六分位探測引信戰(zhàn)斗部起爆控制的建模及仿真*

陳紅，李世中，楊超

（1. 中北大學 機電工程學院，山西 太原 030051；2. 江南工業(yè)集團有限公司，湖南 湘潭 411207）

0 引言

目前的常規(guī)裝藥破片式殺傷戰(zhàn)斗部引爆后，其破片是沿徑向均勻向外飛散的，并形成一個軸對稱的殺傷區(qū)域，在整個殺傷區(qū)域只有一小部分的破片作用到目標上，在面對一些高速目標和較小目標的情形下，常規(guī)殺傷戰(zhàn)斗部的毀傷效能會大幅降低［1］。偏心起爆式定向戰(zhàn)斗部可以控制破片沿著可控的方向實現(xiàn)集中飛散，達到對目標的高效毀傷。王樹山等［2］研究了預制破片在偏心多點起爆下破片的徑向飛散規(guī)律，結果表明偏心起爆能顯著提升定向區(qū)域毀傷效能；黃靜等［3］通過比較中心起爆、間位90°雙線起爆、連位90°三線起爆和鄰位45°雙線起爆這4 種起爆方式對破片速度增益的影響，結果表明鄰位45°雙線起爆對破片速度增益最大。

而定向戰(zhàn)斗部的使用，必須以目標脫靶方位的準確識別和戰(zhàn)斗部定向起爆的精確控制為前提［4］。激光引信是利用經(jīng)過調制的激光束探測目標并引爆導彈戰(zhàn)斗部的光學引信，具有測距精度高、抗電磁干擾強等優(yōu)點，可以精確探測目標的脫靶方位，在防空導彈上應用較廣。蘇宏等［5］建立了12 分元激光探測模型，實現(xiàn)對目標方位的精準識別，同時控制戰(zhàn)斗部的起爆方位；蔡克榮等［6］設計了一種8通道的周視激光引信引戰(zhàn)系統(tǒng)，實現(xiàn)對目標的高效毀傷。起爆方式對定向戰(zhàn)斗部毀傷效能的影響和基于多通道周視激光引信探測方式對目標脫靶方位的識別，前人都做了較為全面的研究，但對于兩者的結合即引信探測目標脫靶方位與戰(zhàn)斗部定向起爆的配合研究較少。

目前，國內外在引戰(zhàn)配合局部問題的仿真研究較多，預制破片彈引戰(zhàn)配合研究涉及較少［7］，且主要側重于對戰(zhàn)斗部殺傷概率研究，對于多通道周視激光引信與預制破片戰(zhàn)斗部的具體配合方案較為匱乏。本文以多通道周視激光引信為背景，通過激光探測引信對目標脫靶方位的識別結合戰(zhàn)斗部的定向起爆控制，提出了基于激光引信的六分位定向起爆控制系統(tǒng)，針對預制破片戰(zhàn)斗部破片飛散特點，得到六分位起爆控制系統(tǒng)的最佳起爆方式。

1 戰(zhàn)斗部模型結構參數(shù)及模型驗證

1.1 戰(zhàn)斗部結構參數(shù)和相關參數(shù)

本文的戰(zhàn)斗部模型參考了ABRAHAM 防空火箭彈［8］，依據(jù)預制破片戰(zhàn)斗部設計［9］以及破片尺寸［10］確定的相關文獻，設計了圓柱形裝藥戰(zhàn)斗部的結構，圓柱形戰(zhàn)斗部數(shù)值模型由主裝藥、襯筒、端蓋和預制球形破片4 個部分組成，戰(zhàn)斗部總長H 為24 cm，戰(zhàn)斗部內徑 Rc和外徑 Rw分別為 10.6 cm 和12.2 cm，襯筒厚度hl為0.2 cm，端蓋厚度hc為0.5 cm，破片直徑 Rf為 0.6 cm［11］，裝填破片數(shù)量 2 760 枚，如圖1 所示。

