CN112182898A - 一种动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，先分别建立动能拦截器空间几何等效模型及子母式再入子弹空间几何等效模型，再根据动能拦截器及再入子弹的运动轨迹的关系确定遭遇判别方法，若两者的运动轨迹为重合直线，则判断发生碰撞；若互相平行或互为异面直线，则确定脱靶量平面，通过弹目交汇距离最小时，动能拦截器与再入子弹分别在脱靶量平面上的投影情况，判别遭遇情况。本发明可判别动能拦截器与子母式再入弹头的遭遇情况，获得给定子母式再入弹头在动能拦截器作用下的毁伤效果，可为动能拦截器优化和导弹发射系统改进提供参考。
Description
技术领域
本发明属于防空反导技术和高效毁伤研究领域，具体涉及一种动能拦截子母式再入弹头末端遭遇的判别方法。
背景技术
战略和战术弹道导弹具有射程远、威力大、速度快和突防能力强等特点，是世界军事强国对敌方大纵深、高价值模板实施毁灭性打击的“杀手锏”武器。目前，如何有效拦截弹道导弹，并对其实现“命中即摧毁”的战略目标已成为防空反导领域的重大课题之一。
直接碰撞动能拦截技术的显著特点是利用高精度拦截器直接碰撞弹道导弹，依靠弹目之间巨大的相对速度，在大气层外一举摧毁再入弹头，特别是生化弹头和核弹头。利用动能拦截子母式再入弹头，拦截效果不仅与命中精度密切相关，还与拦截器尺寸、碰撞位置、交会角、碰撞角、相对速度以及子弹排布方式等有关。但是，受实验技术、成本以及实验场地等局限，利用实验研究手段开展动能直接碰撞再入弹头毁伤效应及其影响特性的研究工作，采用地面超高速模拟实验方法，往往难以获得系统的、全面的分析数据。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中存在的问题，克服各方面因素限制超高速模拟实验的实验结果，本发明提供一种动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法。
技术方案：一种动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，包括以下步骤：
根据动能拦截器的外形将动能拦截器等效为几何体或几何体组合，建立动能拦截器等效模型；
根据单枚子弹的外形将单枚子弹等效为几何体或几何体组合，建立单枚子弹等效模型；
根据母弹的几何尺寸、子弹的尺寸及子弹的个数，在母弹中建立空间直角坐标系；根据母弹和子弹之间的相对位置关系，在所述空间直角坐标系中建立所有子弹的几何描述方程，建立子弹排布方式等效模型；
根据动能拦截器等效模型、单枚子弹等效模型及子弹排布方式等效模型，确定各子弹在再入时与动能拦截器在遭遇过程中的运动轨迹；假设各子弹在再入时与动能拦截器在遭遇过程中的运动轨迹均为直线，根据动能拦截器和各再入子弹的运动轨迹分别判断各再入子弹与动能拦截器的遭遇情况：若动能拦截器与再入子弹的运动轨迹为重合直线，则直接判断动能拦截器与再入子弹发生碰撞；若动能拦截器与再入子弹的运动轨迹互为平行直线或异面直线，确定脱靶量平面，在弹目交汇距离最小时，将动能拦截器和再入子弹的三维外形投影到脱靶量平面内，根据脱靶量平面内投影的重合情况，判别动能拦截器和再入子弹是否发生碰撞。
进一步地，根据脱靶量平面内投影的重合情况，判别动能拦截器和再入子弹是否遭遇的具体方法为：若投影重合，则动能拦截器与再入子弹发生了碰撞；若投影不重合，则动能拦截器与再入子弹未发生碰撞。
进一步地，将动能拦截器的外形等效为几何体组合的情况为：当动能拦截器不能等效为单个简单几何体时，根据外形特点将动能拦截器划分为多个几何舱段，分别将各舱段等效为简单几何体，将各简单几何体进行组合，得到动能拦截器的等效模型。
