仿真技術在彈藥專業研究生培養過程的重要性研究

甄建偉+劉國慶+高興勇+王國棟

摘要：具備完備的彈藥毀傷效能評估能力是彈藥專業研究生培養的目的之一，可以使研究生勝任彈藥戰斗部設計、測試、應用等工作。受經費和時間等因素制約，完全采用外場試驗方法進行相關領域研究存在極大的困難，仿真技術可以完善彈藥毀傷效能評估方法。構建基于仿真技術的彈藥專業研究生培養知識體系，不僅提高了研究生整體培養質量，還進一步增強了彈藥專業研究生未來的崗位任職能力。

關鍵詞：仿真技術；研究生；彈藥專業；培養

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）07-0001-03

根據國防現代化建設需求，我國將兵器科學與技術一級學科分為六個學科方向，其中毀傷理論與彈藥工程學科方向是其重要方面之一。毀傷理論與彈藥工程學科方向主要研究毀傷能量的釋放方式和控制，實現彈藥對目標結構的破壞，以及目標功能的喪失或者降低等[1]，這也是彈藥專業研究生培養的重要方向。彈藥專業研究生通過毀傷理論與彈藥工程學科的理論學習和實踐可以建立彈藥毀傷效能評估知識體系，掌握彈藥高效毀傷技術，可勝任彈藥戰斗部設計、制造、測試、應用等領域的研究工作。

一、研究生培養技術需求

1.問題背景。戰斗部是武器系統毀傷目標的最終單元，它的毀傷威力指標是彈藥專業研究生研究的重要方向[2]。現代戰爭對戰斗部的毀傷效能提出了更高的要求，新的探測與控制技術的出現不斷推動新型戰斗部的發展，新理論、新技術、新材料的突破和應用推動了大量精確高效毀傷戰斗部的產生。當前世界各國都在積極發展采用各種毀傷機理的新型戰斗部技術，以使彈藥獲得更高效的毀傷效能，彈藥專業研究生培養的重要目的也包含于此。

早期的戰斗部毀傷效能試驗主要采用外場試驗方法，這種方法具有真實可靠的優點，但需要耗費大量經費和時間。為避免通過進行大規模的試驗來對戰斗部性能進行驗證，通常運用統計理論，使得能夠以較少的樣本驗證戰斗部的性能，然而即使如此，人力物力的大量消耗也是難以避免的。特別是隨著高技術彈藥結構復雜程度和打擊準確度的迅速提高，戰斗部的設計、定型、靶場試驗也越來越復雜，花費也越來越大，對于生產批量小、單價昂貴的制導類彈藥更是如此。測試成本的提高使得不能進行足夠多的測試試驗，而只能采取小樣本量進行相關試驗，進而經典的統計方法已失去數據基礎，置信度與所需樣本量之間的矛盾日益突出，因此也就不能依靠足夠的統計數據來指導優化設計參數，以進一步提升戰斗部的毀傷效能。

2.制約因素。彈藥專業研究生在進行戰斗部毀傷效能的測試過程中，試驗環境是制約試驗的一個重要因素。比如暴風雨、冰雹、濃霧、大風等嚴酷的氣象條件在實際試驗中很難實現，特別是對于具有目標感知功能的戰斗部而言，難以營造綜合聲、光、電、磁、氣象等干擾因素的復雜試驗環境[3]，試驗設計不夠科學，導致試驗與戰場應用環境不一致，進而造成試驗結論準確性不高，這給彈藥專業研究生的相關研究帶來了很大困難。

3.需求分析。實際靶場試驗測試方法、技術和手段的局限性限制了對戰斗部毀傷效能的測試，進而影響了彈藥專業相關研究方向研究生的培養。比如在進行戰斗部攔截毀傷戰斗機、巡航導彈等高速飛行體的過程中，雖可以采用火箭撬等加速設備進行動態測試，但也僅能實現相向、追尾等交會過程，與實際中的彈目交會姿態尚有很大差異，特別是對于定向毀傷戰斗部測試結果與戰場的實際效用更是相差甚遠。