圖1 戰(zhàn)斗部模型Fig.1 Warhead model

為了真實模擬出不同起爆方式對定向戰(zhàn)斗部威力的影響，利用LS_DYNA 有限元仿真軟件設計了戰(zhàn)斗部的全尺寸模型，如圖2 所示。

圖2 圓柱形戰(zhàn)斗部有限元模型Fig.2 Finite element model of cylindrical warhead

戰(zhàn)斗部主裝藥為Comp. B 炸藥，由40%TNT 炸藥和60%RDX 炸藥混合組成，采用高能炸藥MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN 材 料 模 型 和EOS_JWL 狀態(tài)方程描述?？諝庥虿捎肕AT_NULL材料模型和EOS_LINEAR_POLYNOMIAL 狀態(tài)方程描述。襯筒和端蓋采用硬鋁材料，該材料在爆轟作用下發(fā)生彈塑性變形，所以采用MAT_PLASTIC_KINEMATIC 材料模型描述。破片用鎢合金材料制成，選用MAT_RIGID 材料模型描述。具體的材料模型及參數(shù)［12-16］如表 1～4 所示。

表1 主裝藥性能及狀態(tài)方程參數(shù)Table 1 Parameters of main charge property and equation of state

表2 空氣材料參數(shù)Table 2 Parameters of air material

表3 襯筒和端蓋材料參數(shù)Table 3 Parameters of linear and cover material

表4 破片材料參數(shù)Table 4 Parameters of fragment material

采用LS_DYNA 有限元軟件中的ALE 多物質流固耦合算法模擬炸藥爆轟和破片驅動，其中空氣域和炸藥采用Euler 算法，襯筒和破片采用Lagrange 算法。襯筒和破片之間定義CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE 侵蝕面面接觸，而破片之間定義CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE接觸。為了使破片順利穿過空氣域，在空氣域邊界施加BOUNDARY_NON_REFLECTING 邊界條件來模擬無限Euler 場。

1.2 理論計算及模型校驗

1.2.1 破片初速理論計算

戰(zhàn)斗部的主裝藥質量和破片金屬質量之比稱為爆炸載荷系數(shù)。中心起爆時破片的初速是關于爆炸載荷系數(shù)的函數(shù)，亦是炸藥格尼常數(shù)的函數(shù)，則殼體側向的破片初速表達式［1］為

1.2.2 模型校驗

（1）中心起爆理論校驗

在中心起爆破片平均速度理論計算式（1）中，根據(jù)本文的模型結構參數(shù)，易知式中的爆炸載荷系數(shù)為0.616 3，修正系數(shù)取0.9，即可由式（1）得破片平均速度理論計算值為1 718.68 m·s-1。通過編程實現(xiàn)了對LS_DYNA 計算結果文件rbdout 的文本處理，即可得到中心起爆破片平均速度數(shù)值仿真值為1 749.92 m·s-1，相對于理論計算結果的相對誤差為1.82%，因此，中心起爆時破片平均速度理論計算值和數(shù)值仿真值吻合較好。

（2）偏心起爆理論校驗

本文的模型結構和材料參數(shù)與文獻［13，18］相同，文獻［18］建立了偏心一線起爆和偏心兩線起爆方式下的破片速度分布理論公式，且其中所述戰(zhàn)斗部結構參數(shù)完整，與試驗結果吻合較好。本文建立的數(shù)值仿真模型設置了對應的不同起爆方式，并提取彈體中截面的破片速度，對比數(shù)值模擬結果和文獻中的理論計算結果，驗證數(shù)值模型的準確性，數(shù)值和理論計算結果對比如圖3 所示。

由圖3 易知，偏心一線起爆下，破片速度最大理論誤差為4.12%；偏心60°雙線起爆下，破片速度最大理論誤差為4.24%?？梢娕c破片理論速度的最大誤差不超過5%，本文的數(shù)值模擬結果與理論計算吻合較好。

圖3 偏心起爆速度分布模型校驗Fig.3 Validation of asymmetrical initiation velocity distribution model

（3）仿真和試驗校驗

在文獻［13］中對圓柱形戰(zhàn)斗部在上端面中心起爆和偏心兩線60°起爆方式下的毀傷效能進行了靶場試驗研究和數(shù)值模擬研究。本文建立的數(shù)值仿真模型也設置了對應的2 種起爆方式，相應的數(shù)值模擬計算結果和試驗結果對比如表5 所示。

由表5 易知，在2 種起爆方式下，本文構建的戰(zhàn)斗部模型相對于文獻［13］仿真結果的相對誤差分別為1.8%和-4.66%，仿真最大誤差低于5%；相對于試驗結果的相對誤差分別為6.03%和-6.33%，試驗最大誤差低于7%，由此可見數(shù)值模擬結果和試驗吻合較好。

