導彈戰(zhàn)斗部打擊下目標毀傷評估的研究進展

翟成林，陳小偉

（1. 北京理工大學 爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京 100081；2. 北京理工大學 機電學院，北京 100081；3. 北京理工大學 前沿交叉科學研究院，北京 100081）

1 引言

隨著軍事科學技術的高速發(fā)展，遠距離作戰(zhàn)已成為現(xiàn)代戰(zhàn)場的主要作戰(zhàn)模式之一。導彈作為其中重要的組成部分，得到世界各國的大力發(fā)展。在此背景下，導彈打擊下目標毀傷評估也隨之成為研究熱點。

導彈打擊下目標毀傷評估是一個基于多學科知識的復雜系統(tǒng)過程，是指對目標實施打擊效果的確定，可分為戰(zhàn)斗部毀傷評估、目標易損性分析以及毀傷過程評估三方面，分別對應的評估主體為導彈戰(zhàn)斗部、被打擊目標及二者之間的相互作用。其中，戰(zhàn)斗部毀傷評估是指圍繞戰(zhàn)斗部毀傷能力開展相關研究，包含毀傷效能、毀傷威力等；目標易損性分析則是基于被毀傷目標特征進行的結構破壞或功能喪失程度的研究；而毀傷過程評估則是借助于數(shù)值模擬與仿真、理論與方法評估或現(xiàn)場試驗等手段，從毀傷機理、影響因素等方面開展過程分析評估［1］。三者研究所獲結果廣泛應用于彈藥設計優(yōu)化、目標防護改進以及作戰(zhàn)策略制定等方面。

圍繞毀傷評估的相關研究，已有學者基于不同側(cè)重開展綜述總結。王華等［2］與樊勝利等［3］針對不同場景下武器裝備的毀傷評估方法進行討論，黃寒硯和王正明［4］側(cè)重于總結武器的毀傷效能，而馬茂春等［5］則對武器裝備的毀傷評估方法、試驗、系統(tǒng)和規(guī)范進行綜述。針對具體目標的毀傷，傅常海等［6］總結梳理了導彈戰(zhàn)斗部對復雜目標毀傷效能評估的一般方法和關鍵技術。顯然，以上工作皆是在特定范圍內(nèi)針對毀傷評估方式、方法或毀傷效能評估等進行總結，而毀傷評估研究涉及范圍廣泛，綜述難以全面涵蓋。

著眼于導彈戰(zhàn)斗部打擊目標毀傷評估研究的總體，本文重點探討沖擊波、破片對不同類型目標毀傷過程中的評估模型、毀傷主體和評估手段等內(nèi)容，給出毀傷評估模型、毀傷過程主體、分類目標毀傷、毀傷評估手段等四方面的歸納評述，而對引戰(zhàn)配合、彈目交匯等非重點探討內(nèi)容僅作粗略分析，詳細框架如圖1 所示。相關分析可為后續(xù)研究提供相應參考。

2 目標毀傷評估模型

圖1 導彈戰(zhàn)斗部打擊下目標毀傷評估概述框架Fig.1 The framework of target damage assessment under missile warhead strike

軍事技術和功能需求的升級促使被打擊的目標變得越來越復雜和多樣，對其進行毀傷程度研究時需要考慮眾多方面因素，包括如何選取適當?shù)姆椒▽δ繕嘶蚰繕藚^(qū)域進行毀傷評估，如何對目標或目標區(qū)域進行毀傷程度判定和等級劃分，以及如何對毀傷評估因素進行綜合并給出一個可擴展的毀傷評估框架等。毀傷評估本身就要依據(jù)目標的特點或特定的過程開展針對性研究，其研究范圍相對廣泛。本節(jié)針對目標毀傷評估模型，從毀傷評估方法、毀傷判據(jù)與準則和毀傷分級標準三方面分析概述。

2.1 毀傷評估方法

毀傷評估方法作為毀傷評估模型的核心，決定著目標毀傷評估過程的準確性、合理性和簡便性。自二戰(zhàn)以來，各國高度重視毀傷研究工作，不斷改進并探究新方法，使毀傷評估方法得到進一步發(fā)展。

發(fā)展和應用毀傷評估方法的目的，在于對目標毀傷程度進行精確評估。表1 總結給出了應用于毀傷評估方面的方法，并給出對應的特征和優(yōu)缺點。

表1 典型毀傷評估方法對比Table 1 Comparison of typical damage assessment methods

毀傷評估作為一個多學科交叉的研究領域，需要應用多方面的知識。由表1 可知，當前應用的毀傷評估方法多是來源于管理學、統(tǒng)計學等學科或是由其中相關方法演變而來。除表1 總結的方法之外，應用于毀傷評估還有串并聯(lián)模型、線性回歸、網(wǎng)絡圖模型、加權求和、降階態(tài)法、熵權法、D-S 證據(jù)理論、相鄰優(yōu)屬度等方法。

毀傷評估的目的在于盡可能通過已知信息預測或評價目標毀傷狀態(tài)，而毀傷評估方法均有著自身的適用環(huán)境，需要基于被評估對象以及評估過程的特征進行傾向性選擇。例如，曲婉嘉等［16］針對較多不確定因素影響下目標毀傷評估問題，提出了一種新型的基于貝葉斯網(wǎng)絡云模型的毀傷評估方法；該課題組［17］還針對雷達陣地毀傷評估問題，提出一種基于GA-動態(tài)BP神經(jīng)網(wǎng)絡的評估方法；而楊青青等［18］應用突變理論和模糊數(shù)學理論組合成一種多屬性決策方法——突變決策方法。

需指出的是，通過現(xiàn)有方法對比可以發(fā)現(xiàn)，對目標僅采用單一的方法進行毀傷評估，不可避免地受到方法本身劣勢的影響，且通常需要被評估的對象較為簡單、常規(guī)。而隨著軍事技術的發(fā)展，目標變得更加復雜，應用現(xiàn)有方法對其進行毀傷評估可能受到較大局限。僅靠單一的毀傷評估方法很難獲得準確的毀傷結果，必須針對目標特點，在最適合方法的基礎上，引入其他理論、方法以克服其不足。因此，有必要對現(xiàn)有評估方法進行改進，如基于評價過程的特征對方法進行組合，進而發(fā)揮出方法各自的優(yōu)勢。