基于上述原因，在彈藥專業研究生人才的培養過程中，急需開展數值仿真方法和手段的相關教學內容。在研究生開展彈藥相關研究過程中，就可以在數值仿真的基礎上，利用靶場試驗數據結果修正模型參數，實現戰斗部毀傷效能的精確評估，從而減少實彈測試數量，降低研制與試驗成本，節省人力物力，縮短研制與試驗周期，可有效提高戰斗部毀傷效能試驗結論的精確性。從而實現彈藥專業方向研究生培養質量的提高，使之更加勝任未來的工作。

二、仿真技術應用現狀

近年來，隨著光電技術、傳感技術和計算機網絡技術的迅速發展，很多西方發達國家都在致力于仿真技術的研究，并積極探索它在軍事領域的應用前景。1989年，北歐制定“歐幾里德計劃”，將仿真技術作為11項優先合作發展的項目之一。美軍也非常重視這方面的研究和應用，在制導武器系統的開發方面應用模擬和仿真技術已經有很長的歷史，認為系統仿真是武器研制成功的關鍵。1992年，美國提出21項國防關鍵技術，仿真技術位列第6。

在武器裝備的研制過程中，通過采用仿真技術，設計者可以預先進行系統建模和仿真試驗全過程，不但能夠對武器系統的作戰效能進行合理評估，使武器系統的性能指標更接近實戰要求，而且大大縮短了武器系統的研制周期。仿真技術還可對未來高技術局部戰爭的戰場環境、武器裝備的戰術性能和使用效率等進行作戰仿真，有利于軍方選擇那些對整體效能貢獻大、技術可實現的武器裝備進行重點發展，從而優化武器裝備體系的整體質量和效能。

在彈藥武器系統的研制和鑒定試驗中，仿真技術也起著重要的作用。通過對彈藥武器系統進行詳細分析，建立起系統的仿真模型，然后對其進行仿真，從而獲得大量的仿真數據，這些數據可以用于產品的性能預估和測試指導，以及驗收過程的輔助決策等。這樣通過反復的模型修正和仿真，即可大大減少武器系統的試驗與鑒定費用，使有限的經費用于關鍵的試驗和鑒定，從而提高試驗和鑒定的效益。

隨著武器系統日益復雜化，大多新型的彈藥武器系統裝備有貴重的附屬裝置，這樣采用實際的靶場試驗就要付出昂貴的代價。美國國防部公布的資料表明，模擬仿真的投資回報是，1美元的投資，回報為20—40美元。因此，到20世紀90年代初，美國陸軍已建立了室內外結合的制導武器半實物仿真試驗設置，并進行了多種導彈的試驗仿真。美國軍方的主要仿真系統在武器系統研制、鑒定試驗、作戰訓練的過程中發揮了重要的作用，產生了巨大的軍事、經濟效益，這充分說明了靶場建立仿真系統的作用和意義，北約各國紛紛效仿美國的做法，建立自己的仿真系統。

國內在高效毀傷戰斗部關鍵技術方面取得了一定突破，但是在彈藥毀傷效能評估理論與試驗方面仍處于起步階段，尚未建立起基于仿真技術的彈藥毀傷效能的評估體系，難以為彈藥毀傷效能專業人才的培養提供有效幫助，成為制約彈藥專業研究生人才培養質量的瓶頸問題。

三、研究生培養知識體系構建

為了實現彈藥專業研究生培養的高效實用，在彈藥毀傷效能方面研究生培養要注重系統建設，培養知識體系應包括戰斗部威力場模型構建、典型目標易損性模型構建、仿真試驗環境模型構建、毀傷效能程序編寫和毀傷目標評價體系構建等內容。通過數值仿真技術，學習構建目標和周圍環境的仿真模型，將戰斗部威力場、目標易損性、彈目信息感知、戰場環境等因素高度融合，通過對彈藥毀傷目標規律的分析、評定、模擬和計算等方法的學習，使研究生具備彈藥毀傷效能整體仿真評估能力，以滿足彈藥毀傷效能評估測試試驗和研究生專業人才培養的需要。進行彈藥專業研究生培養，使其更加適合彈藥毀傷效能評估工作，其知識體系培養內容應重點包含以下五方面內容。

