仿真技術(shù)在彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)過程的重要性研究

甄建偉+劉國慶+高興勇+王國棟

摘要：具備完備的彈藥毀傷效能評估能力是彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)的目的之一，可以使研究生勝任彈藥戰(zhàn)斗部設(shè)計、測試、應(yīng)用等工作。受經(jīng)費和時間等因素制約，完全采用外場試驗方法進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域研究存在極大的困難，仿真技術(shù)可以完善彈藥毀傷效能評估方法。構(gòu)建基于仿真技術(shù)的彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)知識體系，不僅提高了研究生整體培養(yǎng)質(zhì)量，還進(jìn)一步增強了彈藥專業(yè)研究生未來的崗位任職能力。

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù)；研究生；彈藥專業(yè)；培養(yǎng)

中圖分類號：G643 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）07-0001-03

根據(jù)國防現(xiàn)代化建設(shè)需求，我國將兵器科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科分為六個學(xué)科方向，其中毀傷理論與彈藥工程學(xué)科方向是其重要方面之一。毀傷理論與彈藥工程學(xué)科方向主要研究毀傷能量的釋放方式和控制，實現(xiàn)彈藥對目標(biāo)結(jié)構(gòu)的破壞，以及目標(biāo)功能的喪失或者降低等[1]，這也是彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)的重要方向。彈藥專業(yè)研究生通過毀傷理論與彈藥工程學(xué)科的理論學(xué)習(xí)和實踐可以建立彈藥毀傷效能評估知識體系，掌握彈藥高效毀傷技術(shù)，可勝任彈藥戰(zhàn)斗部設(shè)計、制造、測試、應(yīng)用等領(lǐng)域的研究工作。

一、研究生培養(yǎng)技術(shù)需求

1.問題背景。戰(zhàn)斗部是武器系統(tǒng)毀傷目標(biāo)的最終單元，它的毀傷威力指標(biāo)是彈藥專業(yè)研究生研究的重要方向[2]。現(xiàn)代戰(zhàn)爭對戰(zhàn)斗部的毀傷效能提出了更高的要求，新的探測與控制技術(shù)的出現(xiàn)不斷推動新型戰(zhàn)斗部的發(fā)展，新理論、新技術(shù)、新材料的突破和應(yīng)用推動了大量精確高效毀傷戰(zhàn)斗部的產(chǎn)生。當(dāng)前世界各國都在積極發(fā)展采用各種毀傷機理的新型戰(zhàn)斗部技術(shù)，以使彈藥獲得更高效的毀傷效能，彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)的重要目的也包含于此。

早期的戰(zhàn)斗部毀傷效能試驗主要采用外場試驗方法，這種方法具有真實可靠的優(yōu)點，但需要耗費大量經(jīng)費和時間。為避免通過進(jìn)行大規(guī)模的試驗來對戰(zhàn)斗部性能進(jìn)行驗證，通常運用統(tǒng)計理論，使得能夠以較少的樣本驗證戰(zhàn)斗部的性能，然而即使如此，人力物力的大量消耗也是難以避免的。特別是隨著高技術(shù)彈藥結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和打擊準(zhǔn)確度的迅速提高，戰(zhàn)斗部的設(shè)計、定型、靶場試驗也越來越復(fù)雜，花費也越來越大，對于生產(chǎn)批量小、單價昂貴的制導(dǎo)類彈藥更是如此。測試成本的提高使得不能進(jìn)行足夠多的測試試驗，而只能采取小樣本量進(jìn)行相關(guān)試驗，進(jìn)而經(jīng)典的統(tǒng)計方法已失去數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，置信度與所需樣本量之間的矛盾日益突出，因此也就不能依靠足夠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，以進(jìn)一步提升戰(zhàn)斗部的毀傷效能。

