定向含能动能杆战斗部毁伤效能评估模型研究*

汪汝根,韩晓明,吴振亚,陈俊杰

(空军工程大学防空反导学院,西安 710051)



定向含能动能杆战斗部毁伤效能评估模型研究*

汪汝根,韩晓明,吴振亚,陈俊杰

(空军工程大学防空反导学院,西安 710051)

定向含能动能杆战斗部是一种新型反战术弹道导弹战斗部。为了科学评估定向含能动能杆战斗部的毁伤效能,分析了影响定向含能动能杆战斗部毁伤效能的相关因素,建立了毁伤效能综合评估指标体系,提出了一种基于端点三角白化权函数的灰色聚类战斗部毁伤效能评估模型;以美国M39战术弹道导弹再入弹头为研究对象,分析了定向含能动能杆战斗部对其的毁伤效能,通过算例,验证了评估模型的合理性。

定向含能动能杆;战斗部;毁伤效能;评估

0 引言

定向含能动能杆是一种新概念反TBM战斗部,其具体构想是预先在动能杆内部装入特定的含能材料。当防空导弹与来袭目标相遇时,含能动能杆条将以巨大的相对速度毁伤来袭目标,并结合杆条的剩余的能量和与主装药的摩擦以及在碰撞过程中所产生的冲击波等引爆来袭目标弹头内的主装药,从而在目标内部形成高效毁伤效应[1]。随着高新技术武器的运用、战场环境的复杂化及战斗部发展步伐的加快,毁伤效能评估已经成为衡量战场上对各种目标遭到攻击后产生破坏程度的重要依据。然而定向含能动能杆战斗部毁伤效能所涉及的因素多、范围广,如何对定向含能动能杆战斗部的毁伤效能进行准确的评估,是广大科研人员面对的重要课题。

1 定向含能动能杆战斗部毁伤效能综合评估指标体系

战斗部毁伤效能评估对战斗部研究发展和改进具有重要的作用。定向含能动能杆战斗部毁伤效能评估是一个非常复杂的系统工程,涉及的学科领域众多,为了全面评估定向含能动能杆战斗部的毁伤效能,必须对战斗部的杀伤威力、目标易损性、战斗部的毁伤可靠性和战斗部的保障性[2]等四个方面进行深入的研究。

1.1 定向含能动能杆战斗部的杀伤威力

战斗部杀伤威力是指在引战配合的条件下,战斗部在飞向目标的过程中爆炸所产生各种毁伤元素对目标造成结构或功能损伤的程度。对定向含能动能杆战斗部而言,能够可靠的飞向TBM目标,适时的启动引信,依靠战斗部内的炸药爆炸后产生的高速毁伤物(杆条群)对来袭的TBM目标进行毁伤和破坏,主要的杀伤方式有冲击波对TBM目标壳体的杀伤,杆条对TBM壳体的洞穿和对TBM再入弹头内炸药的击爆[3]。杀伤威力的大小直接决定对毁伤效能大小值的判定,因此杀伤威力在定向含能动能杆战斗部毁伤效能评估中具有非常重要的地位。对定向含能动能杆战斗部的杀伤威力进行深入细致的研究,建立可靠的杀伤威力评估指标体系对最终的毁伤效能评估具有重要的意义。

1.2 TBM再入弹头目标易损性

目标易损性是指在作战情况下,目标被攻击方发现并受到打击而受损的难易程度。目标易损性通常包括两方面内容:战术易损性和结构易损性。战术易损性是指某种装备被目标探测发现到的难易程度。结构易损性是指某种装备被目标发现并受到攻击发生损伤的难易程度。通常意义上目标易损性指结构易损性[4]。定向含能动能杆战斗部毁伤目标通常指的是火箭发动机推进装置脱落后剩下的TBM再入弹头。TBM再入弹头目标易损性是定向含能动能杆战斗部毁伤效能评估的另一重要组成部分,建立TBM再入弹头的目标易损性模型并计算分析能够为定向含能动能杆毁伤效能评估提供定量的参考依据。

