn)斗部定向起爆實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的最佳毀傷效果。