改進方法已成為毀傷評估方法的研究趨勢，其研究難點則是針對目標特點，如何選取最合適的方法以及如何對方法進行改進，以求達到最好的毀傷評估效果。Zhai 和Chen［19］在導彈打擊下島礁目標區(qū)域的毀傷評估中進行了評估方法的探究，結合灰色關聯(lián)度法和層次分析法解決了不同島礁設施重要性的量化，又應用模糊綜合評價法對島礁目標區(qū)域進行了綜合評價。根據(jù)目標特征以及對應的研究需求，選取和整合恰當?shù)臍u估方法，以準確評估目標毀傷程度的方面，仍可開展更廣泛的研究。

另一方面，除已被引入到毀傷評估研究的方法和理論之外，相關學科仍存在未得到開發(fā)利用的理論和方法，且新理論和新方法也在不斷建立。因此，毀傷評估方法的研究仍在繼續(xù)深入。

2.2 毀傷判據(jù)與準則

目標毀傷判據(jù)與準則是評判目標毀傷程度的量化指標，是將定性描述轉(zhuǎn)換成定量判定的評估基礎。國外對其研究較早，目前已形成較為完善的毀傷判據(jù)與準則體系，且廣泛應用于毀傷評估中。與之相比，國內(nèi)則是從20 世紀80 年代才陸續(xù)開展毀傷判據(jù)與準則的研究，其研究的深度與廣度均存在一定的差距。

綜合以往研究，本文將其分為兩類，一是基于能量的角度來判別、量化目標毀傷的研究；二是基于數(shù)量、百分比的角度衡量目標毀傷的研究。需要闡明的是：毀傷判據(jù)與準則的研究側(cè)重、目標層級不盡相同，從構件到系統(tǒng)再到目標整體均有涉及。

研究導彈打擊下目標的毀傷判據(jù)與準則即是研究毀傷元對系統(tǒng)構件、子系統(tǒng)和目標整體的毀傷判據(jù)與準則。依據(jù)文中對毀傷判據(jù)與準則相關研究的分類，首先從基于能量角度的研究評述，其毀傷判據(jù)與準則是以某一界限進行劃分，且相關研究主要集中于沖擊波和破片兩個方面。

2.2.1 沖擊波毀傷準則

衡量沖擊波對目標的毀傷能力依據(jù)其自身的超壓和沖量。當前沖擊波毀傷準則有超壓準則、沖量準則和超壓-沖量準則［20］。其中，超壓準則認為，只有當沖擊波超壓大于或等于某一臨界值時，才會對目標造成一定程度的毀傷。超壓準則是以沖擊波超壓作為唯一衡量標準，由于未考慮超壓持續(xù)時間，其存在嚴格的適用范圍。沖量準則認為，只有當作用于目標的比沖量達到或超過某一臨界值時，才能對目標造成一定程度的毀傷。雖然沖量準則同時考慮了沖擊波超壓、持續(xù)時間和波形等因素，相比于超壓準則更加全面，但其忽略了目標毀傷存在臨界超壓的事實，應用時仍有嚴格的適用范圍限制。超壓-沖量準則認為，沖擊波對目標的毀傷效應由超壓和沖量共同決定，只有二者同時達到或超過某一臨界值，才能對目標造成一定程度的毀傷。顯然，超壓-沖量準則更具科學性和普遍意義，其評判結果將更具有應用價值。p-I 曲線的主要特征如圖2 所示。

圖2 p-I 曲線特征［21］Fig.2 The characteristics of p-I curve［21］

關于沖擊波毀傷準則方面，Pape 等［22］研究爆炸對結構的影響，應用超壓-沖量準則、有限元分析預測爆炸毀傷結果。Marx 等［23］應用超壓和沖量分析評估建筑物毀傷，并探討了p-I 曲線在建筑毀傷中的應用。Zhai 和Chen［19］在評估導彈戰(zhàn)斗部對建筑目標毀傷時，采用了超壓-沖量準則判定建筑目標的毀傷程度。這些學者均是基于超壓-沖量準則對建筑目標進行預測和判定以獲取更為準確的結果。而在研究目標毀傷過程中，應用單一準則只能進行簡單的預測，不能滿足精準評估毀傷的研究需求。除超壓或沖量在目標毀傷中是絕對主導或簡化某一因素不影響目標毀傷分析，目前大部分研究還是基于超壓-沖量準則在開展相關研究。

2.2.2 破片毀傷準則

破片毀傷準則有動能準則、比動能準則、破片質(zhì)量準則［24］。其中，動能準則是以破片對固定目標和活動目標產(chǎn)生作用的動能值來確定目標毀傷程度。比動能準則以單位迎風面積上的破片動能作為判定標準。破片質(zhì)量準則是以破片質(zhì)量判定毀傷能力的準則，其本質(zhì)仍為動能準則。這些準則以能量作為標準，雖然標準單一，但由于簡便，應用廣泛。

一些學者針對破片的毀傷準則進行了一些研究。Konokman 等［25］評估破片戰(zhàn)斗部打擊下的軍用飛機脆弱性，以剩余質(zhì)量和速度來度量破片，通過不同方向的模擬最終得到飛機的毀傷概率。余慶波等［26］從活性破片毀傷機理和毀傷模式出發(fā)，以破片動能以及空間分布密度作為判定準則，建立了一種活性破片戰(zhàn)斗部威力評價模型。王林等［27］在某型155 mm 榴彈靜爆威力試驗中，基于比動能準則對戰(zhàn)斗部殺傷威力進行了評價。

雖然相關學者已對沖擊波和破片的毀傷準則進行一定研究，但由于沖擊波和破片毀傷目標的過程并不能被完全量化，且毀傷程度本身就是一個相對模糊難以界定的概念。因此，研究沖擊波和破片的毀傷準則過程中，仍需要更深入探究以求更精確地判定目標的毀傷程度。