进一步地，将单枚子弹的外形等效为几何体组合的情况为：当单枚子弹不能等效为单个简单几何体时，根据外形特点将单枚子弹划分为多个几何舱段，分别将各舱段等效为简单几何体，将各简单几何体进行组合，得到单枚子弹的等效模型。
进一步地，所述动能拦截器等效模型包括动能拦截器等效的几何体或几何体组合、动能拦截器外形几何方程组。
进一步地，所述单枚子弹等效模型包括单枚子弹等效的几何体或几何体组合、单枚子弹外形几何方程组。
进一步地，确定脱靶量平面的具体方法为：在空间中找到相互平行的第一平面和第二平面，使得动能拦截器与再入子弹的运动轨迹分别位于第一平面和第二平面中，第一平面和第二平面之间的距离即为弹目交汇最小距离；找到脱靶量平面，使得在弹目交汇距离最小时，动能拦截器中心点和动能拦截器速度矢量均在脱靶量平面内，且脱靶量与第一平面、第二平面均垂直。
进一步地，对所有再入子弹进行判别后，记录与动能拦截器发生碰撞的再入子弹的数量，对动能拦截子母式再入弹头毁伤效应进行评估。
进一步地，将动能拦截器和再入子弹的三维外形投影到脱靶量平面内，包括将动能拦截器和/或再入子弹的不同投影面投影到脱靶量平面内。
有益效果：本发明提供一种动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，可判别动能拦截器与子母式再入弹头的遭遇情况，获得给定子母式再入弹头在动能拦截器作用下的毁伤效果，可为动能拦截器优化和导弹发射系统改进提供参考，方法简单易行，不受实验技术、成本以及实验场地等局限。
附图说明
图1为动能拦截器的等效模型建立流程图；
图2为单枚子弹的等效模型建立流程图；
图3为子弹排布方式的等效模型建立流程图；
图4为脱靶量平面的示意图；
图5为动能拦截器与单枚子弹的遭遇判别流程图；
图6为动能拦截器与再入子母式弹头末端遭遇判别流程图；
图7为动能拦截器与单枚子弹末端遭遇仿真流程图；
图8为动能拦截器与再入子母式弹头末端遭遇仿真流程图；
图9为动能拦截器与再入子母式弹头末端遭遇脱靶量平面投影图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
一种动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，包括以下步骤：
如图1所示，根据动能拦截器的外形将动能拦截器等效为几何体或几何体组合，当动能拦截器能够直接等效为简单几何体时就直接等效为单个简单几何体，若不能等效为单个简单几何体时，根据外形特点将动能拦截器划分为多个几何舱段，分别将各舱段等效为简单几何体，将各简单几何体进行组合，得到动能拦截器的等效模型。所述动能拦截器等效模型包括动能拦截器等效的几何体或几何体组合、动能拦截器外形几何方程组。假设本实施例中动能拦截器可简化为圆柱体，其底面直径为0.4m，长度为0.6m。
对于子母式再入弹头，母弹的主要作用是携带子弹至指定作战位置并投放，而子弹的作用则是利用自身战斗部实现对目标的毁伤，特别是携带生化战剂的子弹，在直接碰撞拦截过程中没有完全摧毁或未受损的子弹仍会对地面有生目标造成极大的毁伤。因此，在进行毁伤评估时，必须考虑每个子弹的遭毁伤情况，所以子母式再入弹头的等效包括单枚子弹等效和子弹排布方式等效两个方面。
如图2所示，单枚子弹的等效方法与动能拦截器的等效方法类似。根据单枚子弹的外形将单枚子弹等效为几何体或几何体组合，当单枚子弹能够直接等效为简单几何体时就直接等效为单个简单几何体，若不能等效为单个简单几何体时，根据外形特点将单枚子弹划分为多个几何舱段，分别将各舱段等效为简单几何体，将各简单几何体进行组合，得到单枚子弹的等效模型。所述单枚子弹等效模型包括单枚子弹等效的几何体或几何体组合、单枚子弹外形几何方程组。
