破片式战斗部的破片初始运动参数初始化方法研究

吴景超（江南机电设计研究所，贵州贵阳，550009）

破片式战斗部的破片初始运动参数初始化方法研究

吴景超
（江南机电设计研究所，贵州贵阳，550009）

在战斗部破片实际物理飞散过程研究基础上，根据弹道仿真得到弹目遭遇数据，对破片式战斗部破片的初始运动参数进行初始化，可得到每枚破片的运动轨迹，为战斗部杀伤场仿真和目标毁伤判断奠定基础。

破片式；运动参数；初始化

0 引言

现代防空导弹多采用破片式战斗部，利用爆炸产生的高速破片摧毁目标。而作战过程仿真对于防空导弹武器系统研制有不可或缺的作用，起到缩短研制周期、节省研制经费和有效进行系统效能评估等功能。因此，对战斗部破片运动参数初始化研究有着重要意义。

现在广泛采用的有“径向均强型”和“定向型”两种战斗部。径向均强型战斗部在静爆条件下起爆后，产生的破片在径向上基本呈均匀分布；而定向战斗部在静态起爆后，其大部分破片在弹体径向上和周向上都高度集中飞散，能在目标方向上提高破片分布密度，以提高杀伤效果。

因此，本文针对仿真对“径向均强型”和“定向型”两种战斗部破片初始运动参数初始化方法进行研究。

1 角度定义

根据破片飞散特性，首先对破片飞散区域的角度进行定义，以描述不同破片初始飞散方向。

在弹体纵轴方向，角度∠as为破片飞散区中心到弹体X轴的夹角，∠bs为破片飞散区角度大小，飞向角∠feix为某枚破片飞散方向和弹体X轴的夹角。

在弹体径向，飞散角为∠feis某枚破片飞散方向和弹体Z轴的夹角。对于定向战斗部，角度∠rs为破片定向区域中心线与弹体Z轴的夹角，∠ds为定向区域的角度大小。

2 战斗部运动参数初始化

2.1 角度初始化

2.1.1 径向均强型

径向均强型战斗部静态起爆后，破片在径向360°范围内和纵轴方向飞散区域∠bs内基本呈均匀分布，因此飞散角∠feis在(0°,360°)内取均匀随机数，飞向角∠feix在飞散角范围内(as-bs/2,as+bs/2)取均匀随机数即可。

2.1.2 定向战斗部

定向战斗部静态爆炸后，在径向的破片集中区域范围内的破片飞散角∠feis在(rs-ds/2，rs+ds/2）取均匀随机数；集中区域外的破片飞散角在（0，rs-ds/2）|(rs+ds/2,360)范围内取均匀随机数；破片在纵轴方向的飞散区域∠ds内呈均匀分布，对破片飞散角∠feis在飞散角范围内(as-bs/2,as+bs/2)取均匀随机数。

2.2 破片初速分量

设破片初速为V0，破片初速为Vp，因此在弹体系下破片在各方向上速度分量见式(1)。（1）式中，∠feix、feis分别为破片飞向角和分散角，vpx1、vpy1、vpz1为破片初速在弹体系下的速度分量。

2.3 破片初速与导弹和目标速度叠加

“研发这块我们还是挺给力的！”余保宁介绍，2018年，燕塘乳业设立了博士后科研工作站，成功通过国家优质乳工程验收。“全国仅有光明、三元、燕塘等十几家乳企通过了优质乳工程认证。这应该是目前全国最领先的一个标准，标志着我们国家真正从有奶喝到喝好奶！”

得到破片初速分量后，将破片速度与导弹、目标速度叠加，得到破片动态飞散区。

（a）将导弹速度从速度坐标系转换到弹体坐标系中

坐标系的转换矩阵见（2）。

在速度坐标系中，导弹速度分量见（3）。

将导弹速度从速度坐标系转换到弹体坐标系中，见式（4）。

由式（3）、（4）得到弹体坐标系中的导弹速度分量：

（b）在弹体系中将破片速度和导弹速度分量叠加，如公式（6）。

（c）将叠加了导弹速度的破片速度从弹体系转换到地面系中。

由地面坐标系转换到弹体坐标系的转换矩阵（7）

即为式（8）

而逆矩阵公式如（9）

得到弹体系到地面坐标系的转换公式，见式（4-10）：

经（a）、（b）、（c）转换可得到叠加导弹速度的地面系下的破片速度。

（d）目标速度换算到地面系中

目标速度vt、目标弹道倾角θt和偏角φvt，由式（11）可得到目标速度在地面系下分量。

（e）在地面系下将破片和目标速度分量叠加，得到叠加了相对速度的破片速度。

式（3）~（12）中：

图1 径向均强型战斗部和定向型战斗部50ms时破片的位置

经（a）、（b）、（c）、（d）、（e）转换可得到叠加了导弹、目标速度的地面坐标系下的破片初始运动参数。再对破片初始运动参数进行积分，即可得到破片实时的位置，可用于后续战斗部杀伤场仿真。

3 仿真验证

根据弹道仿真结果获取弹目遭遇数据，对破片运动参数进行初始化。一次仿真中，设定战斗部参数以及仿真的弹目遭遇数据如表1所示。

表1 战斗部破片初始参数

∠as 90° α 4.042°攻角α 0°∠bs 20° β 0.468°侧滑角β 0°∠rs 180.017° ϑ 0.682°俯仰角ϑ 0°∠ds 20° φ 358.659°偏航角φ 138.258° V0 2500m/s γ 0滚转角γ 0

对破片初始运动参数进行积分，即可可得到每枚战斗部破片实时的位置，可得到破片的静态和动态飞散区。

a）静态飞散区

仿真中，记录50ms内的破片轨迹，观察弹体坐标系下静态破片飞散情况（未叠加导弹和目标速度）如图1所示。

b）动态飞散区

将破片速度叠加上导弹和目标速度，记录50ms内的破片飞行轨迹，得到破片的动态飞散区如图2所示。

图2 径向均强型战斗部和定向型战斗部破片动态飞散区

4 结论

根据仿真验证，可看出本文的破片式战斗部破片初始运动参数初始化方法是一种可行且实用的方法，能够在作战过程仿真中，为战斗部杀伤场仿真提供破片运动轨迹，为目标的毁伤判断奠定基础，具有一定的参考价值。

[1]吴景超.防空导弹武器系统效能分析的建模与仿真[J]，2015.

[2]陈杰. Matlab宝典[M]，2013.

[3]张志涌. 精通Matlab R2011a[M]，2013.

[4]李新国. 有翼导弹飞行动力学[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;