除了從能量角度開展毀傷判據(jù)與準則的研究外，還有則是從數(shù)量、百分比的角度開展的毀傷判據(jù)與準則的研究。這類研究通常比較分散，不同目標、場景、方法的情況下都會存在差異。因此，研究內(nèi)容相對復雜，但這是在方法、模擬評估中判定目標毀傷程度所不可或缺的研究。破片的密度分布準則［24］便是其中之一。該準則認為判定破片毀傷能力時，除考慮破片速度、質(zhì)量外，還應考慮破片的分布密度。王光源等［28］運用馬爾可夫過程理論建立多次攔截反艦導彈的概率模型，其中對戰(zhàn)斗部預制破片進行量化分析，建立了破片的面密度模型，以Pk/h函數(shù)作為毀傷準則。應用密度分布準則首先需要確定密度分布函數(shù)，由于受多種因素的影響，使其存在較大誤差，往往無法很好表達最后的毀傷結果。

除此之外，還有一些學者針對具體目標、情形開展相應毀傷判據(jù)與準則研究。盧熹等［29］根據(jù)水中爆炸沖擊波特性參量的一般形式，提出了一種毀傷準則，給出基于毀傷規(guī)律概率“0-1”分布函數(shù)的毀傷準則與判據(jù)的獲取方法。吳國東等［30］結合子母彈毀傷區(qū)域及目標區(qū)域的特點，建立一種新的子母彈對面目標毀傷效能評估準則。李偉等［31］在空地導彈對兩種停放方式飛機的毀傷研究中，針對侵徹爆破戰(zhàn)斗部對掩蔽庫內(nèi)飛機毀傷，構建了以不同程度毀傷比例為標準的毀傷準則。這些研究均是針對各自場景，給出對應的毀傷準則或是對毀傷準則的確定方式進行研究。

必須指出，雖然國內(nèi)不同單位近年已開展一些目標的毀傷判據(jù)與準則的相關研究，但由于理解不一，存在等級劃分不規(guī)范、體系架構不清晰、界限不明確且沒有形成系統(tǒng)的研究理念等諸多難以解決的問題。與此同時，毀傷判據(jù)與準則的制定在一定程度上需要試驗數(shù)據(jù)作為支撐，歐美國家相關研究由于起步早，相關數(shù)據(jù)積累豐富且多為保密數(shù)據(jù)。目前受限于基礎科學發(fā)展以及數(shù)據(jù)積累程度，難以在短時間內(nèi)趕超。因此，在毀傷判據(jù)與準則制定的標準化方面以及多學科交叉融合方面有待進一步探索。

2.3 毀傷分級標準

在毀傷判據(jù)與準則的基礎上，毀傷分級標準也是毀傷評估中必不可少的一環(huán)。毀傷分級可以量化出目標的毀傷狀態(tài)，有助于對應方案的制定和選取。毀傷分級標準以毀傷評估角度的不同可分為判定目標物理毀傷程度和功能毀傷程度兩方面。同時，毀傷分級標準需要以毀傷判據(jù)與準則、試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果或作戰(zhàn)毀傷要求作為劃分依據(jù)。前文所提到?jīng)_擊波和破片的毀傷判據(jù)與準則便是毀傷分級標準的劃分依據(jù)之一。

相關學者針對目標的毀傷分級標準進行了許多基礎性的探索性研究。其中，楊延平［32］對建筑目標進行毀傷研究，給出一般建筑物毀傷程度的分級標準。王樹山等［33］以撞擊目標單位面積上的有效破片數(shù)量制定目標的毀傷分級標準。王城成等［34］基于導彈功能失效的模式，從部件毀傷效果描述，給出導彈目標的毀傷等級。曾濤等［35］給出了導彈打擊下軍用機場跑道的毀傷等級標準。倪春雷和姜鵬［36］研究反艦導彈戰(zhàn)斗部對艦船毀傷，建立了以損傷典型標志為代表的毀傷分級標準。

當前在毀傷分級標準方面，一般從物理和功能兩個層面將目標的毀傷程度分為3 個及以上的毀傷等級，用于對目標毀傷程度的描述。其中，如何制定和完善毀傷分級標準仍是主要研究方向。由于缺乏明確的標準劃分框架，很多情形下只能依據(jù)具體特征進行相對主觀的毀傷分級標準劃分。另外，還有基于現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)或統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)進行毀傷等級劃分，這種方式相對可靠，但需要有大量數(shù)據(jù)支撐，且對于不同目標通用性差，無法得到廣泛應用。

毀傷判據(jù)、準則和分級標準是評估目標毀傷的重要組成部分，且當前均存在很多問題需要進一步研究，仍存在很大的探索空間。毀傷判據(jù)與準則和毀傷分級標準的本質(zhì)是閾值的確定，而閾值的準確與否直接影響目標的毀傷評估結果。

總之，如何基于被評價對象的特征，引入、組合并確定最理想的方法以達到最為準確的評估結果依然是毀傷評估方法目前研究的重點和難點。對于毀傷判據(jù)與準則的研究，其難點主要集中于明確、規(guī)范等級界限的劃分，以及毀傷數(shù)據(jù)積累、運用方面。對于毀傷分級標準的研究，由于其在一定程度上需借助于毀傷準則與判據(jù)，除毀傷判據(jù)與準則所面臨的難點外，將定性描述準確轉(zhuǎn)換成定量判定亦是另一個難點。

3 毀傷過程主體分析

3.1 戰(zhàn)斗部毀傷效能

戰(zhàn)斗部作為導彈系統(tǒng)中直接對目標進行毀傷的部件，其毀傷效能直接影響著毀傷效果。戰(zhàn)斗部的毀傷效能是指在可靠前提下，戰(zhàn)斗部能對目標造成何種程度毀傷的毀傷概率。它包含兩層含義：（1）在打擊目標的過程中，導彈戰(zhàn)斗部可以造成毀傷的概率；（2）導彈戰(zhàn)斗部產(chǎn)生的毀傷元對目標造成的毀傷程度。