1.3 定向含能动能杆战斗部的毁伤可靠性

定向含能动能杆战斗部的毁伤可靠性是指反导导弹在发现目标到战斗部爆炸这段时间内,战斗部完成规定功能的能力。毁伤可靠性包括战斗部的生存能力、战斗部飞行时的可靠性、战斗部引爆内置炸药时的可靠性。对定向含能动能杆战斗部的毁伤可靠性进行研究,分析战斗部在爆炸前的一系列过程中战斗部是否具有稳定的状态,确保战斗部能够对TBM目标进行有效的毁伤打击。

1.4 定向含能动能杆战斗部的保障性

定向含能动能杆战斗部在平时贮存和运输过程中,战斗部装药的各种化学成分是否发生了变化、各个零部件是否还能正常工作、在运输和勤务处理过程中是否被碰坏或损伤、战斗部在贮存和运输过程中是否具有安全性等都会影响战斗部的最终毁伤效能。对定向含能动能杆战斗部的保障性加以分析研究,分析战斗部在运输、储存、维护过程的可靠性,确保战斗部在对TBM目标进行毁伤时不发生问题。

1.5 定向含能动能杆战斗部毁伤效能评估指标体系

在对定向含能动能杆战斗部毁伤效能进行综合评价时,不同的判断准则会形成不同的评价体系,最终导致评价结论的不同。文中遵循系统性、科学性、综合性、典型性的指标体系构建原则,全面分析了影响定向含能动能杆战斗部毁伤效能的相关因素,并在阅读大量相关文献和征求专家的意见后,构建了主要由战斗部的杀伤威力、TBM再入弹头目标易损性、战斗部的毁伤可靠性和战斗部的保障性4大部分组成的定向含能动能杆战斗部毁伤效能评估模型指标体系,见图1。

图1 定向含能动能杆战斗部毁伤效能评估体系

2 定向含能动能杆战斗部毁伤效能评估模型

在反TBM战斗部毁伤效能评估过程中,既有科研人员和系统分析人员所熟悉的白色信息,又有完全陌生的黑色信息,但更多的是科研工作者部分了解的灰色信息。因灰色系统理论善于处理贫信息,能在缺文献、少信息条件下作出有效评估,因此尝试运用灰色系统理论中的端点三角白化权函数对反TBM导弹战斗部毁伤效能进行综合评估。文中利用灰色聚类评估中的基于端点三角白化权函数的灰色评估方法,利用两两比较法确定和计算评估指标的聚类权重,在此基础上通过计算判断来实现对设计的定向含能动能杆战斗部毁伤效能的综合评估。

2.1 基于端点三角白化权函数的战斗部毁伤效能的灰色聚类评估模型

基于三角白化权函数的灰色评估方法的基本原理[5]是:在评估过程中,预设有n个对象,m个评估指标和s个不同的灰类,利用样本观测值为xij(i为样本中的一个对象,取值范围为i=1,2,3,…,n;j为对象i所对应的指标,取值范围为j=1,2,3,…,m)对相关联的对象i进行评估。

具体计算步骤如下:

1)依据评估特点和需求,划分s个评估灰类,将评估中的各指标参数的取值范围也对应划分为s个灰类数,并对指标j的取值范围划分为s个,即:

[a1,a2]…[ak-1,ak]…[as…as+1]

式中:ak的取值一般根据实际需求或者专家、研究人员等定性研究后给出。

(1)

(2)

图2 端点白化权函数示意图

2.2 毁伤效能评估指标的权重

权重集是指由因素集中各因素的权重值所组成的集合。权重的确定在定向含能动能杆战斗部毁伤效能评估中是非常重要的工作,权重不同,会造成最终评估的结果不同[6],文中采用两两比较法进行权重的确定。两两比较法是由一定数量的专家对某一指标体系中的指标的重要程度两两比较,并进行打分的方法。打分可采用0-1法或者(0,1,2,3,4)打分法。文中采用0-1打分法进行权值的确定。0-1打分法是指如果评估专家认为两两相比较的指标因素u1的重要性大于u2,则因素u1记为1,因素u2记为0;如果评估专家认为两两相比较的指标因素u1的重要性与u2的相比差不多,则各记0.5。各指标只与其他指标相比较而自身不比较,对于每一个指标因素的得分比上所有的指标因素的累积得分,即为每一个指标因数的权重系数,将各因素的权重系数组成集合,即为所求的权值。