本实施例中的母式再入弹头共携带38枚子弹，假设再入子弹可等效为圆柱体，其长度为250mm，底面半径为60mm，子弹在母弹中分三层排布：第一层排列18枚，第二层排列14枚，第三层排列6枚。动能拦截器和再入弹头末端遭遇过程中的交汇角为60°，碰撞角为45°，需要说明的是，交汇角是指拦截器和再入弹头速度方向之间的夹角，碰撞角是指弹目相对速度方向与再入弹头之间的夹角。
如图3所示，根据母弹的几何尺寸、子弹的尺寸及子弹的个数，在母弹中建立空间直角坐标系；根据母弹和子弹之间的相对位置关系，在所述空间直角坐标系中建立所有子弹的几何描述方程，建立所有子弹排布方式的等效模型。
根据动能拦截器等效模型、单枚子弹等效模型及子弹排布方式等效模型，确定各子弹在再入时与动能拦截器在遭遇过程中的运动轨迹。本发明判定动能拦截器与再入子弹是否遭遇的基本思想是：忽略重力的影响，近似认为动能拦截器和子母式再入弹头的在遭遇过程中的运动轨迹为直线，此时，拦截器和再入子弹的飞行轨迹存在如下三种情况：
1、若动能拦截器与再入子弹的运动轨迹为重合直线，则直接判断动能拦截器与再入子弹发生碰撞，子弹遭严重毁伤；
对于该情况而言，通过动能拦截器和再入子弹的速度矢量方向，可判别二者的遭遇情况，在这种情况下，拦截器与再入子弹运动轨迹可用同一条空间直线表示，即为
2、若动能拦截器与再入子弹的运动轨迹互为平行直线或异面直线，确定脱靶量平面，在弹目交汇距离最小时，将动能拦截器和再入子弹的三维外形投影到脱靶量平面内，根据脱靶量平面内投影的重合情况，判别动能拦截器和再入子弹是否发生碰撞：若投影重合，则动能拦截器与再入子弹发生了碰撞；若投影不重合，则动能拦截器与再入子弹未发生碰撞，如图5所示。
其中，确定脱靶量平面的具体方法为：如图4所示，在空间中找到相互平行的第一平面1和第二平面2，使得动能拦截器与再入子弹的运动轨迹分别位于第一平面1和第二平面2中。两个平面之间的距离为脱靶量，即动能拦截器和再入子弹在交会过程中的最小距离。第一平面1和第二平面2之间的距离即为弹目交汇最小距离；找到脱靶量平面3，使得在弹目交汇距离最小时，动能拦截器中心点和动能拦截器速度矢量均在脱靶量平面3内，且脱靶量与第一平面1、第二平面2均垂直。
采用上述方法判别该动能拦截器和子母式再入弹头的末端遭遇情况时，可基于MATLAB仿真分析平台编制程序进行判别，并画出相应的平面几何投影图。在本实例中，由于拦截器和子弹均可等效为圆柱体，因此，在编程分析判定时，可通过二者顶面、底面和矩形区域的重合情况进行判定，只要出现投影重合情况，不管是动能拦截器的哪个投影面还是再入子弹的哪个投影面重合，均认为动能拦截器和再入子弹发生了碰撞。拦截器与单枚子弹末端遭遇仿真流程如图7所示。
在进行动能拦截器和整个子母式再入弹头的末端遭遇判定时，需要依次判别动能拦截器与每一枚子弹的遭遇情况，具体流程如图8所示，最终获得毁伤子弹数，对动能拦截子母式再入弹头毁伤效应进行评估。图9所示为动能拦截器与子母式再入弹头末端遭遇脱靶量平面投影图，其中，粗线框线区域为动能拦截器在脱靶量平面的投影，从图9中能更直观的观测到子母式再入弹头的遭毁伤情况。编程计算表明，在该实例中，遭毁伤再入子弹数目为23枚，且遭毁伤子弹主要分布在第二、三层。
Claims (9)
1.一种动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据动能拦截器的外形将动能拦截器等效为几何体或几何体组合，建立动能拦截器等效模型；
根据单枚子弹的外形将单枚子弹等效为几何体或几何体组合，建立单枚子弹等效模型；
根据母弹的几何尺寸、子弹的尺寸及子弹的个数，在母弹中建立空间直角坐标系；根据母弹和子弹之间的相对位置关系，在所述空间直角坐标系中建立所有子弹的几何描述方程，建立子弹排布方式等效模型；
