预制破片弹对装甲目标毁伤效能计算

2015-02-26 05:40吴正龙

兵器装备工程学报 2015年5期

聂浩，吴正龙

(陆军军官学院，合肥 230031)

目前我军各主战火炮都配备了预制破片弹，预制破片具有形状可控、分布密集、毁伤能力强等优点，在对付装甲目标时其优点尤为明显。然而，目前预制破片弹的毁伤计算研究相对滞后，基本沿用了自然破片弹的毁伤研究方法，没有对预制破片弹特点进行分析研究，特别是没有预制破片场的弹道性能进行专门研究。针对此问题，根据毁伤元特点，对预制破片弹毁伤效能进行计算研究。

根据自然破片战斗部的经验，除直接命中外，在正常炸目距离情况下，预制破片战斗部的冲击波对装甲目标一般不会造成明显伤害;另一方面，预制破片战斗部头部和尾部的自然破片毁伤效能低、散布大，对装甲毁伤可也以忽略;因此，对付装甲目标，预制破片是主要毁伤元。

1 破片场计算

1.1 破片速度

预制破片由炸药爆炸形成的冲击波驱动，影响速度的因素很多:质量、尺寸、装药量、相对位置等，一般用格尼公式计算破片速度［1］

式中:vo为破片初速;D0是炸药格尼常数，用来描述炸药性质，为无量纲常数;C为炸药质量;M为战斗部外壳质量。

对于预制破片弹，战斗部头部和尾部产生自然破片，预制破片仅存在于圆柱部，在计算预制破片速度时，炸药、壳体质量按圆柱部部分计算。

战斗部在弹道末端爆炸，预制破片受冲击波驱动而产生速度，此时破片速度应考虑战斗部的速度叠加，因此破片的速度 vfo为

式中:vz是战斗部速度;ψ是战斗部轴线与静爆速度夹角。

1.2 破片速度衰减

由于空气阻力的影响，破片在空气中速度逐渐衰减，速度可由表示为

式中:vf是破片速度;Ca是空气阻力常数;ρa是空气密度;sf迎风面积;Rd是破片运动距离。

1.3 破片分布

战斗部爆炸后，破片在空间呈球面分布，破片在战斗部两端分布较少，在战斗部中间分布比较集中，一般以炸药爆心为顶点，将包含90%破片的角称为飞散角。破片飞散角Δψ=ψ1+ψ2，ψ1、ψ2为破片轴向两端飞散方位角，其大小可以表示为

式中，γd为战斗部外壳法线与弹轴夹角。

根据泰勒公式可得出破片速度方向与外壳法线夹角θo为

式中，γ0是炸药爆轰波的阵面法线与弹轴夹角。

战斗部在运动中爆炸时，考虑到战斗部速度，破片飞散角需要在静态飞散角基础上加以修正，设动态飞散方位角为ψ'，则 ψ'为

由式(6)可得破片飞散区间为

1.4 破片密度

忽略重力影响，认为破片在战斗部周向均匀分布，在轴向呈正态分布，则分布概率为

2 目标易损性分析

2.1 目标毁伤树

以某型装甲运输车为例［2］，将该装甲车看作一个系统，按照功能，将其划分为外装甲、底盘系统、牵引系统和通信系统、电气系统、武器系统等系统，每个子系统包含若干要害部件(如图1所示)。

图1 装甲车部分毁伤树框图

2.2 目标毁伤级别

按照毁伤不同部件对装甲车辆的影响，将装甲车辆毁伤分为M、F、K 3个级别:M级为装甲车辆抛锚，不能行驶或行驶不受控制;F级为装甲车辆武器或武器保障装备受损，丧失火力;K级为装甲车辆受重创，完全丧失作战能力，没有维修价值。

2.3 毁伤准则

部件毁伤准则是判用来断部件是否毁伤的判据，毁伤准则描述了部件毁伤与毁伤元之间的相互关系，一般用毁伤函数表示，毁伤函数为

式中:pai为第i个部件受破片场作用而造成的毁伤概率;pi为部件受破片i作用而毁伤的概率，将在4.3节中加以说明;ni为第i个部件被击中的破片数。

用同样的方法计算目标其他部件的毁伤概率，目标总体毁伤概率可表征为

式中:pa为目标整体毁伤概率;n为目标所含部件数;ri为该部件毁伤贡献系数，为描述部件毁伤在整体毁伤中所占权重，为无量纲常数。

3 交汇计算

分析破片与目标在空间交会，需考虑空间位置关系，因为破片飞行线路以及目标交汇比较复杂，在同一坐标系下建立模型计算比较困难;因此，根据需要，建立弹体坐标系、地面坐标系、目标坐标系，由于装甲目标速度相对于破片飞行速度很低，可视装甲目标为静止，将地面坐标系和目标坐标系合并，并确立坐标系之间的转换关系［3］。