1.戰斗部威力場模型構建。戰斗部對目標的毀傷一般是通過其在彈道終點處與目標發生的碰撞、爆炸等作用，將自身的動能或爆炸能或其產生的作用元（破片、射流等）對目標進行機械的、化學的、熱力效應的破壞。歸納起來，戰斗部的毀傷作用可分為：破片作用、動能作用、聚能作用、碎甲作用、燃燒作用、軟殺傷作用等。通常情況，戰斗部對目標的毀傷效果大多是幾個基本毀傷作用共同造成的，因此在建立各種典型戰斗部威力場模型時，首先分別建立基于各種毀傷原理的威力場，然后根據戰斗部的特點將各威力場進行綜合，最后確定戰斗部威力場模型，具體建立過程如圖1所示。

2.典型目標易損性模型構建。根據所要對付的主要目標，戰斗部設計者和使用者所關心的問題是戰斗部攻擊敵方目標后，使其原有性能損失的程度以及這種損失對其完成作戰任務的影響程度。這就是目標易損性研究所要解決的問題。目標易損性涉及許多因素，正是這些因素決定著目標耐毀傷的能力。在建立典型目標易損性模型的過程中，首先對戰場目標進行分析，確定戰場上的主要目標類型，通過進行各種目標的易損性影響因素分析，評定目標的破壞等級，并最終建立目標的易損性模型，建立過程如圖2所示。

3.仿真試驗環境模型構建。戰斗部對目標的毀傷是在一定的環境中進行的，因此要獲得戰斗部對目標的毀傷場，必須建立仿真試驗環境模型。戰斗部毀傷目標的過程包括感知、作用、毀傷三個重要過程，其中感知強調戰斗部對目標的探測，作用強調彈藥爆炸所形成的威力場，毀傷強調彈-靶的相互作用。仿真試驗環境就是為這三個過程的仿真計算服務，其應用過程如圖3所示。

4.毀傷效能程序編寫。應用仿真技術的核心是系統的模型化問題，模型是仿真的基礎和前提，在以上對彈藥毀傷目標整個過程建模的基礎上，就可以進行仿真。為了利于仿真模型及其軟件的通用化，提高仿真的復用率，采用通用軟件編寫程序，合理構建計算程序框架，并預留程序接口，以利于今后的拓展。利用成熟的視景仿真技術，將仿真過程和結果可視化。

5.毀傷目標評價體系構建。戰斗部毀傷目標的過程包括戰斗部的毀傷威力和目標的易損性兩個密切相關的問題，它們是同一現象攻、防兩個不同的研究側面，因此戰斗部毀傷目標評價體系的建立過程也應圍繞這兩個方面進行，如圖4所示。

當前計算機技術的飛速發展和軟硬件費用的大幅度下降，為以上內容研究生培養的具體實施提供了有利的條件。通過對研究生培養知識體系的構建，使仿真技術在彈藥武器系統試驗與鑒定中得到應用。通過仿真方法檢驗和評價武器系統的性能不僅是彈藥武器系統研發的必然趨勢，也可促進彈藥專業研究生的培養，提高研究生的崗位任職能力。

四、小結

仿真技術是彈藥專業研究生培養的重要內容，是確保研究生培養質量，提高研究生崗位任職能力的必要手段。作為軍隊院校，要充分認識仿真技術在研究生培養過程的重大意義，積極完善彈藥專業研究生培養方案，構建研究生培養知識體系，豐富仿真技術培養平臺手段，創新形成適合彈藥專業研究生未來發展的科研學術路徑，為提高彈藥專業研究生培養質量奠定基礎。

參考文獻：

[1]國務院學位委員會第六屆學科評議組.學位授予和人才培養一級學科簡介[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2]李翔宇，盧芳云，蔣邦海，等.《武器戰斗部投射與毀傷》課程建設初探[J].高等教育研究學報，2011，（11）.

[3]蔡軍鋒，宣兆龍，武洪文.彈藥保障虛擬仿真實驗教學平臺構建與應用[J].中國現代教育裝備，2015，（227）.

Abstract：The capability of ammunition damage assessment is one of the purposes of ammunition professional graduate training， and it can be used in the design， test and application of ammunition warhead. Due to the financial and time constraints， it is very difficult to use the field test method to study the related field， and the simulation technology can improve the efficiency of ammunition damage assessment method. Building the knowledge system of ammunition specialty postgraduate training based on simulation technology not only improves the overall quality of graduate training， but also further enhance the ability of ammunition professional post office.

Key words：simulation technology；graduate；ammunition specialty；training