其中毀傷元意指不同類型戰(zhàn)斗部對目標直接產(chǎn)生破壞作用的物質(zhì)，如沖擊波、破片、侵徹體、射流、高溫等。由于毀傷元具有一定的毀傷傾向性，在分析其對目標造成何種毀傷時，不但需要考慮戰(zhàn)斗部威力，還要分析目標特征。導彈打擊目標是一個受多因素影響的復雜過程，而戰(zhàn)斗部毀傷效能研究在其中占有重要地位，因此相關研究非常必要。

3.1.1 戰(zhàn)斗部毀傷概率

按照導彈戰(zhàn)斗部毀傷效能概念可知，求解導彈戰(zhàn)斗部打擊目標的毀傷概率包含求解戰(zhàn)斗部的落點概率。國內(nèi)外許多學者利用蒙特卡羅方法［37-38］模擬打擊效果以及模擬特定射擊方式下的落點分布，是當前應用較多的替代方式之一。相較于解析法模擬與仿真目標系統(tǒng)的落點分布，采用蒙特卡羅方法的優(yōu)勢在于其可以簡化過程，并且基于蒙特卡羅方法的目標毀傷評估可以精確得到毀傷概率值，其中，落點分布多采用二維正態(tài)分布［39］。劉國國等［40］應用蒙特卡羅方法，通過對大樣本量統(tǒng)計，準確計算出圓概率誤差（CEP）。Zhai 和Chen［41］針對導彈戰(zhàn)斗部打擊建筑目標的毀傷概率問題，應用蒙特卡羅方法對導彈戰(zhàn)斗部進行落點模擬。在毀傷等勢線的基礎上，連續(xù)地表征了導彈打擊下建筑目標毀傷概率與毀傷程度的關系，如圖3 給出某矩形（俯視）建筑目標的毀傷概率求解結果。

圖3 某矩形建筑目標的概率毀傷圖［41］Fig.3 Probability damage of a rectangle building［41］

除直接應用蒙特卡羅方法進行落點模擬研究外，還有一部分學者基于蒙特卡羅方法對導彈落點精度開展研究。Morio 等［42］針對蒙特卡羅模擬不能有效估計稀有分位數(shù)，提出一種改進的稀有事件估計方法。Guo 和Zhang［43］提出了幾種與蒙特卡羅方法相結合的方差減小技術。王永杰［44］提出了一個基于蒙特卡羅統(tǒng)計仿真的估計方法，有效提高了落點概率的估計精度。鄭小兵等［45］應用蒙特卡羅方法設計了一種基于制導工具誤差的模擬打靶試驗統(tǒng)計方法。

總結這些研究可以發(fā)現(xiàn)，在應用蒙特卡羅方法進行戰(zhàn)斗部落點模擬時，目前主要考慮影響因素并對其進行改進，使落點模型更加符合真實情況。由于影響因素不一，相關研究仍以具體目標為主，缺乏通用性和系統(tǒng)性。后續(xù)工作需要在計算戰(zhàn)斗部落點概率方法的通用性和精確性進行更深入的研究。

除了研究導彈戰(zhàn)斗部落點概率外，還需要考慮導彈戰(zhàn)斗部近炸過程中是否能對目標產(chǎn)生有效的毀傷，即引戰(zhàn)配合。導彈戰(zhàn)斗部和目標的交會過程中，引信通過利用所獲信息，再配合控制系統(tǒng)，適時引爆戰(zhàn)斗部對目標進行有效毀傷。目標、引信和戰(zhàn)斗部之間協(xié)調(diào)程度的好壞直接影響導彈戰(zhàn)斗部打擊目標的毀傷效果，一般用引戰(zhàn)配合效率進行表征。

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境愈加復雜以及武器裝備越發(fā)多樣，對引信的要求也越高，不但需要可以探測并識別不同速度下的各種目標，還要具備足夠的抗干擾能力。針對引戰(zhàn)配合，相關研究主要圍繞著引戰(zhàn)配合數(shù)學模型、引戰(zhàn)配合參數(shù)設計優(yōu)化以及試驗、評價方法等方面。其中，在引戰(zhàn)配合數(shù)學模型方面，熊森才等［46］基于末端姿態(tài)角、炸點位置等參數(shù)，建立了導彈戰(zhàn)斗部運動過程中與目標毀傷之間的數(shù)學關系。趙宏偉和陳云?。?7］研究了彈道末端彈目交匯過程中引戰(zhàn)配合現(xiàn)象，并建立了高精度數(shù)學模型。朱景偉等［48］基于導彈制導系統(tǒng)和引信信息，建立了任意空間交會下戰(zhàn)斗部起爆延時的數(shù)學模型。張祥金和馮穎［49］在三維垂直慣性坐標系內(nèi)建立了最佳起爆延時和起爆方位角的模型。在引戰(zhàn)配合參數(shù)設計優(yōu)化方面，Nyongesa 等［50］針對引戰(zhàn)配合的最佳起爆延時問題，利用遺傳規(guī)劃（GP）進行起爆延時求解，有效提高了延時運算的時效性。闞飛等［51］提出了一種高效引戰(zhàn)配合方法，解決了針對高速目標，傳統(tǒng)引信延遲控制算法的滯后問題。劉松等［52］基于命中點模型，對巡飛彈的引戰(zhàn)配合進行設計，通過計算進而確定最佳起爆延時時間。無論是對引戰(zhàn)配合進行模型分析還是參數(shù)優(yōu)化，均是圍繞著如何使導彈戰(zhàn)斗部更準確地對目標進行毀傷。由于目標種類變多且目標之間差異明顯，如何探索更有效的方法探測識別目標并確定最佳起爆延時時間依然是目前主要探究的方向之一。

