CN109902933B - 一种反舰战斗部打击水面舰船毁伤等级的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反舰战斗部打击水面舰船毁伤等级的评价方法，该方法综合了战斗部内爆炸冲击波威力、舰船目标易损性、以及弹目交会状态特性，定量评价了反舰战斗部打击舰船目标的毁伤能力，具有较好的快速性、准确性。该方法既可应用于新型反舰战斗部毁伤能力论证中，为战斗部毁伤能力技术指标的确定提供技术参考，也可应用于反舰战斗部威力的鉴定、海军作战研训中，为战斗部的精确使用提供技术支撑。

Description

一种反舰战斗部打击水面舰船毁伤等级的评价方法

技术领域

本发明属于毁伤评估技术领域，具体涉及到一种反舰战斗部打击水面舰船毁伤等级的评价方法。

背景技术

反舰战斗部毁伤能力评价，贯穿于战斗部从论证、研制、验收检验和作战使用等全寿命过程，掌握反舰战斗部毁伤效能，科学预测战斗部对舰船目标的毁伤效果和毁伤等级，对于实现反舰战斗部“准确使用、精确毁伤”具有十分重要的军事意义和应用背景。

水面舰船是一个组成类型复杂、功能系统多样的复杂目标体系，反舰战斗部打击舰船目标毁伤效能的评价方法，国内尚未形成一个公认度高、方法统一的评价标准。目前国内反舰战斗部对水面舰船毁伤评价方法主要以战斗部爆炸输出的威力性能指标表征战斗部的毁伤能力，如战斗部在自由地面某距离的冲击波压力峰值，或爆炸火球的最大半径、火球持续时间，或破片的飞行速度、分布密度等，不考虑战斗部威力与目标的耦合关系，不考虑战斗部实际赋予典型目标毁伤威力的发挥效率；或者考虑了水面舰船目标特性，但是将水面舰船目标简化处理成均匀密度、单一功能、形状规则的目标靶，以战斗部威力对目标靶的覆盖面积或覆盖半径，表征战斗部打击舰船的毁伤能力，无法准确评价反舰战斗部的毁伤能力，无法定量的表征舰船目标的毁伤效果或毁伤等级。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有的反舰战斗部打击舰船毁伤评价技术中存在的不足，提供一种战斗部打击水面舰船目标毁伤等级的评价方法。该评价方法主要包括以下步骤：

步骤一：依据战斗部和水面舰船目标特性，建立反舰战斗部打击水面舰船目标毁伤等级评价指标体系。该评价指标体系包括两部分：一是反舰战斗部毁伤效应评价指标，如冲击波压力载荷的峰值、冲量；另一种是水面舰船毁伤效果评价指标，包括舰船分功能系统毁伤评估指标、子功能系统毁伤评估指标、关重部件毁伤评价指标。

步骤二：在舰船上确定坐标零点，建立舰船三维坐标系，并按照舰船毁伤评价指标体系中涉及的关重部件，确定其位置坐标。舰船的坐标零点一般选取舰船主甲板平面中心轴线几何中心或中心轴线与船头或船尾垂面的交点；或者选取船体水线平面中心轴线几何中心，或中心轴线与船头或船尾垂面的交点。

步骤三：依据战斗部弹着点位置、战斗部穿甲运动模型、引信延迟时间，计算战斗部在船舱内的炸点位置坐标，如公式(1)所示：

式中，O(x,y,z)是炸点位置坐标，O₀(x₀,y₀,z₀)是战斗部的弹着点坐标，s是战斗部从弹着点到炸点的飞行距离，θ是战斗部着角，λ是战斗部攻角。

步骤四：依据战斗部内爆炸毁伤威力模型，计算战斗部毁伤元在舰船关键部件位置的载荷大小；毁伤元的大小按照经验公式得到。

步骤五：依据舰船各分功能系统、子功能系统关重部件的载荷大小，结合关重部件或关重部件结构的毁伤准则、毁伤判据，判断各关重部件或关重部件结构的毁伤状态，被毁伤为0，未毁伤为1。