表5 破片最大速度的數(shù)值模擬和試驗結果對比Table 5 Comparison of numerical simulation and test results of maximum fragment velocity

但是定向方向破片平均速度稍大于試驗結果，導致這樣的原因有許多，如實際試驗起爆點會占據(jù)一部分的主裝藥空間，且需要在殼體上打孔來布置它們，這樣就會導致起爆點附近的殼體強度弱化，這就導致稀疏波侵入，降低破片速度。還有可能的原因是實際試驗中戰(zhàn)斗部沒有加上下端蓋。

通過上述理論和試驗的對比驗證，認為本研究采用的數(shù)值模擬算法、模型和參數(shù)具有相當程度的合理性，可以作為進一步研究的基礎。

2 起爆方式對定向戰(zhàn)斗部威力的影響仿真分析

2.1 起爆方式設定

在彈目交會過程中，當殺傷元素以最大速度和密度擊中目標時，毀傷效能達到最佳。首先將圓柱形定向戰(zhàn)斗部構造成六分位切分結構，如圖4 所示，定義不同的起爆網(wǎng)絡［19］，研究不同起爆方式對目標定向側的毀傷效能。

圖4 起爆方式示意圖Fig.4 Schematic figure of initiation method

根據(jù)戰(zhàn)斗部的六分位切分結構，共可以構建出偏心60°雙線起爆、偏心120°雙線起爆和偏心120°三線起爆3 種起爆方式，并與傳統(tǒng)的中心起爆方式相比較。利用LS_DYNA 進行4 種不同起爆方式的數(shù)值模擬仿真。

由于線起爆方案結構復雜不易實現(xiàn)，故在實際應用中還是主要采用多點起爆方案代替線起爆方案［11］。但起爆點數(shù)過多會使起爆的同步性難以保證，起爆點數(shù)過少會導致爆轟不完全，影響戰(zhàn)斗部的毀傷性能。起爆點數(shù)的選擇與裝藥的長徑比有關［20］：

式中：L 為裝藥長度，mm；d 為裝藥口徑，mm；μ 為相鄰起爆點間距與裝藥口徑的比值。

根據(jù)本文的模型結構尺寸，由式（2）可得，本文模型采用4 點起爆可以代替線起爆。

2.2 計算結果分析

2.2.1 破片飛散規(guī)律

基于起爆方式對破片飛散規(guī)律影響的設計，利用LS_DYNA 進行4 種不同起爆方式的數(shù)值模擬仿真，圖5 為圓柱形戰(zhàn)斗部起爆200 μs 后破片的徑向速度矢量圖。

圖5 破片徑向速度矢量圖Fig.5 Fragment radial velocity vector

由圖5 可以看出中心起爆時，破片的速度均勻分布，偏心起爆方式時，破片沿徑向飛散呈明顯的不對成性，在戰(zhàn)斗部的定向區(qū)域產(chǎn)生一定的增益。

2.2.2 破片飛散速度

由于破片數(shù)量較多，為了便于量化比較，選取中間一行的破片作為研究對象。圓柱形戰(zhàn)斗部設有46 行和60 列破片，中間行破片取第23 行，從左到右依次給該行破片編號為1～60，1 號和60 號破片相鄰，且為起爆點側破片，30 號為起爆點對側破片，1～60 號破片分布由 0°～360°。破片排列位置和不同起爆方式下的破片飛散速度對比如圖6 所示。

