CN108563893A - 杀爆类战斗部破片流密度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种杀爆类战斗部破片流密度计算方法。该方法包括以下步骤：根据战斗部结构参数，计算战斗部静止爆炸时的破片飞散角范围，确定轴平面内破片的飞散角根据破片弹道信息和物理参数，计算战斗部爆炸后破片的空间分布及矢量信息；根据弹目交会关系，计算战斗部破片流相对于目标的运动关系。根据破片的弹道信息，得到破片平均相对速度的方程，进而得到破片在相对运动中的坐标x_m,y_m,z_m；计算杀爆类战斗产生的破片流密度。本发明充分考虑了毁伤元的累积效应，能够提高杀爆类战斗部毁伤效能评估的准确性。

Description

杀爆类战斗部破片流密度计算方法

技术领域

本发明武器系统毁伤效能评估技术领域，特别是一种杀爆类战斗部破片流密 度计算方法。

背景技术

在进行杀爆类战斗部毁伤效能评估时，通常采用射击线方法，可到单个毁伤 元对目标的毁伤效能，通过一定的方法将战斗部产生的所有毁伤元的毁伤效能合 成为整个战斗部对目标的毁伤效能，计算简单、快捷。这对分析单枚破片对目标 或部件的毁伤效能具有很高的精确性，但对于多枚破片同时毁伤目标时忽略了毁 伤元的累积效应。比如，就单枚破片而言，无法毁伤目标时毁伤概率为0，利用 射击线方法计算得出战斗部产生的同样破片无论击中目标的数量多少，对目标的 毁伤概率均为0，这往往是不符合实际情况的。我国现有的毁伤评估系统多数为 对毁伤元计算方法进行简化的射击线方法，很难准确描述多毁伤元的累积效应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算方便、精确度高的杀爆类战斗部毁伤效能评 估方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种杀爆类战斗部破片流密度计算方 法，包括以下步骤：

步骤1、根据战斗部结构参数，计算战斗部静止爆炸时的破片飞散角范围；

步骤2、根据破片弹道信息和物理参数，计算战斗部爆炸后破片的空间分布 及矢量信息；

步骤3、根据弹目交会关系，计算战斗部破片流相对于目标的运动关系；根 据破片的弹道信息，得到破片平均相对速度的方程，进而得到破片在相对运动中 的坐标x_m,y_m,z_m；

步骤4、计算杀爆类战斗产生的破片流密度，战斗部静爆时所形成的破片流 密度和破片场密度分别为 进而求出相对运动破片流密度为 为在经过战斗部纵轴平面内破片的平 均飞散方向角，η_n为破片初始位置向量与导弹坐标系Z轴夹角，N_w为破片总数， D为破片落点与炸点距离，S_n为战斗部静爆时破片在半径为D的球面上分布场面积。

本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明采用破片流方法用于杀爆类战 斗部毁伤效能评估，充分考虑了毁伤元的累积效应，能够提高杀爆类战斗部毁伤 效能评估的准确性。

附图说明

图1为本发明杀爆类战斗部破片流密度计算方法的流程图。

图2为破片的飞散范围。

图3为破片矢量。

图4为相对运动的破片流。

图5为破片相对速度矢量。

图6为相对运动飞散锥。

图7为变形的破片流和目标的关系。

图8为破片场的立体角。

图9为战斗部破片分布场。

图10为静态和动态破片流之间的关系。

图11为破片场和目标舱段的交会示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明一种杀爆类战斗部破片流密度计算方法，包括以下步骤：

步骤1、根据战斗部结构参数，计算战斗部静止爆炸时的破片飞散角范围。

如图2所示，静止状态下战斗部爆炸形成的破片流可用下列参数描述：N_w破 片总数；q_w单个破片的质量；α_H破片的弹道系数；V₀破片初速；在经过战斗 部纵轴平面内破片的平均飞散方向角；在轴平面内破片的飞散角；破片流密度(单位面积上的破片数)。

其中参数和可确定轴平面内破片的飞散角范围：

步骤2、根据破片弹道信息和物理参数，计算战斗部爆炸后破片的空间分布 及矢量信息。

破片流的初始条件由向量确定，其在C·K·O_m坐标中的位置用角η_n表 示(图3)。

对于结构确定的战斗部，破片参数N_w、q_w、V₀、基本上是确定，破片 在范围内的分布具有一定的随机性，但不同类型的战斗部服从不同的分布规 律(如均匀分布、正态分布)，在仿真时将此区间分为多个小的子区间，给出子区 间的破片比例，来模拟破片不同的分布规律。