2.制約因素。彈藥專業(yè)研究生在進(jìn)行戰(zhàn)斗部毀傷效能的測試過程中，試驗環(huán)境是制約試驗的一個重要因素。比如暴風(fēng)雨、冰雹、濃霧、大風(fēng)等嚴(yán)酷的氣象條件在實際試驗中很難實現(xiàn)，特別是對于具有目標(biāo)感知功能的戰(zhàn)斗部而言，難以營造綜合聲、光、電、磁、氣象等干擾因素的復(fù)雜試驗環(huán)境[3]，試驗設(shè)計不夠科學(xué)，導(dǎo)致試驗與戰(zhàn)場應(yīng)用環(huán)境不一致，進(jìn)而造成試驗結(jié)論準(zhǔn)確性不高，這給彈藥專業(yè)研究生的相關(guān)研究帶來了很大困難。

3.需求分析。實際靶場試驗測試方法、技術(shù)和手段的局限性限制了對戰(zhàn)斗部毀傷效能的測試，進(jìn)而影響了彈藥專業(yè)相關(guān)研究方向研究生的培養(yǎng)。比如在進(jìn)行戰(zhàn)斗部攔截毀傷戰(zhàn)斗機、巡航導(dǎo)彈等高速飛行體的過程中，雖可以采用火箭撬等加速設(shè)備進(jìn)行動態(tài)測試，但也僅能實現(xiàn)相向、追尾等交會過程，與實際中的彈目交會姿態(tài)尚有很大差異，特別是對于定向毀傷戰(zhàn)斗部測試結(jié)果與戰(zhàn)場的實際效用更是相差甚遠(yuǎn)。

基于上述原因，在彈藥專業(yè)研究生人才的培養(yǎng)過程中，急需開展數(shù)值仿真方法和手段的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。在研究生開展彈藥相關(guān)研究過程中，就可以在數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上，利用靶場試驗數(shù)據(jù)結(jié)果修正模型參數(shù)，實現(xiàn)戰(zhàn)斗部毀傷效能的精確評估，從而減少實彈測試數(shù)量，降低研制與試驗成本，節(jié)省人力物力，縮短研制與試驗周期，可有效提高戰(zhàn)斗部毀傷效能試驗結(jié)論的精確性。從而實現(xiàn)彈藥專業(yè)方向研究生培養(yǎng)質(zhì)量的提高，使之更加勝任未來的工作。

二、仿真技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，隨著光電技術(shù)、傳感技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，很多西方發(fā)達(dá)國家都在致力于仿真技術(shù)的研究，并積極探索它在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景。1989年，北歐制定“歐幾里德計劃”，將仿真技術(shù)作為11項優(yōu)先合作發(fā)展的項目之一。美軍也非常重視這方面的研究和應(yīng)用，在制導(dǎo)武器系統(tǒng)的開發(fā)方面應(yīng)用模擬和仿真技術(shù)已經(jīng)有很長的歷史，認(rèn)為系統(tǒng)仿真是武器研制成功的關(guān)鍵。1992年，美國提出21項國防關(guān)鍵技術(shù)，仿真技術(shù)位列第6。

在武器裝備的研制過程中，通過采用仿真技術(shù)，設(shè)計者可以預(yù)先進(jìn)行系統(tǒng)建模和仿真試驗全過程，不但能夠?qū)ξ淦飨到y(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行合理評估，使武器系統(tǒng)的性能指標(biāo)更接近實戰(zhàn)要求，而且大大縮短了武器系統(tǒng)的研制周期。仿真技術(shù)還可對未來高技術(shù)局部戰(zhàn)爭的戰(zhàn)場環(huán)境、武器裝備的戰(zhàn)術(shù)性能和使用效率等進(jìn)行作戰(zhàn)仿真，有利于軍方選擇那些對整體效能貢獻(xiàn)大、技術(shù)可實現(xiàn)的武器裝備進(jìn)行重點發(fā)展，從而優(yōu)化武器裝備體系的整體質(zhì)量和效能。

在彈藥武器系統(tǒng)的研制和鑒定試驗中，仿真技術(shù)也起著重要的作用。通過對彈藥武器系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，建立起系統(tǒng)的仿真模型，然后對其進(jìn)行仿真，從而獲得大量的仿真數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用于產(chǎn)品的性能預(yù)估和測試指導(dǎo)，以及驗收過程的輔助決策等。這樣通過反復(fù)的模型修正和仿真，即可大大減少武器系統(tǒng)的試驗與鑒定費用，使有限的經(jīng)費用于關(guān)鍵的試驗和鑒定，從而提高試驗和鑒定的效益。

