空空導(dǎo)彈對F—22A的殺傷概率研究

溫澤華+趙華超+陳辛

摘要： F-22A是目前國際上最先進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)之一， 研究 F-22A目標(biāo)的易損性， 提高空空導(dǎo)彈對F-22A的毀傷效能是對抗F-22A首先要考慮的問題。 本文構(gòu)建了F-22A的易損性模型， 利用現(xiàn)有的殺傷效能分析軟件， 給出了全空域交會(huì)條件下空空導(dǎo)彈對F-22A的殺傷概率。

關(guān)鍵詞： 空空導(dǎo)彈； F-22A； 易損性； 殺傷概率

中圖分類號： TJ760.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號： 1673-5048（2016）05-0008-04

Abstract： F22A is one of the most advanced fighters in the world currently. Research on the vulnerability of F22A， and improving the damage effectiveness of airtoair missile against F22A， is the first problem to be considered against F22A. In this article， the vulnerability model of F22A is constructed. By using the existing damage effectiveness analysis software， the kill probability of the airtoair missile against F22A under the whole airspace rendezvous condition is given.

Key words： airtoair missile； F22A； vulnerability； kill probability

0引言

F-22A是美國空軍現(xiàn)役的第四代戰(zhàn)斗機(jī)， 是具備高隱身性能、 高機(jī)動(dòng)性、 超音速巡航和完善電子系統(tǒng)的高技術(shù)裝備的先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)， 其在超視距空戰(zhàn)、 格斗空戰(zhàn)、 對地攻擊和信息戰(zhàn)能力上明顯超過了現(xiàn)役的第三代改進(jìn)型戰(zhàn)斗機(jī)。 依靠這些先進(jìn)性能， 憑借領(lǐng)先于其他對手的全面隱身技術(shù)， F-22A成為國際上最先進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)。 如何有效對抗F-22A以爭奪制空權(quán)是研究的當(dāng)務(wù)之急。

1模型建立

通過查閱國內(nèi)外相關(guān)資料[1-3]， 構(gòu)建F-22A的易損性模型， 然后采用某型空空導(dǎo)彈的引戰(zhàn)配合模型進(jìn)行殺傷概率計(jì)算。

1.1空空導(dǎo)彈對飛機(jī)的殺傷概率模型

空空導(dǎo)彈的單發(fā)殺傷概率是指在武器系統(tǒng)正常工作的條件下，單發(fā)導(dǎo)彈摧毀目標(biāo)的概率。影響導(dǎo)彈單發(fā)殺傷概率的因素包括導(dǎo)彈的制導(dǎo)精度、引戰(zhàn)配合效率、戰(zhàn)斗部的威力以及目標(biāo)易損性等[4]。

1.2可靠導(dǎo)彈單發(fā)殺傷概率

式中： Ps為總的殺傷概率； D為系統(tǒng)可靠性； Pr為系統(tǒng)探測目標(biāo)概率； Pl為導(dǎo)彈系統(tǒng)成功發(fā)射的概率； Pi為導(dǎo)彈截獲目標(biāo)的概率； Pd為導(dǎo)彈將戰(zhàn)斗部運(yùn)送到目標(biāo)附近的概率； Pf為引信系統(tǒng)有效工作的概率； Pk為探測到目標(biāo)條件下使目標(biāo)達(dá)到既定毀傷程度的概率。

由式（1）可知， 空空導(dǎo)彈的殺傷概率與許多系統(tǒng)性能有關(guān)， 式（1）中的后三項(xiàng)被稱為可靠導(dǎo)彈單發(fā)殺傷概率。

航空兵器2016年第5期溫澤華等： 空空導(dǎo)彈對F-22A的殺傷概率研究在研究殺傷概率的過程中會(huì)出現(xiàn)許多不確定性的因素和隨機(jī)過程， 因此， 在導(dǎo)彈的殺傷概率仿真過程中采用了蒙特卡羅方法。 為了實(shí)現(xiàn)式（1）積分過程的仿真， 計(jì)算單發(fā)空空導(dǎo)彈對給定目標(biāo)的殺傷概率， 可以把空空導(dǎo)彈摧毀空中目標(biāo)這一事件（A）發(fā)生的概率分解成五個(gè)部分， 即在任意一次彈目遭遇計(jì)算中用五個(gè)隨機(jī)事件表示：

式中： A1為導(dǎo)彈直接命中目標(biāo)； A2為導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部爆炸所產(chǎn)生的氣狀產(chǎn)物在擴(kuò)散過程中形成的沖擊波殺傷給定目標(biāo)； A3為密集的破片流毀傷目標(biāo)結(jié)構(gòu)； A4為至少有一個(gè)目標(biāo)正常工作必不可少的艙段被殺傷； A5為至少有一組組合艙段被殺傷。

1.3導(dǎo)彈與目標(biāo)的交會(huì)模型

以引戰(zhàn)配合作為仿真的起點(diǎn)， 通過給出目標(biāo)高度Ht、 目標(biāo)速度Vt、 導(dǎo)彈速度Vm、 交會(huì)角χ、 目標(biāo)翼平面和攻擊平面之間的夾角αH等一系列交會(huì)條件進(jìn)行仿真[5]。 彈目交會(huì)示意圖如圖1所示。