圖6 破片排布和速度對比圖Fig.6 Fragment configuration and comparison of fragment velocity

由圖6 可以看出，起爆方式對破片的飛散速度影響較大。采用中心一點起爆方式時，破片的最大飛散速度為1 905.27 m·s-1；采用偏心60°雙線起爆時，破片的最大飛散速度為2 318.66 m·s-1，相較于中心一點起爆時提高了21.7%；采用偏心120°雙線起爆時，破片的最大飛散速度為2 250.93 m·s-1，相較于中心一點起爆時提高了18.14%；采用偏心120°三線起爆時，破片的最大飛散速度為2 292.45 m·s-1，相較于中心一點起爆時提高了20.32%。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，采用偏心線起爆時的破片速度明顯高于采用中心一點起爆時的速度，且采用偏心60°雙線起爆時的破片速度增益最大。從圖6 b）可以看出，由于爆轟波的疊加作用，起爆點對側的破片飛散速度明顯高于起爆點側的破片飛散速度，且形成了一定規(guī)律的增益區(qū)域，例如，偏心60°雙線起爆下的19～41 號破片飛散速度增益明顯，產(chǎn)生的增益區(qū)域約為132°；偏心120°雙線和三線起爆下的24～36 號破片飛散速度增益明顯，產(chǎn)生的增益區(qū)域約為72°。從圖6 b）中發(fā)現(xiàn)在偏心120°雙線和三線起爆時，11～18 號和 42～50 號破片飛散速度也產(chǎn)生了一定的增益，隨著起爆線間隔的增加，增益愈加明顯，這個現(xiàn)象是由于稀疏波的傳播造成的。為了消除此現(xiàn)象，在起爆線間隔較大時可以采用起爆線等距起爆方式，等距偏心120°三線起爆模型和破片速度對比如圖7 所示。

圖7 等距連位120°三線起爆模型和破片速度對比圖Fig.7 Equidistant eccentric 120° three lines initiation model and fragment velocity comparison

如圖7 a）所示，以偏心120°雙線起爆方式定義起爆線b 和c，設a 為爆轟波疊加產(chǎn)生的馬赫波對破片的最佳受力點，畫以a 為中心半徑為rab或rac的圓，輔助圓與戰(zhàn)斗部的中心線交于點d，并以過點d 的戰(zhàn)斗部軸線上設置起爆線，使得lab=lac=lad，以此構造等距偏心120°三線起爆方式。

如圖7 b）所示，對比偏心120°雙線起爆、偏心120°三線起爆和等距偏心120°三線起爆方式，發(fā)現(xiàn)等距偏心120°三線起爆方式能明顯改善11～19 號和42～50 號破片飛散速度產(chǎn)生增益的現(xiàn)象，并顯著提高了起爆點對側破片的飛散速度。

綜上所述，不同起爆方式下起爆點對側破片飛散速度會產(chǎn)生一定的增益，且會形成一定規(guī)律的定向毀傷區(qū)域。通過研究發(fā)現(xiàn)，除了邊緣行的破片因為稀疏波的影響，沒有形成規(guī)律的增益區(qū)域，其余行的破片都會產(chǎn)生一定規(guī)律的增益區(qū)域。

2.2.3 破片徑向飛散區(qū)域

為了找到不同起爆方式下形成的定向毀傷區(qū)域，即找到破片速度最大增益區(qū)域的徑向飛散角，將起爆點對側破片飛散區(qū)域（90°～270°）切分成12等份表示為1～12，如圖8 所示，其中間為戰(zhàn)斗部。

圖8 12 等份破片徑向飛散區(qū)域Fig.8 Twelve equal fragment radial dispersion region

通過對圓柱形戰(zhàn)斗部起爆200 μs 后的破片數(shù)據(jù)進行后處理，觀察在不同破片徑向飛散區(qū)域內破片的平均速度和破片數(shù)量的變化，如圖9 所示。

觀察圖9 a）可知，起爆點對側區(qū)域破片平均飛散速度最大，向兩側逐漸減小。偏心60°雙線起爆方式下，破片徑向飛散速度最大增益分布在區(qū)域3～10，即起爆點對側 120°區(qū)域；偏心 120°雙線和三線起爆方式與等距偏心120°三線起爆下，破片徑向飛散速度最大增益分布在區(qū)域4～9，即起爆點對側90°區(qū)域。

觀察圖9 b）可知，偏心起爆方式下，各破片徑向飛散區(qū)域內的破片數(shù)量沒有明顯的變化，但相較于中心一點起爆方式下，破片在區(qū)域5～8 數(shù)量明顯增多，即起爆點對側60°區(qū)域。

圖9 不同破片徑向飛散區(qū)域內破片的平均速度和破片數(shù)量對比圖Fig.9 Comparison of average velocity and number of fragments in different radial dispersion regions