隨著武器系統(tǒng)日益復(fù)雜化，大多新型的彈藥武器系統(tǒng)裝備有貴重的附屬裝置，這樣采用實際的靶場試驗就要付出昂貴的代價。美國國防部公布的資料表明，模擬仿真的投資回報是，1美元的投資，回報為20—40美元。因此，到20世紀(jì)90年代初，美國陸軍已建立了室內(nèi)外結(jié)合的制導(dǎo)武器半實物仿真試驗設(shè)置，并進(jìn)行了多種導(dǎo)彈的試驗仿真。美國軍方的主要仿真系統(tǒng)在武器系統(tǒng)研制、鑒定試驗、作戰(zhàn)訓(xùn)練的過程中發(fā)揮了重要的作用，產(chǎn)生了巨大的軍事、經(jīng)濟效益，這充分說明了靶場建立仿真系統(tǒng)的作用和意義，北約各國紛紛效仿美國的做法，建立自己的仿真系統(tǒng)。

國內(nèi)在高效毀傷戰(zhàn)斗部關(guān)鍵技術(shù)方面取得了一定突破，但是在彈藥毀傷效能評估理論與試驗方面仍處于起步階段，尚未建立起基于仿真技術(shù)的彈藥毀傷效能的評估體系，難以為彈藥毀傷效能專業(yè)人才的培養(yǎng)提供有效幫助，成為制約彈藥專業(yè)研究生人才培養(yǎng)質(zhì)量的瓶頸問題。

三、研究生培養(yǎng)知識體系構(gòu)建

為了實現(xiàn)彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)的高效實用，在彈藥毀傷效能方面研究生培養(yǎng)要注重系統(tǒng)建設(shè)，培養(yǎng)知識體系應(yīng)包括戰(zhàn)斗部威力場模型構(gòu)建、典型目標(biāo)易損性模型構(gòu)建、仿真試驗環(huán)境模型構(gòu)建、毀傷效能程序編寫和毀傷目標(biāo)評價體系構(gòu)建等內(nèi)容。通過數(shù)值仿真技術(shù)，學(xué)習(xí)構(gòu)建目標(biāo)和周圍環(huán)境的仿真模型，將戰(zhàn)斗部威力場、目標(biāo)易損性、彈目信息感知、戰(zhàn)場環(huán)境等因素高度融合，通過對彈藥毀傷目標(biāo)規(guī)律的分析、評定、模擬和計算等方法的學(xué)習(xí)，使研究生具備彈藥毀傷效能整體仿真評估能力，以滿足彈藥毀傷效能評估測試試驗和研究生專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。進(jìn)行彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)，使其更加適合彈藥毀傷效能評估工作，其知識體系培養(yǎng)內(nèi)容應(yīng)重點包含以下五方面內(nèi)容。

1.戰(zhàn)斗部威力場模型構(gòu)建。戰(zhàn)斗部對目標(biāo)的毀傷一般是通過其在彈道終點處與目標(biāo)發(fā)生的碰撞、爆炸等作用，將自身的動能或爆炸能或其產(chǎn)生的作用元（破片、射流等）對目標(biāo)進(jìn)行機械的、化學(xué)的、熱力效應(yīng)的破壞。歸納起來，戰(zhàn)斗部的毀傷作用可分為：破片作用、動能作用、聚能作用、碎甲作用、燃燒作用、軟殺傷作用等。通常情況，戰(zhàn)斗部對目標(biāo)的毀傷效果大多是幾個基本毀傷作用共同造成的，因此在建立各種典型戰(zhàn)斗部威力場模型時，首先分別建立基于各種毀傷原理的威力場，然后根據(jù)戰(zhàn)斗部的特點將各威力場進(jìn)行綜合，最后確定戰(zhàn)斗部威力場模型，具體建立過程如圖1所示。