步骤六：依据关重部件或关重部件结构毁伤对其功能系统功能发挥的影响程度，得到舰船的毁伤类型。舰船的毁伤类型分解为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类，舰船各毁伤类型与舰船各功能系统、关重部件的毁伤相互对应。

步骤七：依据公式(2)，计算舰船剩余战斗力丧失情况：

式中，η_kη_kjη_kji分别表示舰船分功能系统、子功能系统、关重部件权重系数；E_kji表示舰船关重部件毁伤程度；o m i分别表示分功能系统、子功能系统、关重部件各组成的数量。

水面舰船各组成的毁伤权重系数分解为三个层级：分功能系统权重层、子功能系统权重层、关重部件权重层。确定各层级组成部分权重时，按照各组成之间的关系得到其权重系数。

步骤八：按照舰船的剩余战斗力的多少，判断舰船的毁伤等级。舰船的毁伤等级分为4级：摧毁、重度毁伤、中度毁伤、轻度毁伤，当剩余战斗力P≤0.20时，判定为摧毁；当0.20<P≤0.60时，判定为重度毁伤；当0.60<P≤0.85时，判定为中度毁伤；当P＞0.85时，判定为轻度毁伤。

本发明的有效益如下：

(1)本发明的反舰战斗部打击水面舰船目标毁伤等级评价方法，综合考虑了战斗部威力、水面舰船目标易损特性、弹目交会特性，能够定量表征了反舰战斗部对舰船目标的毁伤能力。

(2)本发明的反舰战斗部打击水面舰船目标毁伤等级评价方法，能够快速的计算反舰战斗部的毁伤能力，代替了实物试验，性价比高，大大节省了人力、物力、财力，缩短了战斗部毁伤能力评估的时间。

(3)本发明的评价方法既可应用于新型战斗部毁伤能力技术指标的论证，也可应用于反舰战斗部毁伤威力的鉴定，还可应用于海军研训中水面舰船打击前的火力的选择以及打击后的任务部署，具有重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明的评价方法流程。

图2为反舰战斗部打击水面舰船目标毁伤等级评价指标体系。

图3为反舰战斗部弹着点、炸点位置示意。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

参见图1，本发明的一种反舰战斗部打击水面舰船毁伤等级的评价方法，包括如下步骤：

步骤一：依据反舰战斗部和水面舰船目标特性，建立反舰战斗部打击水面舰船目标毁伤等级评价指标体系。该评价指标体系包括两部分内容：一是反舰战斗部毁伤效应评价指标，二是水面舰船毁伤效果评价指标。

所述的战斗部毁伤效应表征参量，主要指冲击波压力峰值毁伤元、冲量毁伤元。战斗部的毁伤元可以随毁伤评价技术研究的深入，进一步补充完善，目前没有包含的毁伤元指标不能理解为对本发明的限制。

所述的水面舰船目标毁伤效果评价指标，包括舰船分功能系统毁伤评估参量、子功能系统毁伤参量、关重部件毁伤评估参量，在确定这些毁伤评估参量过程中，按照从总体到分体，依照舰船总系统→分功能系统→子功能系统→关重部件的顺序进行：

首先，依据舰船完成作战任务要求及各部分的重要程度，确定舰船主要功能系统，如作战指控系统、作战武器系统、航行系统、支撑平台系统、电力系统等；然后，对各功能系统进一步分解，如作战指控系统分解为信息搜集、情报处理、指控中心等，武器系统分解为反舰、防空、反潜、电子战系统等；航行系统包括航行指控系统、动力系统、导航系统等；支撑平台系统包括船体各水密舱室、上层建筑舱室；电力系统包括电站、配电盘等。各子功能系统进一步分解为关键部件，如作战武器系统的舰炮、反舰导弹、防空导弹、鱼雷等。