為了便于觀察，統(tǒng)計在偏心起爆方式下，各破片徑向飛散區(qū)域內相較于中心起爆方式下的破片平均速度增益情況，如表6 所示。

表6 不同破片徑向飛散區(qū)域內破片的平均速度增益情況Table 6 Average velocity gain of fragments in different radial dispersion regions %

目標定位方向上的破片數(shù)量和破片速度直接決定了戰(zhàn)斗部的毀傷效能，為了達到對目標產(chǎn)生最大毀傷效能，從以上數(shù)據(jù)綜合考慮在破片徑向飛散區(qū)域內破片平均速度和破片數(shù)量的增益情況，認為在偏心60°雙線起爆方式下，在起爆點對側破片徑向飛散區(qū)域3～10 內的破片平均速度增益最為明顯，由3.45%增益到15.68%，破片數(shù)量最大增益達到12.17%，即判斷偏心60°雙線起爆能產(chǎn)生120°的定向毀傷區(qū)域；在偏心120°雙線和三線起爆方式與等距偏心120°三線起爆下，在起爆點對側破片徑向飛散區(qū)域5～8 內的破片平均速度增益最為明顯，分別由4.96%增益到11.58%、由7.23%增益到13.76%和由7.57%增益到15.385%，破片數(shù)量最大增益分別為15.04%、15.04%和12.5%，即判斷偏心120°起爆能產(chǎn)生60°的定向毀傷區(qū)域。

由圖9 易知，中心起爆的破片平均速度為1 718.48 m·s-1；在定向毀傷區(qū)域（60°）內的破片平均速度為1 725.11 m·s-1，破片數(shù)量為445 枚；在定向毀傷區(qū)域（120°）內的破片平均速度為 1 720.06 m·s-1，破片數(shù)量為908 枚。

偏心60°雙線起爆的破片速度分布從1 087.56 m·s-1變化到2 318.66 m·s-1，在產(chǎn)生的定向毀傷區(qū)域（120°）內的破片平均速度為 1 880.43 m·s-1，相較于中心一點起爆時對應的定向毀傷區(qū)域破片平均速度提高了9.32%，破片數(shù)量為943 枚，相較于中心一點起爆增加了35 枚。

偏心120°雙線起爆的破片速度分布從1 121.62 m·s-1變化到2 271.56 m·s-1，在產(chǎn)生的定向毀傷區(qū)域（60°）內的破片平均速度為 1 870.62 m·s-1，相較于中心一點起爆時對應的定向毀傷區(qū)域破片平均速度提高了8.44%，破片數(shù)量為479 枚，相較于中心一點起爆增加了34 枚；偏心120°三線起爆后的破片速度分布從1 137.94 m·s-1變化到 2 293.5 m·s-1，在產(chǎn)生的定向毀傷區(qū)域（60°）內的破片平均速度為1 907.35 m·s-1，相較于中心一點起爆時對應的定向毀傷區(qū)域破片平均速度提高了10.56%，破片數(shù)量為479 枚，相較于中心一點起爆增加了34 枚；等距偏心120°三線起爆后的破片速度分布從1 070.30 m·s-1變化到2 352.77 m·s-1，在產(chǎn)生的定向毀傷區(qū)域（60°）內的破片平均速度為 1 924.09 m·s-1，相較于中心一點起爆時對應的定向毀傷區(qū)域破片平均速度提高了11.53%，破片數(shù)量為476 枚，相較于中心一點起爆增加了31 枚。

為了進一步觀察破片的速度情況，將在定向毀傷區(qū)域（120°和60°）內的破片按照速度劃分不同的區(qū)間，并統(tǒng)計每個區(qū)間內的破片個數(shù)，如表7 所示。

4.防治方法。徹底清塘，有機肥要充分發(fā)酵后再使用，保持優(yōu)良的水質，加強管理，科學投餌，提高魚體免疫能力，有寄生蟲時及時殺蟲。發(fā)病季節(jié)定期潑灑生石灰或漂白粉，防止此病發(fā)生。

對比表7 內的不同起爆方式，可以看出偏心多線起爆相對于中心一點起爆可以產(chǎn)生更多的高速破片，且高速破片出現(xiàn)在戰(zhàn)斗部的定向毀傷區(qū)域，但在定向區(qū)域內破片數(shù)量增加不明顯。在高速區(qū)間內（≥2 km·s-1），偏心 60°雙線起爆會產(chǎn)生更多的高速破片，即產(chǎn)生更大的毀傷效能。