步骤3、根据弹目交会关系，计算战斗部破片流相对于目标的运动关系。

相对运动的破片流是指对目标的相对运动，也即处在目标上看到的破片流运 动。

如向量描述绝对运动中的破片弹道，则向量描述其相对弹道 (如图4所示)。将方程两边除以破片飞行时间t，得到破片平均相对速度的方程：

式中

向量的值和其在C·K·O_m中的位置(该位置用角和η_m表示，见图4)， 很容易通过其在该坐标系轴上的投影求得：

当攻角α_m＝0时

考虑到 将上述关系代入上式得：

当攻角α_m＝0时

如果方程的左部和右部都乘以破片的飞行时间t，则得到破片在相对运动中 的坐标x_m,y_m,z_m。

当攻角α_m＝0时

x_m＝x_my+V_ttcosχ＝x_n+V_mεt+V_ttcosχ

y_m＝y_my＝y_n

z_m＝z_my-V_ttsinχ＝z_n-V_ttsinχ

和相对运动中的飞行距离D＝Vt。

x_my，y_my，z_my为在绝对运动中破片的坐标，而x_n，y_n，z_n为在静态下，爆 炸后经过时间t的坐标。

这样，如果在静止中起爆战斗部时，破片具有某些固定值V₀、η_n，则 在给定的V_m、V_t、χ时，将由半径向量的末端划出其相对弹道，该向量 的位置在每一瞬间由角和η_m表示。

如果大气阻力很小，则系数ε≈1，从而，破片的相对速度V的量值和方向 均为常值，这就意味着破片的相对弹道是直线和向量V方向相重合。

当大气阻力大时，破片的相对弹道是非直线的。随着破片的绝对飞行距离D_y的增大，或者等价飞行时间t的增大，值ε减小。从而，随着破片飞行时间的增 大其平均相对速度V将减小，并且向量相对目标方向的角和η_p将发生变化。

在分析相对运动的破片流问题时，用导弹的相对速度向量V_r描述比较方便， 即在坐标系OX_rY_rZ_r中，而不在导弹坐标系中。

半径向量以及破片平均相对速度向量在C·K·O_r中的位置将用角η_r表示(图5)：

根据弹体坐标系和弹联相对坐标系的转换关系可得：

显然

为了求解方便，在研究破片流时，经常在x_rz_r平面内画出破片流的切面，在 该平面内包含有速度向量三角形这里不考虑大气阻力。

当在迎头和尾追航向上导弹攻击目标时，当sinχ＝0，导弹相对速度向量和导弹纵轴方向一致(图5)。这时，在相对运动中的破片流相对导弹纵轴和向量仍是对称的，并限制在两圆锥内，圆锥的母线倾角和

如图6所示，假设导弹在C.K.O中的xoz平面内通过。如果相对目标战斗部 在A点起爆，则破片流脱离目标。为了使破片落在目标上，必须沿导弹的相对 弹道略晚起爆战斗部，例如在B点，。

当sinχ≠0时，导弹以交叉航向攻击目标，破片流相对导弹纵轴是不对称的。 在和方向不重合的向量作用下产生“变形”。在图6上列出了在x_ry_r平面内， 破片流的切面图。可以看出该切面的严重不对称性。破片流的变形将使导弹接近 目标的所有可能情况下，引战配合设计更加困难。破片流的变形程度将取决于V₀和V_r之比；当V₀＞＞V_r时，破片流相对导弹纵轴在任意和间的夹角ε_p下非 对称性都不大。

在图6上，导弹在和目标固连的C.K.O的xoz平面内从目标的左边通过，当 在A点起爆战斗部时，破片流将脱离目标，为了保证破片流覆盖目标，应略晚 起爆，例如在B点。