在試驗、評價方法方面，呂鴻鵬等［53］研究引戰(zhàn)配合的彈目交會毀傷概率問題，提出了一種虛擬試驗方法，并設計了彈目交會仿真系統(tǒng)。韓波等［54］提出了一種針對引戰(zhàn)配合效率的評估方法，可以對導彈打擊下目標的引戰(zhàn)配合效率進行評估。洛強等［55］設計了一個引戰(zhàn)配合虛擬試驗系統(tǒng)，并對其子系統(tǒng)模型的實現(xiàn)方法進行了探究。由于引戰(zhàn)配合試驗成本高，而準確的數(shù)據(jù)又是對其進行評價和設計的基礎，因此，開發(fā)可代替真實試驗的虛擬試驗方法也成為目前需要解決的問題。

3.1.2 戰(zhàn)斗部威力

毀傷傾向性導致某種毀傷元僅對某類目標可能具有顯著的破壞能力，因此需針對不同類型毀傷元對不同類型目標的毀傷研究。常規(guī)導彈戰(zhàn)斗部仍以沖擊波與破片為主要毀傷元，故本文主要圍繞二者對戰(zhàn)斗部威力進行概述。

沖擊波對目標的毀傷主要源于超壓和沖量。Marx 和Werts［56］探 索 了p-I 曲 線 在 建 筑 破 壞 中 的 應用。Ferradás 等［57-58］給出了一種估算球形容器爆炸產(chǎn)生的沖擊波對建筑影響的分析方法。Alonso 等［59-61］提出了一種在已知爆炸物TNT 當量前提下，其產(chǎn)生超壓對建筑影響的分析方法。Cullis 等［62］將爆炸沖擊與結構之間交互作用中的建模功能與具有廣泛應用的脆弱性模型相結合，使其能夠適用更多的情況。Luccioni 等［63］對爆炸載荷作用下鋼筋混凝土結構的破壞進行了分析，并再現(xiàn)了炸藥爆炸到完全破壞的整個過程。Held［64］討論了爆炸波傳播及其與目標結構相互作用所涉及的參數(shù)，以指出TNT 等效方法的固有誤差和適用范圍。Zhai 和Chen［41］基于PROBIT 等式，給出沖擊波的超壓、沖量與建筑目標毀傷程度的關系，并據(jù)此關系計算得到建筑目標的毀傷等勢線。再利用蒙特卡羅法模擬導彈戰(zhàn)斗部的落點，最終獲得建筑目標的概率毀傷結果。

上述這些研究主要集中于在某些模型下，如何準確表征沖擊波超壓或沖量的關系，其次是對現(xiàn)有方法進行改進，使其對相應情景更具有適用性。但無論是對沖擊波的模型或是其對目標的毀傷，仍需要探索更準確的方式表征沖擊波的特征以及其對目標的毀傷模型。

破片對目標造成的毀傷受其質(zhì)量、速度、尺寸和分布等眾多因素的影響，毀傷示意如圖4 所示。針對破片對目標破壞過程，宋文淵［65］通過統(tǒng)計殺爆彈戰(zhàn)斗部自然破片的大量外形數(shù)據(jù)，分析其分布規(guī)律。韓夫亮［66］計算了在爆炸載荷作用下預制破片驅(qū)動過程和飛散分布的特性，獲得預制破片在爆炸載荷作用下的主要物理參數(shù)變化規(guī)律?？紫樯氐龋?7］數(shù)值模擬戰(zhàn)斗部殼體產(chǎn)生的破片空間分布及速度特性，探討了破片尺寸的影響因素。安振濤等［68］研究了常規(guī)彈藥爆炸后破片與沖擊波的作用規(guī)律，分析認為兩者同時到達目標的距離與破片形狀和質(zhì)量關系不大。這些研究主要針對破片物理參數(shù)或是分布特征進而分析破片的毀傷過程，本質(zhì)是研究破片自身特性。

圖4 破片毀傷示意圖［19］Fig.4 Top view of fragment damage［19］

除此之外，還有應用破片毀傷模式開展相關研究，討論破片特性及其影響因素。張輝等［69］為解決傳統(tǒng)自然破片戰(zhàn)斗部命中精度不高、毀傷效率低等問題，提出利用大質(zhì)量定向破片群提高毀傷目標的效能。余慶波等［70］從活性破片毀傷機理和毀傷模式出發(fā)，提出了一種活性破片戰(zhàn)斗部威力評價方法，并建立相應的威力評價模型。而另一部分學者針對戰(zhàn)斗部類型或目標進行具體的研究。Moxnes 等［71］運用AUTODYN 對155 mm的殺爆戰(zhàn)斗部進行試驗和仿真研究，計算戰(zhàn)斗部的破片質(zhì)量分布和初速。印立魁等［72］運用AUTODYN 分析已有試驗的爆炸驅(qū)動過程，建立立方體破片的初速計算模型。李翔宇和盧芳云［73］用有限元動力學程序LS-DYNA 模擬了具有相同結構口徑、相同裝藥類型的可變形戰(zhàn)斗部和傳統(tǒng)周向均勻戰(zhàn)斗部的飛散過程。

對于具體戰(zhàn)斗部和目標的破片毀傷研究會隨著軍事科學技術發(fā)展而不斷進步。目前存在的主要問題之一是，戰(zhàn)斗部種類以及目標模型少，不能很好地開展戰(zhàn)斗部毀傷效能評估。因此，無論是對于破片特性，還是破片毀傷目標的過程，均存在一定的研究空間。

3.2 目標易損性

目標易損性研究是指當目標受到導彈戰(zhàn)斗部的打擊后，對其結構、功能損失的毀傷分析，分析的主體為被打擊目標。目標易損性研究是毀傷方式選擇、毀傷方案設計的基礎。

歐美等發(fā)達國家對目標易損性的研究較早，積累了豐富的研究經(jīng)驗和易損性數(shù)據(jù)［74-75］。國內(nèi)相對起步較晚，還沒有形成完善、實用的易損性分析技術，且目前的研究成果到實際應用還存在一定距離。現(xiàn)有對于目標易損性的研究，集中于研究方法、易損性建模以及具體目標的易損性分析。

