航炮對(duì)地面裝甲目標(biāo)毀傷研究

孟新強(qiáng)，齊曉林，臧守飛，李 寧，趙虎德

(1.空軍工程大學(xué)，陜西 西安 710038；2.解放軍94831部隊(duì)，浙江 衢州 324001；

航炮在支援地面作戰(zhàn)中有積極的進(jìn)攻意義，打擊地面裝甲目標(biāo)是航炮的一項(xiàng)新使命。如何研究與評(píng)估航炮武器對(duì)地面目標(biāo)的毀傷效果，成為軍隊(duì)與工程技術(shù)人員非常關(guān)注的問(wèn)題[1]。筆者利用計(jì)算機(jī)平臺(tái)，在等效分析與簡(jiǎn)化的前提下，對(duì)航炮攻擊地面裝甲目標(biāo)的毀傷效果進(jìn)行綜合評(píng)定。

1 地面目標(biāo)的等效性與易損性

等效是指兩個(gè)系統(tǒng)在特定環(huán)境下，其所關(guān)注或研究的特性表現(xiàn)出相同的性能，則認(rèn)為這兩個(gè)系統(tǒng)等效。建立等效系統(tǒng)的目的是將復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，使得可以通過(guò)試驗(yàn)的途徑來(lái)研究其某方面的性能。

目標(biāo)的易損性是衡量目標(biāo)抵御穿甲彈、破片殺傷彈和破甲彈貫穿作用的能力大小。另外，有些情況不能摧毀目標(biāo)或使之喪失行動(dòng)能力，但能使目標(biāo)內(nèi)部部件或人員受到一定程度的損害[2]。

2 示例與分析

本文主要研究彈性模量對(duì)復(fù)合裝甲抗彈性能的影響。裝甲材料的性能受很多參數(shù)影響,其中彈性模量E對(duì)材料性能的影響尤為突出。裝甲結(jié)構(gòu)的彈性模量不同,其抗彈性能有很大差別。本文以?shī)A層為平板的3層間隙裝甲為例,研究各層彈性模量的變化對(duì)抗彈性能的影響。

2.1 建立平板夾層3層間隙裝甲模型

初速為1 800 m/s的高速動(dòng)能彈撞擊夾層為平板的3層間隙裝甲。高速動(dòng)能彈為圓柱體,長(zhǎng)0.20 m,半徑0.015 m；裝甲板為3層均勻厚度的長(zhǎng)方體板,長(zhǎng)2.0 m,寬1.0 m,厚0.12 m。材料屬性如表1所示。

表1 材料屬性

為了直觀明了地發(fā)現(xiàn)和對(duì)比不同彈性模量的穿甲效果,設(shè)定了不同裝甲板材料配置的6種結(jié)構(gòu)方案,如表2所示。

表2 不同材料配置

2.2 模型分析計(jì)算

通過(guò)模擬計(jì)算,可以得出高速動(dòng)能彈通過(guò)平板夾層3層間隙裝甲方案1～方案6后的末速度v，如表3所示。從末速度對(duì)照表可以看出,各層彈性模量E不同的結(jié)構(gòu)方案其抗彈效果是不同的,抗彈性能由高到低依次為:方案5,方案4,方案3,方案6,方案2,方案1。

表3 不同情況下的彈丸末速度

在其他材料屬性一定的情況下可得出以下結(jié)論:

1)等厚度等間隙的裝甲中各層彈性模量不同,對(duì)其穿甲彈的穿深速度也不同。在各層材料密度一定的情況下,改變各層的彈性模量,所得裝甲結(jié)構(gòu)對(duì)其穿甲彈的穿深速度也相應(yīng)變化。因此彈性模量的大小影響著抗彈性能的好壞[3]。

2)通過(guò)上面的分析可以看出,在其他材料屬性一定的情況下,第1層板彈性模量的大小對(duì)材料的抗彈性能的好壞起主要作用。隨著第1層板彈性模量的增加,穿甲彈的末速度隨著下降,并且速度變化越來(lái)越平緩,這說(shuō)明結(jié)構(gòu)的抗彈性能越來(lái)越好。

3)裝甲結(jié)構(gòu)的抗彈性能隨最后一層板彈性模量的減小而提高。從末速度對(duì)照表可以看出,最后一層板彈性模量越小,對(duì)穿甲彈的穿深速度越小,速度變化越平緩,結(jié)構(gòu)的抗彈性能越好。

3 地面目標(biāo)綜合毀傷研究

以航炮武器毀傷綜合評(píng)估系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)地面目標(biāo)射擊等效模擬，對(duì)射擊精度和毀傷效果進(jìn)行綜合評(píng)估。