步骤4、计算杀爆类战斗部产生的破片流密度。

定义飞散在单位立体角内的破片相对数量称为破片流密度，其值为：

式中，为立体角内飞散的破片数；N_w为破片总数；η表示立 体角相对炸点的方向角。

破片流密度的概念适用于任何一种破片流(静止、绝对和相对运动中起爆战 斗部时)，因此，在上式中略去参数和η的下标。下面对具体的破片流应对参数 和η给出相应的下标。

定义落在离炸点距离D垂直于破片飞行方向的单位面积上的破片数为破片 场密度

下面分析和之间的关系。

设破片场密度已知，则落在垂直于半径向量的单位面积ΔS上 的破片平均数为(图8)：

对应面积ΔS的立体角为(见图8)：

可得：

可写为：

可见，破片场的密度反比于离炸点距离的平方。

战斗部静爆时，将破片流密度和破片场密度记为和常在研制和设计战斗部时，力求使静止下起爆战斗部时，所形成的破片分布场密 度为均匀的，即和η_n无关：

式中，S_n为战斗部静爆时破片在半径为D的球面上分布场面积。

对于径向破片战斗部，杀伤元素分布在球面上(图9所示)，因此

得到：

显然

相对运动中的破片流和静止中的破片流差别很大，破片流的密度也相应地变 化。设在C·K·O_m中，相对运动中的破片流密度和破片场密度为和

假设静止起爆战斗部时的破片流密度为已知，下面分析 和之间的关系。

取垂直于半径向量V₀εt的单位面积ΔS(见图10)。落在该面积上的破片平均 数：

式中，为支撑在垂直于向量V₀εt面积为ΔS上的立体角。

由于ΔS面积很小，可以认为所有落在其上的破片飞行时间t是相等的。因 此，在相对运动中所有落在上面的破片还沿向量移动相等的距离，这 等价于面积ΔS在时间t内平行地从A_n点移动到A₀点。这样在静态中飞散在立体 角Δη_n中的破片在相对运动中将限制在立体角Δη_m中，该立体角支 撑在同一个面积ΔS上，但该ΔS位于离炸点距离D＝Vt的A₀点上。据此

可得：

所以有

式中，ν为和位于A₀点的面积ΔS法线间的夹角。

得到

按下式求出和向量间的夹角

cosv＝l_Vl_V0+m_Vm_V0+n_Vn_V0

式中l_V、m_V、n_V和l_V0、m_V0、n_V0是向量和和在o_mx_my_mz_m坐标系下的向量 余弦：

最终得到

当sinχ＝sinq＝0(迎头或尾追攻击目标)，η_n＝η_m从而

如果不计空气阻力(ε＝1)，则：

其中

如果在C·K·O_r中分析破片流，则其相对运动中的密度可以求出， 这时需用破片流在C·K·O_r中的角坐标η_r代替表示在C·K·O_m中破片相对速 度向量方向的角坐标和η_m。

这时

向量的角坐标和可以用下列方法求出。根据弹联相对 坐标系和弹体坐标系之间的转换关系得：

式中(见图7)从而

这样，如果已知导弹接近目标的条件V_m、V_t、α_m、χ(或q)，静止下起爆战 斗部时的破片流密度以及向量可以求出破片的相对速 度V和表示其在相对运动中飞行方向的角η_m；也可以求出在向量方向上的 破片流密度。

实施例

本实施例应用于杀爆类战斗部破片流密度的计算，具体如下：

战斗部数据：破片数目为3000枚，破片静态飞散角破 片初速V₀＝1800m/s，破片质量为1.5g。目标速度为0(目标静止)，导弹速度 V_m＝800m/s，和目标平行迎头飞行，核对结果，炸点位置为(-1,-9.5,0,)，战斗 部爆炸的位置如图11所示。可得破片流密度为ρ_R2＝43.53枚/m²，ρ_R3＝42.19枚 /m²。

Claims (5)

1.一种杀爆类战斗部破片流密度计算方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、根据战斗部结构参数，计算战斗部静止爆炸时的破片飞散角范围；

步骤2、根据破片弹道信息和物理参数，计算战斗部爆炸后破片的空间分布及矢量信息；

步骤3、根据弹目交会关系，计算战斗部破片流相对于目标的运动关系；根据破片的弹道信息，得到破片平均相对速度的方程，进而得到破片在相对运动中的坐标x_m,y_m,z_m；

步骤4、计算杀爆类战斗产生的破片流密度，战斗部静爆时所形成的破片流密度和破片场密度分别为 进而求出相对运动破片流密度为 为在经过战斗部纵轴平面内破片的平均飞散方向角，η_n为破片初始位置向量与导弹坐标系Z轴夹角，N_w为破片总数，D为破片落点与炸点距离，S_n为战斗部静爆时破片在半径为D的球面上分布场面积。

2.根据权利要求1所述的杀爆类战斗部破片流密度计算方法，其特征在于：所述步骤1中，根据轴平面内破片的飞散角公式计算战斗部静止爆炸时的破片飞散角范围，其中，在轴平面内破片的飞散角。

3.根据权利要求1所述的杀爆类战斗部破片流密度计算方法，其特征在于：所述步骤2中，根据战斗部类型选择不同的分布规律

来模拟破片不同的分布规律。

4.根据权利要求1所述的杀爆类战斗部破片流密度计算方法，其特征在于：所述步骤3中，根据弹目交会关系，计算破片在相对运动中的坐标x_m,y_m,z_m，具体如下：

其中，χ为截获角；V_m和V_t分别为导弹和目标运动速度，α_m为导弹攻角；x_n、y_n、z_n为破片在战斗静态下爆炸后经过时间t的坐标；ε为距离D处的破片与爆炸初始时速度之比。

5.根据权利要求1所述的杀爆类战斗部破片流密度计算方法，其特征在于：所述步骤4中，战斗部静爆时破片流密度根据以下计算公式得到：

式中，为立体角内飞散的破片数；η表示立体角Δη相对炸点的方向角；

相对运动时流密度根据以下计算公式得到：

其中η_m为破片在相对运动中的立体角，V和V₀为破片的相对速度值和破片的实际速度值。