防空戰(zhàn)斗部總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及威力評估軟件系統(tǒng)開發(fā)*

孫傳杰，余春祥，李會敏，盧永剛，馮高鵬，姬聰生

(1中國工程物理研究院總體工程研究所，四川綿陽 621900;2中國航天科工集團(tuán)二院二部，北京 100854)

0 引言

戰(zhàn)斗部威力評估是常規(guī)戰(zhàn)斗部研制與開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，貫穿于戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)與開發(fā)的全過程，通過威力評估反映或驗(yàn)證戰(zhàn)斗部的綜合設(shè)計(jì)性能[1]。通常戰(zhàn)斗部威力評估方法包括理論分析、數(shù)值模擬和威力試驗(yàn)。與數(shù)值模擬方法和威力試驗(yàn)方法相比，戰(zhàn)斗部威力理論評估方法具有更高的效率和更廣泛的研究內(nèi)涵，是戰(zhàn)斗部研制初期最為倚重的研究方法。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，戰(zhàn)斗部威力理論評估方法的可視化逐漸成為一種潮流。國外開發(fā)的多款戰(zhàn)斗部威力評估軟件，如美國的BRL-CAD、荷蘭的TARVAC、瑞典的AVAL以及德國的SplitX，已在戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用[2]，良好的人機(jī)交互和圖像展示可有助于全面直觀的評估戰(zhàn)斗部威力性能，推進(jìn)戰(zhàn)斗部的設(shè)計(jì)水平。

自20世紀(jì)90年代末，業(yè)界對威力場模型描述方法、可視化技術(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面開展了多種嘗試和探索，極大的促進(jìn)了戰(zhàn)斗部威力評估可視化軟件開發(fā)[1－4]的發(fā)展。但目前大多數(shù)威力評估軟件多針對某一特定任務(wù)開發(fā)，可擴(kuò)展性和通用性不強(qiáng)。因此針對這一問題，文中在文獻(xiàn)[5]的基礎(chǔ)上，以 Microsoft Visual Studio為開發(fā)平臺，結(jié)合Directx圖像處理技術(shù)開發(fā)了戰(zhàn)斗部總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及威力評估軟件系統(tǒng)。

1 軟件總體框架

本軟件的總體框架如圖1所示，主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊、威力計(jì)算模塊、虛擬試驗(yàn)?zāi)K以及圖像處理模塊和仿真計(jì)算模塊。其中威力計(jì)算模塊是本軟件的核心模塊，該模塊通過讀入戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)完成威力計(jì)算，生成威力場數(shù)據(jù)，通過圖像處理技術(shù)進(jìn)行破片場的虛擬再現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊、威力計(jì)算模塊、虛擬試驗(yàn)?zāi)K三個(gè)主要功能模塊通過一定格式的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)交聯(lián)，使軟件各模塊相對獨(dú)立，有利于提高系統(tǒng)的安全性和維護(hù)性，同時(shí)也能滿足數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性要求。

圖1 防空戰(zhàn)斗部威力評估軟件IDEF功能模型流程圖

2 主要模塊功能設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊的主要功能包含防空戰(zhàn)斗部總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的圖像顯示以及相關(guān)特征參數(shù)的分析計(jì)算等。該模塊采用參數(shù)化描述方法，通過抽取典型結(jié)構(gòu)特征，建立了具有普遍特性的防空戰(zhàn)斗部的參數(shù)化結(jié)構(gòu)表達(dá)方法和相應(yīng)的特征參量計(jì)算模型，可快速實(shí)現(xiàn)防空戰(zhàn)斗部的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和特征參量計(jì)算，圖2為典型防空戰(zhàn)斗部參數(shù)化結(jié)構(gòu)組成。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊的處理流程如圖3所示。結(jié)果輸出數(shù)據(jù)主要包括戰(zhàn)斗部靜態(tài)參量計(jì)算數(shù)據(jù)、破片參數(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)以及戰(zhàn)斗部三維可視化數(shù)據(jù)等。

圖2 防空戰(zhàn)斗部參數(shù)化結(jié)構(gòu)

圖3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊流程圖

2.2 靜態(tài)威力計(jì)算模塊

靜態(tài)威力計(jì)算模塊主要實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗部靜態(tài)威力參數(shù)分析和靜態(tài)威力場的描述等。在威力參數(shù)分析方面，以經(jīng)典的戰(zhàn)斗部威力計(jì)算理論為基礎(chǔ)，建立了不同起爆方式條件下的威力場計(jì)算模型。

靜態(tài)威力計(jì)算模塊的處理流程如圖4所示。靜態(tài)威力計(jì)算模塊的輸出數(shù)據(jù)包括主要的靜態(tài)威力指標(biāo)數(shù)據(jù)。

圖4 靜態(tài)威力分析模塊流程圖

2.3 虛擬試驗(yàn)?zāi)K

虛擬試驗(yàn)?zāi)K采用虛擬試驗(yàn)方式，對戰(zhàn)斗部的相關(guān)威力特性指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。主要功能包括靶場布局的構(gòu)建、破片場描述以及破片終點(diǎn)毀傷性能評定。

虛擬試驗(yàn)?zāi)K的處理流程如圖5所示。虛擬試驗(yàn)?zāi)K的輸出數(shù)據(jù)主要包括各靶板破片命中數(shù)量、穿透數(shù)量以及破片場飛散三維可視化數(shù)據(jù)等。

圖5 虛擬試驗(yàn)?zāi)K流程圖

3 應(yīng)用算例

利于本軟件開展了某多段聚焦戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和威力性能評估，并通過評估結(jié)果優(yōu)化了戰(zhàn)斗部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。與試驗(yàn)結(jié)果對比表明，本軟件具有良好的評估精度，可有效提高戰(zhàn)斗部的設(shè)計(jì)效率。

圖6 戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)界面

圖7 戰(zhàn)斗部破片場的三維時(shí)空變化

4 結(jié)論

文中以防空戰(zhàn)斗部威力評估軟件為例，詳細(xì)介紹了軟件的總體框架、功能模塊組成以及相關(guān)的核心算法，應(yīng)用算例表明，本軟件具有良好的人機(jī)對話功能和評估精度，可為用戶的相關(guān)工作提供支撐。

圖8 戰(zhàn)斗部威力評估分析

[1]錢立新.防空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部威力評估與目標(biāo)毀傷研究 ZW－D－980074[R].中國工程物理研究院GF報(bào)告.

[2]楊云斌，錢立新，盧永剛.戰(zhàn)斗部威力/目標(biāo)易損性評估軟件研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2008，36(6)，66 －70.

[3]宋鋒，蔣建偉.殺爆戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2007，27(4):119 －122.

[4]周家勝，錢建平，張健.軸向增強(qiáng)型戰(zhàn)斗部對導(dǎo)彈目標(biāo)毀傷評估的可視化仿真研究[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26(4):10 －14.

[5]錢立新.破片式戰(zhàn)斗部威力評定及靜態(tài)動(dòng)態(tài)爆轟威力試驗(yàn)仿真研究ZW－D－2000005[R].中國工程物理研究院GF報(bào)告.