按照上述分解的四级层次，建立反舰战斗部打击舰船毁伤等级评估指标的树形组成图，参见图2，其中，第一层为舰船总系统层，第二层位为分功能系统组成，第三层是各分功能系统下的子功能系统层，第四层为各子功能系统的关重部件层。其中的关重件部件的确定依据对功能系统的影响程度确定，或通过专家评审的方式确定。

步骤二：在舰船上确定坐标零点，建立舰船三维坐标系，然后按照步骤二中确定的舰船目标的关重部件，确定各关重部件的位置坐标。

参见图3，舰船的坐标零点一般选取舰船主甲板平面中心轴线几何中心，或其中心轴线与船头或船尾垂面的交点；或者选取船体水线平面中心轴线几何中心，或其中心轴线与船头或船尾垂面的交点。

步骤三：依据战斗部弹着点位置、战斗部穿甲运动模型、引信延迟时间，计算战斗部在船舱内的炸点位置坐标。

参见图3，所述的反舰战斗部弹着点坐标设为O₀(x₀,y₀,z₀)，战斗部在船舱内的炸点位置坐标设为O(x,y,z)，炸点位置计算按照公式(3)计算：

式中，s是战斗部从弹着点到炸点的飞行距离，θ是战斗部着角，λ是战斗部攻角。s的计算模型如公式(4)所示：

s＝0.5(υ₀+υ_s)t_c+υ_st_s (4)

式中，υ₀为战斗部着靶速度，υ_s为弹体的剩余速度，t_s为战斗部穿甲后剩余时间，t_c为战斗部穿甲时间，t_c+t_s＝t，t为引信延迟时间，t_c的计算模型为：

t_c＝2(l+h)/(υ₀+υ_s) (5)

式中，l为战斗部长度；h为舰船侧弦等效厚度；υ_s的计算模型为：

Mυ₀＝(M+m_s)υ_s (6)

式中，M为战斗部质量；υ₀为战斗部着靶速度；m_s为冲击塞块质量。塞块的直径等于战斗部外径，厚度等于侧舷或甲板的等效厚度；

步骤四：依据战斗部内爆炸毁伤威力模型，计算战斗部毁伤元在舰船关键部件位置的载荷大小。

所述的冲击波压力峰值△P可按照萨道夫斯基公式或工程经验模型计算得到，如公式(7)所示：

式中，R为距装药中心的距离，单位m；w为战斗部赋予冲击波的等效TNT装药质量，单位kg，一般按照战斗部总装药量70％质量与战斗部装药的TNT当量的乘积得到。

所述的舱室甲板、侧舷受到的冲量的大小，按照公式(8)计算：

式中，I为冲量，单位Pa·s；A为比例系数，一般取值200～300，具体值可依据战斗部装药类型选取。对于温压型战斗部装药，A取277。

步骤五：依据步骤一确定的关重部件，结合关重部件或关重部件结构的毁伤准则、毁伤判据，判断各关重部件或关重部件结构的毁伤状态，被毁伤为0，未毁伤为1。

所述的关重部件，按照其构件特点，分为三种类型：电子仪器、重型设备、舰船甲板或舱壁结构，对于电子仪器，如探测仪器、情报处理仪器等，一般遵循峰值毁伤准则，毁伤阈值为0.1MPa；对于重型设备如轮机、舰炮等，一般遵循峰值毁伤准则，毁伤阈值为0.3MPa；对于舰船甲板或舱壁结构，一般遵循冲量毁伤准则，舰船甲板或舱壁的冲量载荷阈值为临界冲量，临界冲量的计算模型为：

式中，k为比例系数，与舰船材料特性相关，对于Q235钢，k取2.5；σ_b为舰船甲板或舱壁材料强度；c板架中的声速，取5000m/s；h为舰船舱壁或甲板的等效厚度，计算时将舱壁或甲板的板架中的纵骨或横梁等效为壁板厚度，计算模型如公式(10)所示：