3 算例及分析

3.1 原始数据

以美军战术弹道导弹M39为定向含能动能杆战斗部的毁伤目标,通过查阅资料,得到具体数据,见表1。

表1 指标具体数据

3.2 评估指标权重的确定

按照评估指标体系确定的层次结构,进行专家调查,对20名相关领域的专家发出两两比较法的调查问卷表,构造判断矩阵,通过计算和归一化处理,得到战斗部杀伤威力各层次指标的权重如表2所示。

3.3 评估灰类的确定

鉴于尽可能反映定向含能动能杆战斗部毁伤效能大小的情况,文中采用5个评估灰类,灰类序号为k,k=1,2,3,4,5,分别表示低、较低、中、较高、高,结合专家的意见确定各指标所属的灰类见表3。

表2 战斗部杀伤威力指标权重

表3 战斗部杀伤威力评估指标灰类

3.4 评估指标取数域拓展值

结合设计的定向含能动能杆战斗部和M39导弹的实际情况,对各评估指标进行延拓,表4表示战斗部杀伤威力各指标值延拓值。

表4 评估指标值的延拓值

3.5 计算指标白化权聚类系数

3.6 计算结果及分析

利用式(2)计算得出定向含能动能杆战斗部杀伤威力的聚类系数,见表6。

表5 评估指标白化权聚类系数

表6 战斗部杀伤威力的聚类系数

运用上述的方法,同理计算可得到目标易损性、战斗部的毁伤可靠性和战斗部的保障性指标的聚类系数,见表7。

表7 指标聚类系数

根据表7所得聚类系数最终可以得到表8所示的定向含能动能杆战斗部毁伤效能的综合聚类系数。

表8 定向含能动能杆战斗部毁伤效能的综合聚类系数

4 结语

文中在对影响定向含能动能杆战斗部毁伤效能的相关因素分析的基础上建立了定向含能动能杆战斗部毁伤效能综合评估指标体系,并运用灰色系统理论对定向含能动能杆战斗部毁伤效能进行评估,建立了基于端点三角白化权函数的灰色聚类的综合毁伤评估模型。通过算例验证,灰色聚类评估模型适合用于定向含能动能杆战斗部毁伤效能的评估,较好的解决了定向含能动能杆战斗部毁伤效能的评估问题,该模型对今后战斗部的毁伤效能评估也将具有一定的参考价值。

[1] 李记刚, 余文力, 王涛. 定向战斗部的研究现状及发展趋势 [J]. 飞航导弹, 2005(5): 25-29.

[2] 陈俊杰. 反TBM新型导弹战斗部毁伤效能综合评估 [D]. 西安: 空军工程大学, 2013.

[3] 傅长海, 黄柯棣, 童丽, 等. 导弹战斗部对复杂目标毁伤效能评估研究综述 [J]. 系统仿真学报, 2009, 21(19): 5971-5976.

[4] 李正东, 雍松林, 彭文. 空中目标毁伤评判问题的探讨 [J]. 系统工程与电子技术, 2002, 24(8): 25-27.

[5] 刘思峰. 灰色系统理论及其应用 [M]. 北京: 科学出版社, 2008: 1-23.

[6] SUN Lu. A min-max optimization approach for weight determination in analytic hierarchy process [J]. Journal of Southeast University, 2012, 28(2): 245-250.

Study on Damage Efficiency Evaluation Model of Direction Energetic KE-rod Warhead

WANG Rugen,HAN Xiaoming,WU Zhenya,CHEN Junjie

(Air and Missile Defense College, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China)

Direction energetic KE-rod warhead is a new type of anti-tactical ballistic missile (TBM) warhead. To scientifically evaluate damage efficiency of direction energetic KE-rod warhead, the factors affecting damage efficiency of direction energetic KE-rod warhead were analyzed, the index system of damage efficiency was built, warhead damage efficiency evaluation based on end-point triangular whitenization weight function of grew clustering theory was put forward. Then the damage efficiency of direction energetic KE-rod warhead via TBM target of M39 missile was calculated. Rationality of the model was verified through example analysis.

direction energetic KE-rod; warhead; damage efficiency; evaluation

2015-07-07

汪汝根(1993-),男,湖北荆州人,硕士研究生,研究方向:装备管理与决策。

TJ760.2

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