2.典型目標(biāo)易損性模型構(gòu)建。根據(jù)所要對付的主要目標(biāo)，戰(zhàn)斗部設(shè)計者和使用者所關(guān)心的問題是戰(zhàn)斗部攻擊敵方目標(biāo)后，使其原有性能損失的程度以及這種損失對其完成作戰(zhàn)任務(wù)的影響程度。這就是目標(biāo)易損性研究所要解決的問題。目標(biāo)易損性涉及許多因素，正是這些因素決定著目標(biāo)耐毀傷的能力。在建立典型目標(biāo)易損性模型的過程中，首先對戰(zhàn)場目標(biāo)進(jìn)行分析，確定戰(zhàn)場上的主要目標(biāo)類型，通過進(jìn)行各種目標(biāo)的易損性影響因素分析，評定目標(biāo)的破壞等級，并最終建立目標(biāo)的易損性模型，建立過程如圖2所示。

3.仿真試驗環(huán)境模型構(gòu)建。戰(zhàn)斗部對目標(biāo)的毀傷是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，因此要獲得戰(zhàn)斗部對目標(biāo)的毀傷場，必須建立仿真試驗環(huán)境模型。戰(zhàn)斗部毀傷目標(biāo)的過程包括感知、作用、毀傷三個重要過程，其中感知強調(diào)戰(zhàn)斗部對目標(biāo)的探測，作用強調(diào)彈藥爆炸所形成的威力場，毀傷強調(diào)彈-靶的相互作用。仿真試驗環(huán)境就是為這三個過程的仿真計算服務(wù)，其應(yīng)用過程如圖3所示。

4.毀傷效能程序編寫。應(yīng)用仿真技術(shù)的核心是系統(tǒng)的模型化問題，模型是仿真的基礎(chǔ)和前提，在以上對彈藥毀傷目標(biāo)整個過程建模的基礎(chǔ)上，就可以進(jìn)行仿真。為了利于仿真模型及其軟件的通用化，提高仿真的復(fù)用率，采用通用軟件編寫程序，合理構(gòu)建計算程序框架，并預(yù)留程序接口，以利于今后的拓展。利用成熟的視景仿真技術(shù)，將仿真過程和結(jié)果可視化。

5.毀傷目標(biāo)評價體系構(gòu)建。戰(zhàn)斗部毀傷目標(biāo)的過程包括戰(zhàn)斗部的毀傷威力和目標(biāo)的易損性兩個密切相關(guān)的問題，它們是同一現(xiàn)象攻、防兩個不同的研究側(cè)面，因此戰(zhàn)斗部毀傷目標(biāo)評價體系的建立過程也應(yīng)圍繞這兩個方面進(jìn)行，如圖4所示。

當(dāng)前計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和軟硬件費用的大幅度下降，為以上內(nèi)容研究生培養(yǎng)的具體實施提供了有利的條件。通過對研究生培養(yǎng)知識體系的構(gòu)建，使仿真技術(shù)在彈藥武器系統(tǒng)試驗與鑒定中得到應(yīng)用。通過仿真方法檢驗和評價武器系統(tǒng)的性能不僅是彈藥武器系統(tǒng)研發(fā)的必然趨勢，也可促進(jìn)彈藥專業(yè)研究生的培養(yǎng)，提高研究生的崗位任職能力。

四、小結(jié)

仿真技術(shù)是彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)的重要內(nèi)容，是確保研究生培養(yǎng)質(zhì)量，提高研究生崗位任職能力的必要手段。作為軍隊院校，要充分認(rèn)識仿真技術(shù)在研究生培養(yǎng)過程的重大意義，積極完善彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)方案，構(gòu)建研究生培養(yǎng)知識體系，豐富仿真技術(shù)培養(yǎng)平臺手段，創(chuàng)新形成適合彈藥專業(yè)研究生未來發(fā)展的科研學(xué)術(shù)路徑，為提高彈藥專業(yè)研究生培養(yǎng)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

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Abstract：The capability of ammunition damage assessment is one of the purposes of ammunition professional graduate training， and it can be used in the design， test and application of ammunition warhead. Due to the financial and time constraints， it is very difficult to use the field test method to study the related field， and the simulation technology can improve the efficiency of ammunition damage assessment method. Building the knowledge system of ammunition specialty postgraduate training based on simulation technology not only improves the overall quality of graduate training， but also further enhance the ability of ammunition professional post office.

Key words：simulation technology；graduate；ammunition specialty；training