式中，L为板架长度，B为板架宽度，板厚为δ，其上纵骨n根，纵骨断面积为F_i，横梁m根，横梁断面积为F_j。

需要说明的是关重件毁伤判据是随目标易损性技术的研究深入，文中所示的关重件的毁伤阈值可进一步补充完善，提高阈值精度。目前所给的参考值不能理解为对本发明的限制。

步骤六：依据关重部件或关重部件结构毁伤对其功能系统功能发挥的影响程度，得到舰船目标的毁伤类型，舰船的毁伤类型分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类，各毁伤类型与舰船的分功能系统、关重部件的毁伤相互对应。

参见表1，所述的水面舰船毁伤类型中，Ⅰ类毁伤是指舰船支撑功能丧失，主要包括连续n(≥舰船抗沉性指标)个水密舱进水，或弹药库爆炸、油舱燃烧爆炸等；Ⅱ类毁伤是指供舰船供电功能完全丧失，主要指全部电站被毁坏；Ⅲ类毁伤是指作战功能系统功能毁伤，主要包括作战情报指控系统或武器装置的功能丧失；Ⅳ类毁伤是指舰船航行功能丧失，包括导航系统毁伤、航行指控毁伤、或动力系统毁伤；Ⅴ类毁伤是指非作战功能丧失，包括生活区或辅助设备毁伤。

表1舰船功能系统毁伤类型分类

步骤七：依据公式(2)，计算舰船打击后的剩余战斗力。

参见表2，所述的舰船各组成的权重系数，按照各组成之间的关联关系，分为三个层级：分功能系统权重层、子功能系统权重层、关重部件权重层。确定各层级组成部分权重系数时，当各组成的功能发挥具有串联关系，按照等权重确定系数，如航行系统的导航系统、航行指控、动力系统为串联关系，各部分权重相同；当各组成部分功能发挥相互独立，具有并联关系时，以平均权重确定系数，如主舰炮系统中前后舰炮互相独立，为并联，因此其权重各占一半，为0.5；当各部分关系复杂，既有串联关系也有并联关系时，采用层次分析法(参照“效能评估方法研究”董尤心主审，第23页)，对所有对象两两比较，建立判断矩阵，计算得到各组成部分权重系数。

表2某护卫舰功能系统、子功能系统、关重部件权重

步骤八：按照舰船的剩余战斗力，判断舰船的毁伤等级。舰船毁伤等级分解为4级：摧毁、重度毁伤、中度毁伤、轻度毁伤，划分毁伤等级的剩余战斗力阈值依次为0.20、0.60、0.85。

参见表2，所述的舰船毁伤等级中，摧毁是指产生了I类或II类毁伤事件，舰船丧失了抗沉性功能，或完全丧失供电功能；所述的重度毁伤，是指产生了Ⅲ类或Ⅳ类毁伤事件，舰船丧失大部分作战能力，或丧失运动功能；所述的中度毁伤，主要指产生了Ⅳ类或Ⅳ类与Ⅴ类毁伤事件，舰船丧失小部分作战功能或运动功能；所述的轻度毁伤，是指产生了Ⅴ类毁伤事件，舰船辅助功能系统功能丧失。

在判定舰船毁伤等级时，首先判定是否产生Ⅰ类、或Ⅱ类毁伤事件，若产生I类或Ⅱ类毁伤，判定舰船毁伤等级为摧毁；若没有，再进行下一步运算，判定是否产生Ⅲ类毁伤，依此类推。依据计算得到的舰船剩余战斗力，当剩余战斗力P≤0.20时，判定为摧毁；当0.20<P≤0.60时，判定为重度毁伤；当0.60<P≤0.85时，判定为中度毁伤；当P＞0.85时，判定为轻度毁伤。最后，给出舰船的毁伤等级、舰船产生的毁伤类型、毁伤的关键部件等信息。

