破片式戰斗部的破片初始運動參數初始化方法研究

吳景超（江南機電設計研究所，貴州貴陽，550009）

破片式戰斗部的破片初始運動參數初始化方法研究

吳景超
（江南機電設計研究所，貴州貴陽，550009）

在戰斗部破片實際物理飛散過程研究基礎上，根據彈道仿真得到彈目遭遇數據，對破片式戰斗部破片的初始運動參數進行初始化，可得到每枚破片的運動軌跡，為戰斗部殺傷場仿真和目標毀傷判斷奠定基礎。

破片式；運動參數；初始化

0 引言

現代防空導彈多采用破片式戰斗部，利用爆炸產生的高速破片摧毀目標。而作戰過程仿真對于防空導彈武器系統研制有不可或缺的作用，起到縮短研制周期、節省研制經費和有效進行系統效能評估等功能。因此，對戰斗部破片運動參數初始化研究有著重要意義。

現在廣泛采用的有“徑向均強型”和“定向型”兩種戰斗部。徑向均強型戰斗部在靜爆條件下起爆后，產生的破片在徑向上基本呈均勻分布；而定向戰斗部在靜態起爆后，其大部分破片在彈體徑向上和周向上都高度集中飛散，能在目標方向上提高破片分布密度，以提高殺傷效果。

因此，本文針對仿真對“徑向均強型”和“定向型”兩種戰斗部破片初始運動參數初始化方法進行研究。

1 角度定義

根據破片飛散特性，首先對破片飛散區域的角度進行定義，以描述不同破片初始飛散方向。

在彈體縱軸方向，角度∠as為破片飛散區中心到彈體X軸的夾角，∠bs為破片飛散區角度大小，飛向角∠feix為某枚破片飛散方向和彈體X軸的夾角。

在彈體徑向，飛散角為∠feis某枚破片飛散方向和彈體Z軸的夾角。對于定向戰斗部，角度∠rs為破片定向區域中心線與彈體Z軸的夾角，∠ds為定向區域的角度大小。

2 戰斗部運動參數初始化

2.1 角度初始化

2.1.1 徑向均強型

徑向均強型戰斗部靜態起爆后，破片在徑向360°范圍內和縱軸方向飛散區域∠bs內基本呈均勻分布，因此飛散角∠feis在(0°,360°)內取均勻隨機數，飛向角∠feix在飛散角范圍內(as-bs/2,as+bs/2)取均勻隨機數即可。

2.1.2 定向戰斗部

定向戰斗部靜態爆炸后，在徑向的破片集中區域范圍內的破片飛散角∠feis在(rs-ds/2，rs+ds/2）取均勻隨機數；集中區域外的破片飛散角在（0，rs-ds/2）|(rs+ds/2,360)范圍內取均勻隨機數；破片在縱軸方向的飛散區域∠ds內呈均勻分布，對破片飛散角∠feis在飛散角范圍內(as-bs/2,as+bs/2)取均勻隨機數。

2.2 破片初速分量

設破片初速為V0，破片初速為Vp，因此在彈體系下破片在各方向上速度分量見式(1)。（1）式中，∠feix、feis分別為破片飛向角和分散角，vpx1、vpy1、vpz1為破片初速在彈體系下的速度分量。

2.3 破片初速與導彈和目標速度疊加

“研發這塊我們還是挺給力的！”余保寧介紹，2018年，燕塘乳業設立了博士后科研工作站，成功通過國家優質乳工程驗收。“全國僅有光明、三元、燕塘等十幾家乳企通過了優質乳工程認證。這應該是目前全國最領先的一個標準，標志著我們國家真正從有奶喝到喝好奶！”

得到破片初速分量后，將破片速度與導彈、目標速度疊加，得到破片動態飛散區。

（a）將導彈速度從速度坐標系轉換到彈體坐標系中

坐標系的轉換矩陣見（2）。

在速度坐標系中，導彈速度分量見（3）。

將導彈速度從速度坐標系轉換到彈體坐標系中，見式（4）。

由式（3）、（4）得到彈體坐標系中的導彈速度分量：

（b）在彈體系中將破片速度和導彈速度分量疊加，如公式（6）。

（c）將疊加了導彈速度的破片速度從彈體系轉換到地面系中。

由地面坐標系轉換到彈體坐標系的轉換矩陣（7）

即為式（8）

而逆矩陣公式如（9）

得到彈體系到地面坐標系的轉換公式，見式（4-10）：

經（a）、（b）、（c）轉換可得到疊加導彈速度的地面系下的破片速度。

（d）目標速度換算到地面系中

目標速度vt、目標彈道傾角θt和偏角φvt，由式（11）可得到目標速度在地面系下分量。

（e）在地面系下將破片和目標速度分量疊加，得到疊加了相對速度的破片速度。

式（3）~（12）中：

圖1 徑向均強型戰斗部和定向型戰斗部50ms時破片的位置

經（a）、（b）、（c）、（d）、（e）轉換可得到疊加了導彈、目標速度的地面坐標系下的破片初始運動參數。再對破片初始運動參數進行積分，即可得到破片實時的位置，可用于后續戰斗部殺傷場仿真。

3 仿真驗證

根據彈道仿真結果獲取彈目遭遇數據，對破片運動參數進行初始化。一次仿真中，設定戰斗部參數以及仿真的彈目遭遇數據如表1所示。

表1 戰斗部破片初始參數

∠as 90° α 4.042°攻角α 0°∠bs 20° β 0.468°側滑角β 0°∠rs 180.017° ? 0.682°俯仰角? 0°∠ds 20° φ 358.659°偏航角φ 138.258° V0 2500m/s γ 0滾轉角γ 0

對破片初始運動參數進行積分，即可可得到每枚戰斗部破片實時的位置，可得到破片的靜態和動態飛散區。

a）靜態飛散區

仿真中，記錄50ms內的破片軌跡，觀察彈體坐標系下靜態破片飛散情況（未疊加導彈和目標速度）如圖1所示。

b）動態飛散區

將破片速度疊加上導彈和目標速度，記錄50ms內的破片飛行軌跡，得到破片的動態飛散區如圖2所示。

圖2 徑向均強型戰斗部和定向型戰斗部破片動態飛散區

4 結論

根據仿真驗證，可看出本文的破片式戰斗部破片初始運動參數初始化方法是一種可行且實用的方法，能夠在作戰過程仿真中，為戰斗部殺傷場仿真提供破片運動軌跡，為目標的毀傷判斷奠定基礎，具有一定的參考價值。

[1]吳景超.防空導彈武器系統效能分析的建模與仿真[J]，2015.

[2]陳杰. Matlab寶典[M]，2013.

[3]張志涌. 精通Matlab R2011a[M]，2013.

[4]李新國. 有翼導彈飛行動力學[M]，2013.

Study on the initial motion parameters of fragment warhead is the initialization method

Wu Jingchao
(Guiyang Institute of mechanical and electrical design,Guiyang Guizhou,550009)

Based on the research of warhead fragments flying on the actual physical process, according to the ballistic simulation of missile / target encounter data, the initial motion parameters of warhead fragments can be initialized, each fragment trajectory is obtained for the warhead field simulation and target damage judgment basis

fragment type; motion parameter;initialization;