鑒于地面目標(biāo)的防護(hù)能力較強(qiáng)，假設(shè)使用航炮武器對(duì)1 000 m外的目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)射擊，不考慮火控系統(tǒng)誤差。針對(duì)以下3種不同的等效化復(fù)合裝甲目標(biāo)，按照易損性強(qiáng)弱程度(基于彈性模量與厚度比的優(yōu)劣)由小到大分別編為目標(biāo)A、B、C，即fA

表4 對(duì)地面目標(biāo)的毀傷效果

表中，M為平均必需命中發(fā)數(shù)，m為射擊發(fā)數(shù)，P為單發(fā)命中概率，D為毀傷概率。

由上述仿真與數(shù)據(jù)結(jié)果，可得出如下兩點(diǎn)結(jié)論：

1)對(duì)于防護(hù)能力較弱甚至一般的裝甲目標(biāo)(如目標(biāo)A、B)，命中發(fā)數(shù)在5發(fā)以內(nèi)(約彈藥基數(shù)的1/8)即可取得較好的毀傷效果，而對(duì)于防護(hù)能力特別強(qiáng)的目標(biāo)(如目標(biāo)C)，則一般大于5發(fā)以上才能取得較好的毀傷效果[8]；

2)毀傷效果隨著目標(biāo)的等效易損面積的增大而增大，說(shuō)明對(duì)地射擊時(shí)需掌握好射擊進(jìn)入的角度、航跡與射擊時(shí)機(jī)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在探討彈性模量對(duì)抗彈性能影響的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)對(duì)航炮打擊地面裝甲目標(biāo)的毀傷能力進(jìn)行了綜合評(píng)定。由研究結(jié)果可以看出，目標(biāo)的裝甲結(jié)構(gòu)、彈性模量不同，直接影響到抗彈性能，從而關(guān)系到對(duì)目標(biāo)的毀傷效果，這為研究航炮武器打擊地面裝甲目標(biāo)效能分析提供了一種思路。

參考文獻(xiàn)(References)

[1] 李寧, 齊曉林, 李望西. 基于戰(zhàn)例仿真的航炮射擊評(píng)估系統(tǒng)及應(yīng)用[J]. 火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào), 2011(3): 38-39.

LI Ning, QI Xiao-lin, LI Wang-xi. Fire evaluation system and its application of aircraft cannon based on battle example simulation[J]. Journal of Gun Launch & Control,2011(3): 38-39. (in Chinese)

[2] 李向東. 目標(biāo)毀傷理論工程論及工程計(jì)算[D]. 南京: 南京理工大學(xué), 1996.

LI Xiang-dong. Damage theory of targets with engineering and engineering compute[D].Nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 1996. (in Chinese)

[3] 張自強(qiáng), 趙寶榮, 張銳生, 等. 裝甲防護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京: 兵器工業(yè)出版社, 2000.

ZHANG Zi-qiang, ZHAO Bao-rong, ZHANG Rui-sheng,et al.Technology of armor protection[M]. Beijing: The Publishing House of Ordnance Industry, 2000. ( in Chinese)

[4] 程云門. 評(píng)定射擊效率原理[M]. 北京: 解放軍出版社, 1986.

CHENG Yun-men. Theory of assessing gun-shot efficiency[M]. Beijing: People’s Liberation Army Press, 1986. (in Chinese)

[5] 郭錫福, 趙子華. 火控彈道模型理論及應(yīng)用[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1997.

GUO Xi-fu, ZHAO Zi-hua. Theoretic and applications of trajectory model of fire control[M]. Beijing: National Defence Industry Press, 1997. (in Chinese)

[6] 孫艷馥, 袁志華, 王欣. 隨機(jī)風(fēng)擾動(dòng)下的彈丸落點(diǎn)散布仿真分析[J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào), 2009(29): 209-211.

SUN Yan-fu, YUAN Zhi-hua, WANG Xin. Simulation analysis of falling point distribution of projectiles in stochastic wind disturbance[J]. Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance, 2009(29):209-211. (in Chinese)

[7] 陳杰. Matlab寶典[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2006:120-336.

CHEN Jie. Matlab[M]. Beijing:Publishing House of Electronic Industry,2006:120-336. (in Chinese)

[8] 王鳳英. 毀傷理論與技術(shù)[M]. 北京: 北京理工大學(xué)出版社, 2009.

WANG Feng-ying. Damage theory & technology[M]. Beijing: Beijing Institute of Technology Press, 2009. (in Chinese)