本发明的一种反舰战斗部打击水面舰船毁伤等级的评价方法和评估流程，已据此编制了反舰战斗部打击舰船目标毁伤能力评估软件，该评估方法软件已应用于某新型反舰战斗部在论证阶段毁伤能力的评估中，以虚拟试验代替了实物试验，在数分钟时间内，得到了不同打击位置的反舰战斗部打击某典型舰船毁伤等级结果，大大节省时间、人力、物力，为该型战斗部威力指标的制定提供了技术支撑；该评估方法，还应用于海军海上实船打靶的毁伤效应预评估中，为确定打击舰船的最佳瞄准位置确定提供技术参考。

Claims (5)

1.一种反舰战斗部打击水面舰船毁伤等级的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：依据战斗部和水面舰船目标特性，建立反舰战斗部打击舰船目标毁伤等级评价指标体系，该指标体系中包括反舰战斗部毁伤效应评价指标和舰船目标毁伤效果评价指标；

步骤二：在舰船上确定坐标零点，建立舰船三维坐标系，并按照舰船毁伤效果评价指标中涉及的关重部件位置，确定各自布设位置坐标；

步骤三：依据战斗部弹着点位置、战斗部穿甲运动模型、引信延迟时间，按照式(1)计算战斗部在舰船舱室内炸点位置坐标：

式中，O(x,y,z)是炸点位置坐标，O₀(x₀,y₀,z₀)是战斗部的弹着点坐标，s是战斗部从弹着点到炸点的飞行距离，θ是战斗部着角，λ是战斗部攻角；

步骤四：依据战斗部内爆炸毁伤效应模型，计算战斗部毁伤元在各关键部件位置的载荷大小；

步骤五：依据关重部件所受到的载荷大小，结合关重部件结构毁伤准则、毁伤判据，判断各关重部件的毁伤状态，被毁伤为0，未毁伤为1；

步骤六：依据关重部件毁伤对其功能系统功能发挥的影响程度，得到各功能系统的毁伤类型，毁伤类型分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类；

步骤七：依据公式(2)，计算舰船剩余战斗力P的丧失情况：

式中，η_kη_kjη_kji分别表示舰船分功能系统、子功能系统、关重部件权重系数；E_kji为舰船关重部件毁伤状态；o m n分别表示舰船分功能系统、子功能系统、关重部件各组成的数量；

步骤八：按照舰船的剩余战斗力，判断舰船的毁伤等级；将舰船毁伤等级划分为摧毁、重度毁伤、中度毁伤、轻度毁伤4级，当剩余战斗力P≤0.20时，判定为摧毁；当0.20<P≤0.60时，判定为重度毁伤；当0.60<P≤0.85时，判定为中度毁伤；当P＞0.85时，判定为轻度毁伤。

2.根据权利要求1所述的一种反舰战斗部打击水面舰船毁伤等级的评价方法，其特征在于：所述的步骤一建立的舰船目标毁伤效果评价指标，按照从总体到个体的顺序，分解为舰船总系统层、分功能系统层、子功能系统层、关键部件层。

3.根据权利要求1所述的一种反舰战斗部打击水面舰船毁伤等级的评价方法，其特征在于：所述的步骤六中将舰船毁伤类型分为五类，Ⅰ类毁伤是指舰船支撑功能完全丧失；Ⅱ类毁伤是指提舰船供电功能完全丧失；Ⅲ类毁伤是指舰船作战功能大部分丧失；Ⅳ类毁伤是指舰船运动功能损伤；Ⅴ类功能毁伤是指其它辅助功能损伤。

4.根据权利要求1所述的一种反舰战斗部打击水面舰船毁伤等级的评价方法，其特征在于：所述的步骤七中将舰船目标权重系数分为三个层级：分功能系统权重层、子功能系统权重层、关重部件权重层，当各层级组成的功能发挥具有串联关系时，各组成的权重系数按照等权重确定；当各组成功能的发挥相互独立，具有并联关系时，各组成的权重系数按照平均权重确定；当各部分关系复杂时，按照层次分析法，构建判断矩阵，计算得到各组成部分权重系数。

5.根据权利要求1所述的一种反舰战斗部打击水面舰船毁伤等级的评价方法，其特征在于：所述的步骤八中按照舰船剩余战斗力划分舰船毁伤等级。

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