1.4導(dǎo)彈的引戰(zhàn)配合模型

仿真所采用的引信模型、 引信延時(shí)模型、 戰(zhàn)斗部模型均為某型空空導(dǎo)彈的模型。

1.5F-22A的易損性模型

目標(biāo)易損性是指在戰(zhàn)斗過程中， 目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)并遭受到攻擊， 從而造成目標(biāo)損傷的難易程度。 研究目標(biāo)的易損性不僅可以提高戰(zhàn)場目標(biāo)在彈藥作用下的抗毀傷能力及生存能力， 而且對武器彈藥系統(tǒng)的論證、 研制、 效能評價(jià)、 靶場驗(yàn)收、 目標(biāo)防護(hù)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)、 戰(zhàn)場指揮、 彈藥使用、 各種戰(zhàn)場目標(biāo)的操縱和防護(hù)都具有非常重要的意義[6]。

1.5.1F-22A剖面圖及使用材料

F-22A的剖面圖[7]與材料使用分布如圖2所示。 F-22A所用材料的密度與強(qiáng)度極限見表1[8]。 圖2F-22A的剖面圖與材料使用分布圖

1.5.2飛機(jī)等效模型

等效模型是指在一定的毀傷手段下， 尋找一種結(jié)構(gòu)來模擬目標(biāo)易損性或毀傷特性。 目標(biāo)的等效方法一般是建立相對應(yīng)的目標(biāo)毀傷等效靶。 如果目標(biāo)部件或艙段的等效靶能被導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的破片所穿透， 則可認(rèn)為能夠毀傷該部件或艙段[9]。

建立等效靶， 先要確定所選等效靶的材料， 一般用目標(biāo)蒙皮或部件殼體的材料作為等效靶的材料， 或者選取某種抗侵徹性能比較熟知的材料。 本文選擇硬鋁作為F-22A的等效靶材料。 其次要確定所選取等效靶的厚度， 要把不同材料之間的厚度進(jìn)行等效， 通常是用強(qiáng)度等效理論， 即等效厚度可根據(jù)原部件的本體材料與等效目標(biāo)材料的強(qiáng)度極限比進(jìn)行折算得到， 即

1.5.6F-22A的毀傷樹模型

采用毀傷樹分析法來分析F-22A的毀傷。 毀傷樹分析法是一種自頂向下的分析方法， 從其一不希望發(fā)生的事件（毀傷）開始， 然后分析是哪個(gè)事件或哪些事件組合引起這一不希望發(fā)生的事件。 F-22A的毀傷樹模型如圖7所示。

2對F-22A殺傷概率的仿真結(jié)果分析

要得到空空導(dǎo)彈對F-22A的殺傷概率， 需分別對低空上射和高空下射的迎頭、 尾后、 側(cè)向全空域交會(huì)狀態(tài)進(jìn)行仿真[10-12]。 導(dǎo)彈與目標(biāo)的交會(huì)條件如表2所示。

3結(jié)論

在空空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部毀傷的條件下， F-22A的目標(biāo)易損性與三代機(jī)并無太大區(qū)別。 空空導(dǎo)彈在全空域交會(huì)條件下能夠有效攻擊第四代戰(zhàn)機(jī)F-22A， 且具有較高的殺傷概率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 付盛杰， 張文俊， 柏臨南， 等.F-22“猛禽”——典型第四代戰(zhàn)斗機(jī)[M].北京： 藍(lán)天出版社， 1999.

[2] Mullin S N.The Evolution of the F22 Advanced Tactical Fighter[C]∥Flight Simulation Technologies Conference， Hilton Head Island， South California， 1992.

[3] Piccirillo A C.Origins of the F22 Raptor[C]∥AIAA and SAE， 1998 World Aviation Conference， Anaheim， California，1998.

[4] 李利紅， 趙華超， 陳辛.空空導(dǎo)彈對戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈的殺傷概率研究[J].航空兵器， 2011（6）： 6-9.

[5] 張志鴻， 周申生.防空導(dǎo)彈引信與戰(zhàn)斗部配合效率和戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)[M].北京： 宇航出版社， 1994.

[6] 李向東， 杜忠華.目標(biāo)易損性[M].北京： 北京理工大學(xué)出版社， 2013.

[7] 杰伊·米勒. “猛禽”F-22——新一代主力戰(zhàn)機(jī) [M].北京： 科學(xué)普及出版社， 2009.

[8] 魏志毅.F-22飛機(jī)目標(biāo)易損性研究報(bào)告[R].南京： 南京航空航天大學(xué)， 2014.

[9] 許寄陽.桿條戰(zhàn)斗部對固定翼飛機(jī)的毀傷效能研究[D].南京： 南京理工大學(xué)， 2009.

[10] 李曉明， 李永強(qiáng)， 曲文忠.基于仿真的空空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估研究[J].航空兵器， 2012（6）： 57-61.

[11] 何正文， 張新偉， 呂紅超.反輻射導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部多元?dú)苎芯縖J].航空兵器， 2010（2）： 47-50.

[12] 楊凱達(dá)， 趙文杰， 李成.目標(biāo)毀傷效果評估技術(shù)研究進(jìn)展[J].國防科技， 2014， 35（1）： 29-34.