根据动能拦截器等效模型、单枚子弹等效模型及子弹排布方式等效模型，确定各子弹在再入时与动能拦截器在遭遇过程中的运动轨迹；假设各子弹在再入时与动能拦截器在遭遇过程中的运动轨迹均为直线，根据动能拦截器和各再入子弹的运动轨迹分别判断各再入子弹与动能拦截器的遭遇情况：若动能拦截器与再入子弹的运动轨迹为重合直线，则直接判断动能拦截器与再入子弹发生碰撞；若动能拦截器与再入子弹的运动轨迹互为平行直线或异面直线，确定脱靶量平面，在弹目交汇距离最小时，将动能拦截器和再入子弹的三维外形投影到脱靶量平面内，根据脱靶量平面内投影的重合情况，判别动能拦截器和再入子弹是否发生碰撞。
2.根据权利要求1所述的动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，其特征在于，根据脱靶量平面内投影的重合情况，判别动能拦截器和再入子弹是否遭遇的具体方法为：若投影重合，则动能拦截器与再入子弹发生了碰撞；若投影不重合，则动能拦截器与再入子弹未发生碰撞。
3.根据权利要求1或2所述的动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，其特征在于，将动能拦截器的外形等效为几何体组合的情况为：当动能拦截器不能等效为单个简单几何体时，根据外形特点将动能拦截器划分为多个几何舱段，分别将各舱段等效为简单几何体，将各简单几何体进行组合，得到动能拦截器的等效模型。
4.根据权利要求1或2所述的动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，其特征在于，将单枚子弹的外形等效为几何体组合的情况为：当单枚子弹不能等效为单个简单几何体时，根据外形特点将单枚子弹划分为多个几何舱段，分别将各舱段等效为简单几何体，将各简单几何体进行组合，得到单枚子弹的等效模型。
5.根据权利要求1或2所述的动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，其特征在于，所述动能拦截器等效模型包括动能拦截器等效的几何体或几何体组合、动能拦截器外形几何方程组。
6.根据权利要求1或2所述的动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，其特征在于，所述单枚子弹等效模型包括单枚子弹等效的几何体或几何体组合、单枚子弹外形几何方程组。
7.根据权利要求1或2所述的动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，其特征在于，确定脱靶量平面的具体方法为：在空间中找到相互平行的第一平面和第二平面，使得动能拦截器与再入子弹的运动轨迹分别位于第一平面和第二平面中，第一平面和第二平面之间的距离即为弹目交汇最小距离；找到脱靶量平面，使得在弹目交汇距离最小时，动能拦截器中心点和动能拦截器速度矢量均在脱靶量平面内，且脱靶量与第一平面、第二平面均垂直。
8.根据权利要求1或2所述的动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，其特征在于，对所有再入子弹进行判别后，记录与动能拦截器发生碰撞的再入子弹的数量，对动能拦截子母式再入弹头毁伤效应进行评估。
9.根据权利要求1或2所述的动能拦截子母式再入弹头末端遭遇判别方法，其特征在于，将动能拦截器和再入子弹的三维外形投影到脱靶量平面内，包括将动能拦截器和/或再入子弹的不同投影面投影到脱靶量平面内。
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Granted publication date: 20220729 |