針對目標易損性研究方法，盧永剛等［74］提出了基于“虛擬模型”的目標易損性/戰(zhàn)斗部威力評估系統(tǒng)方法；肖師云等［76］基于目標真實結構和目標毀傷律模型，提出一種“目標毀傷虛擬模型”的一體化目標易損性描述及建模方法。

針對易損性模型及具體目標的易損性分析，楊云斌等［75］建立了戰(zhàn)斗部威力/目標易損性評估軟件的基本原則和總體框架。鞏建興等［77］以目標系統(tǒng)效能對各種毀傷元素的敏感程度來定義目標易損性，并給出了目標易損性的數(shù)學模型。王玉等［78］提出依據(jù)毀傷元打擊方向，將易損部件投影到呈現(xiàn)面的二維結構易損性等效結構建模方法。對模型的研究存在的問題是易損性模型適用范圍有限，針對不同的目標需要開發(fā)對應的易損性模型。因此，在易損性模型方面，需要提高模型應用的廣泛性。

在易損性模型基礎上，一些學者還開發(fā)了易損性分析系統(tǒng)。掌亞軍［79］介紹了空中目標易損性建模的程序、內(nèi)容、方法。王國輝等［80］建立了典型反坦克彈藥對目標毀傷的數(shù)學模型，利用VC++平臺開發(fā)了主戰(zhàn)坦克目標易損性分析與毀傷評估仿真系統(tǒng)。秦宇飛等［81］對某型飛機彈目交會條件下的目標易損性進行了分析，并設計開發(fā)了該型飛機的目標易損性分析系統(tǒng)。

開發(fā)對應的易損性分析系統(tǒng)可以更加快速得到目標的易損性結果，但目前的易損性系統(tǒng)都互相獨立，不利于推廣使用，因此，可以在易損性系統(tǒng)標準開發(fā)方面進行一定的探索。

戰(zhàn)斗部毀傷效能研究可分為戰(zhàn)斗部毀傷概率研究與戰(zhàn)斗部威力研究。其中，在戰(zhàn)斗部毀傷概率方面，如何改進落點模型使其更加符合真實情況以及如何探測、識別目標以確定最佳起爆延時仍是主要的難點問題。在戰(zhàn)斗部威力方面，準確表征沖擊波、破片特征以及二者對目標的毀傷模型則是研究的重點和難點。對于目標易損性研究，其難點主要集中于易損性研究方法開發(fā)、易損性建模和具體目標易損性分析等方面。

4 分類目標毀傷研究

4.1 單一目標毀傷

單一目標并非簡單目標，是打擊過程中的單一個體目標，包含單一建筑目標與裝備目標。隨著精確打擊的發(fā)展，對單一目標毀傷已成為毀傷評估研究中重要組成部分。目前國內(nèi)外已開展的毀傷評估研究中，大部分是圍繞單一目標開展的，如建筑類的機場、指揮大樓等，設備類的艦艇、飛機、坦克、雷達等。

在建筑目標毀傷方面，Cizelj 等［82］針對建筑物結構的爆炸載荷問題，重新探究了簡單而可靠的結構分析方法，并提出它們在爆炸載荷結構易損性評估中的應用。Heck?tte 等［83］通過數(shù)值模擬與試驗對建筑目標的高能沖擊毀傷進行研究，最終得到相應的毀傷模型。Kelliher 等［84］將蒙特卡羅法與一個簡化但保守的連續(xù)倒塌結構模型進行組合，進而生成數(shù)據(jù)集，并對爆炸載荷下的鋼筋混凝土框架建筑物進行毀傷分析。Atkinson 等［85］描述了建筑物的破壞模型，給出評估內(nèi)部和外部毀傷程度的方法。這些研究的焦點主要集中于在建筑的毀傷模型上，研究建筑目標如何損壞。以毀傷模型為基礎，有些學者開展了建筑目標毀傷應用研究，如劉瑞朝等［86］對幾種精確制導武器攻擊典型通信指揮大樓開展了毀傷效果評估研究，建立了典型地面建筑毀傷元快速工程算法。Stewart 和Netherton［87］描述了沖擊波和破片的概率安全和風險模型如何更好地為定量爆炸風險評估提供依據(jù)。劉衛(wèi)兵等［88］針對機場的特點，從物理毀傷、功能毀傷以及恢復能力等角度出發(fā)，建立了機場目標二級模糊綜合評估指標體系。

建筑目標的毀傷研究主要基于物理強度和結構分析目標的物理毀傷程度。相較于設備系統(tǒng)的毀傷，其研究思路相對固定。而設備往往多樣且不能看作簡單個體，尤其是隨著科技發(fā)展，設備的復雜性和系統(tǒng)性越來越高，其毀傷研究便越發(fā)復雜。謝卓杰等［89］針對子母彈打擊航空母艦的毀傷進行了評估研究。司凱等［90］建立了破片式戰(zhàn)斗部對飛機類目標的毀傷評估模型。李向榮等［91］利用計算機仿真方法進行殺爆彈對主戰(zhàn)坦克毀傷評估。李超等［92］建立了破片式戰(zhàn)斗部對相控陣雷達的毀傷評估模型。由于設備目標種類繁多，研究需求、方式和方法相對各異，因此，難以進行統(tǒng)一規(guī)范。

對于單個目標的毀傷評估，存在的一個主要問題是目標物理毀傷和功能毀傷之間的映射關系不清晰，這也是當前毀傷評估的難點。目前關于毀傷響應函數(shù)的獲取研究一般從物理分析和數(shù)學分析兩個角度展開，為方便描述，通常會基于經(jīng)驗構建一些簡單的毀傷關系函數(shù)，但其建模和使用都是基于對毀傷進行宏觀大致描述，精度不高。另一方面，從純數(shù)據(jù)分析的角度構造毀傷響應函數(shù)是將毀傷過程看作是一個黑盒，利用回歸分析來歸納關系，不能從理論角度對目標進行具體解釋。因此，在物理毀傷到功能毀傷的映射關系方面仍有較大的研究空間。

4.2 集群目標毀傷

當導彈同時毀傷的目標不止一個時，可認為其毀傷的目標為集群目標。集群目標可以為同類型目標，亦可為不同類型目標。衡量集群目標毀傷程度的重要參數(shù)有最優(yōu)瞄準點和最大毀傷面積比。對于集群目標的毀傷，相關研究包括同時毀傷多個目標的毀傷評估，以及開發(fā)各種毀傷算法。

針對同時毀傷多個目標的研究中，Ambrosini等［93］提出了一種在彈坑位置難以獲得情況下，確定恐怖襲擊中爆炸物位置和重量的方法。Ghajari 等［94］研究了爆炸破壞載荷下目標區(qū)域的物理脆弱性。Zhai和Chen［19］對導彈打擊下島礁區(qū)域內(nèi)的各類目標同時毀傷進行了研究，在不同類型目標毀傷模型的基礎上，量化了島礁區(qū)域內(nèi)的總體毀傷程度，如圖5 所示。

圖5 某島礁區(qū)域內(nèi)目標的毀傷量化示意圖［19］Fig.5 Schematic diagram of the damage quantification of an area in island/reef［19］

同時針對多個目標的毀傷效應研究相對匱乏，更多研究集中于目標的打擊順序上。李義文等［95］根據(jù)信息化條件下炮兵作戰(zhàn)任務的特點，建立了炮兵火力打擊目標價值評估的指標體系。張艷輝等［96］在構建珊瑚島礁直接火力準備目標指標體系基礎上，對目標進行加權關聯(lián)度排序分析，從而得到目標最優(yōu)排序結果。侯亮和袁山增［97］在評判指標下計算目標的單指標優(yōu)度，然后經(jīng)模糊綜合評判得到目標的總體優(yōu)度，并據(jù)此對目標進行排序。

這類研究往往依據(jù)所建立的指標體系僅給出打擊順序，無法量化對目標的毀傷程度，參考價值受限。而在現(xiàn)有毀傷技術的前提下，單枚導彈戰(zhàn)斗部對多個目標造成毀傷已經(jīng)十分容易實現(xiàn)。同時，由于戰(zhàn)斗部存在落點誤差，使其對于區(qū)域內(nèi)目標總體毀傷程度的研究更具有意義。因此，需要進一步研究導彈戰(zhàn)斗部對于多個目標的毀傷評估的量化方法，以及進一步開發(fā)在目標打擊順序基礎上多個目標的毀傷研究。

總之，對于單一目標毀傷的研究，如何表征物理毀傷和功能毀傷之間的映射關系依然是目前的重點和難點。對于集群目標毀傷的研究，其難點主要集中在對于多種多個目標的毀傷評估量化方法和算法方面。

5 毀傷評估研究手段

毀傷評估手段是獲得毀傷評估結果的方式，對于導彈戰(zhàn)斗部打擊下目標的毀傷評估過程，不同毀傷評估手段的結果是一致的。但在針對不同目標、工況以及目標時，不同方式獲得被評估對象毀傷結果的難易程度和準確程度不一樣。目前獲得導彈戰(zhàn)斗部威力或目標毀傷程度的主要手段包括數(shù)值模擬與仿真、理論與方法評估以及現(xiàn)場試驗。各種手段都有各自的優(yōu)劣勢，且都存在著各自適應的范圍。因此，在進行導彈戰(zhàn)斗部打擊下目標毀傷評估研究時，應根據(jù)具體的情況和研究手段的優(yōu)劣勢進行綜合確定，數(shù)值模擬與仿真、理論與方法評估及現(xiàn)場試驗三種方式的特點及其相互之間的關系如圖6 所示。

數(shù)值模擬與仿真是通過建立導彈戰(zhàn)斗部或目標的數(shù)值模型，利用各種差分格式計算并獲得最終的毀傷評估結果。計算機和軟件技術的快速發(fā)展構成了數(shù)值模擬與仿真的基礎，試驗與模擬仿真之間的巨大成本差異構成了其發(fā)展的動力。由于數(shù)值模擬具有可重復性，這使得數(shù)值模擬與仿真在導彈戰(zhàn)斗部打擊目標毀傷評估領域迅速推廣。但與此同時，在導彈戰(zhàn)斗部或目標建模時，對參數(shù)需求較多。如若對應數(shù)值模型建立不良，網(wǎng)格精度與計算誤差控制不當，不但會影響最后的計算結果，亦會耗費大量的時間。即使在可控的時間成本內(nèi)得到了較為準確的導彈戰(zhàn)斗部打擊目標毀傷評估的結果，受限于參數(shù)模型、計算場景等因素，使得所得到的計算結果不能或極有限被借鑒。

圖6 毀傷評估手段之間的關系及優(yōu)劣勢Fig.6 The relationship between damage assessment methods and their advantages and disadvantages

目前應用于導彈戰(zhàn)斗部打擊下目標毀傷評估的軟件 有LS-DYNA、AUTODYN 和ABAQUS 等有 限 元 分析軟件以及Matlab、Mathematics 等科學計算軟件。計算的對象包含建筑、飛機和艦船等單一目標以及由單一目標所構成的集群目標。應用模擬與仿真軟件來獲取和評估各類目標毀傷程度的研究已在前文中進行一定介紹，此處不再闡述。

理論與方法評估本質(zhì)上是一種經(jīng)驗方式，是基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)或理論推算出某種情況下被評價目標可能的毀傷狀態(tài)。由于需要以數(shù)據(jù)作為基礎，而對于導彈戰(zhàn)斗部打擊目標的毀傷評估問題中，在很多情景下并沒有足夠的數(shù)據(jù)用于分析，使得應用該方式研究導彈戰(zhàn)斗部打擊目標的毀傷評估仍有很大的空白可以開拓。

對于沖擊波和破片，目前已形成較為完善的經(jīng)驗公式，并且一些學者已對此進行大量研究［60，98-100］。相關經(jīng)驗公式已變成相應的研究工具，后續(xù)研究可以依據(jù)公式的適用條件進行具體應用。而對于數(shù)據(jù)分析方面，尤其是對于建筑物數(shù)據(jù)，在強沖擊作用下建筑結構毀傷數(shù)據(jù)不多，且非常零散，只能大致判斷。而建筑物千差萬別，也就難于依據(jù)這些數(shù)據(jù)準確地判定出整個建筑毀傷情況。因此，在理論分析計算方面仍需要探究更多毀傷元和拓展現(xiàn)有經(jīng)驗公式的使用途徑，使其具有更廣泛的適用性。同時，對于數(shù)據(jù)歸納方面，仍需要對不同目標、不同場景的數(shù)據(jù)進行收集分析。

對于同一目標同一工況下，數(shù)值模擬與仿真、理論與方法評估以及現(xiàn)場試驗均可以獲得導彈戰(zhàn)斗部打擊下目標毀傷評估結果，且理論上三者所獲得結果應是一致的。數(shù)值模擬與仿真可以獲得相對精確且直觀的結果、但其對模型的依賴性非常高，不準確的模型將會造成巨大的誤差。理論與方法評估需要基于毀傷數(shù)據(jù)評估導彈戰(zhàn)斗部打擊下目標的毀傷程度，但評估結果相對模糊?，F(xiàn)場試驗一般能夠獲取真實可靠的毀傷評估結果，但成本消耗巨大。

目前三種方式在導彈戰(zhàn)斗部打擊下目標毀傷評估的研究方面均得到了廣泛的應用，且三種方式是相互聯(lián)系，相互支持。而近年來的研究也多集中在根據(jù)研究對象的特點和研究問題的具體需求，選取最適合的手段，或開發(fā)和改進現(xiàn)有經(jīng)驗公式、數(shù)值模型和方法，并將所得到的結果與試驗測得數(shù)據(jù)進行對比分析，以獲取更具有說服力的毀傷評估結果。

6 總結與展望

6.1 總結

以導彈戰(zhàn)斗部打擊目標的毀傷評估研究作為主線，將評估過程中所涉及相關問題，即毀傷評估模型、毀傷評估主體、分類目標毀傷、毀傷評估手段等，依次進行歸納總結，并開展評述展望。雖然該領域目前已有大量研究，但對于區(qū)域內(nèi)不同類型多目標毀傷評估模型，目標功能分布對毀傷結果的影響以及如何通過理論方法獲得目標的毀傷概率等相關研究仍存在不足。

毀傷評估模型作為目標毀傷量化方式的綜合，通過搭建基本框架并對評估方法、毀傷判據(jù)、毀傷準則等進行最優(yōu)組合，以達到對目標毀傷程度最準確的描述?，F(xiàn)有評估方法繁多，但仍無法得到廣泛性毀傷評估方法。而對于毀傷判據(jù)與準則研究，目前存在的最主要問題是等級劃分不規(guī)范，體系架構不清晰，使其無法形成統(tǒng)一系統(tǒng)，可借鑒性差。

導彈戰(zhàn)斗部毀傷概率是決定能否對目標造成有效毀傷的主要影響因素。目前對落點概率的通用性和精確性仍需要進行更深入研究。而在戰(zhàn)斗部毀傷效能上，缺乏更多場景和戰(zhàn)斗部的毀傷元的研究。作為毀傷過程中的另一主體，目前對不同目標的易損性的研究相對完備，但在目標易損性系統(tǒng)開發(fā)方面仍存在一定欠缺。

被毀傷目標可分為單一目標和集群目標。單一目標研究較多，但對于目標物理與功能之間的映射關系表征不清晰，現(xiàn)有研究僅是宏觀大致描述、精度不高，無法很好的將物理毀傷轉(zhuǎn)換成功能降低。集群目標的毀傷多集中于對同類多個目標的毀傷，對于多個且不同類型目標的毀傷研究十分匱乏。

毀傷評估手段作為毀傷評估的基本方式，相互補充，相互驗證。數(shù)值模擬與仿真可能存在數(shù)值模型不準確，計算結果誤差大，需要反復調(diào)整等問題。在理論與方法評估方面，所研究的毀傷元和經(jīng)驗公式有限?，F(xiàn)場試驗則是在一定條件下對數(shù)值模擬與仿真、理論與方法評估進行補充驗證，但目前受物理條件限制，很多試驗并不能進行，這需要依賴綜合技術的發(fā)展。

6.2 展望

綜上，在現(xiàn)有關于導彈戰(zhàn)斗部打擊下目標毀傷評估問題的研究中，某些方面仍存在有較大的研究空間。故針對于此，提出以下研究建議：

（1）評估方法改進仍是研究重點，但目前得到普適性評估方法并不實際。因此，需針對某場景，以準確性為第一準則，盡可能開發(fā)適用性廣泛且簡單的評估方法。

（2）毀傷判據(jù)、毀傷準則缺乏統(tǒng)一標準，可針對此開展基本標準框架的研究，使其具有良好的借鑒和移植性。

（3）在蒙特卡羅方法的基礎上，應用其對誤差、落點的模擬，降低模擬與實際落點之間的差異，提高戰(zhàn)斗部落點概率預測精度。

（4）對于戰(zhàn)斗部毀傷元，可開展除沖擊波、破片以外更多毀傷元的理論計算方法。而對于目標易損性，亟待開發(fā)簡單、高效、準確的易損性評估系統(tǒng)。

（5）目前單一目標無法準確量化物理毀傷與功能降低之間的關系，需發(fā)展各類型目標的物理與功能之間映射關系及可擴展性的表征方法。集群目標可針對多個不同類型的毀傷評估進行擴展研究，給出綜合毀傷等級。

（6）在數(shù)值模擬與仿真方面，對實物建模的準確性進行研究。在理論與方法評估方面，擴展更多的毀傷元，并獲得相關經(jīng)驗公式。在現(xiàn)場試驗方面，則需要在當前技術條件下，探索更為理想的試驗方法。