表7 不同起爆方式下的破片速度分布Table 7 Fragment velocity distribution under different initiation methods 枚

對比偏心120°雙線和三線起爆與等距偏心120°三線起爆后的破片速度分布區(qū)間，在高速區(qū)間內（≥2 km·s-1），偏心 120°三線起爆和等距偏心120°三線起爆會產(chǎn)生更多的高速破片，由于在定向毀傷區(qū)域（60°）內偏心120°三線起爆和等距偏心120°三線起爆的破片平均速度要略高于偏心120°雙線起爆后的破片平均速度，因此，如需產(chǎn)生60°的定向毀傷區(qū)域，應采用偏心120°三線起爆和等距偏心120°三線起爆方式會更優(yōu)。不同起爆方式下產(chǎn)生的定向毀傷區(qū)域范圍如圖10 所示。

如圖10 a）所示，偏心120°雙線和三線起爆與等距偏心120°三線起爆后會在起爆點對側形成60°的定向毀傷區(qū)域；如圖10 b）所示，偏心60°雙線起爆后會在起爆點對側形成120°的定向毀傷區(qū)域。

圖10 不同起爆方式下的定向毀傷區(qū)域Fig.10 Directional damage area under different initiation methods

3 六分位引信探測目標模型的建立及引戰(zhàn)配合

3.1 探測模型建立

本文研究的六分位激光引信探測目標模型的建立需要激光引信形成扇形探測視場，由于激光探測器輻射的是窄光束，無法自身形成符合要求的探測區(qū)域，可通過周向布置的棱鏡將脈沖激光器產(chǎn)生的激光折射出6 個120°的扇形波束，相鄰波束之間會有重合部分，以實現(xiàn)彈軸360°全方位覆蓋。六分位激光引信視場示意圖如圖11 所示，中間為彈體部分。

圖11 六分位激光引信視場示意圖Fig.11 Hexagon laser fuze field of view

對于六分位激光引信探測目標模型的建立，需要在彈體周圍均勻設置6 組獨立的激光收發(fā)探測裝置，引信開機后，6 組激光探測識別裝置同時開始工作，通過6 組探測裝置實現(xiàn)對彈體周圍6 個空間方位進行探測，當激光接收器收到目標反射回來的激光時，即可判定該目標位于某組激光探測器所探測的方位。6 組激光探測識別裝置的各激光探測掃描區(qū)域方位如圖12 所示。

圖12 中，中心為戰(zhàn)斗部，各陰影部分為各組探測裝置探測識別的作用方位。6 組激光探測識別裝置示為T1～T6，分布于彈體周圍的實直線上。實直線表示將彈體周圍均分為6 個區(qū)域方位，相鄰的2個方位間隔為60°，依次將彈體周圍的各空間方位標示為Ⅰ～Ⅵ。由圖12 易知，每組探測裝置的激光折射出的扇形波束角為120°，這樣每個探測器工作時所能識別的方位為彈體周圍2 個相鄰的區(qū)域，6 組探測裝置同時工作，后一個探測器的作用方位就會和前一個探測器的工作方位重合，即一個區(qū)域方位被重復探測，如圖12 a）、12 b）中Ⅲ區(qū)域為兩者的疊加區(qū)域，如圖13 a）所示。實際在彈目交會過程中，目標可能不會只出現(xiàn)單一區(qū)域方位，大多數(shù)目標會占據(jù)彈體周圍2 個區(qū)域，這時將有3 個激光探測器探測到該目標，目標出現(xiàn)在2 個區(qū)域方位具體如圖13 b）所示。

圖12 各探測器掃描區(qū)域示意圖Fig.12 Scanning area of each detector

如圖13 a）所示，這樣在6 組探測裝置工作時，6組探測裝置就會產(chǎn)生6 個重復探測的區(qū)域，進而應用6 組激光探測識別裝置實現(xiàn)識別彈體周圍6 組空間區(qū)域方位的目的，重復的探測可以減少在高速的彈目交會過程中出現(xiàn)虛報和漏報的情況，保證有效的捕獲目標。

圖13 目標占據(jù)1 和2 個探測區(qū)域方位示意圖Fig.13 The target occupies 1 and 2 detection area

3.2 定向戰(zhàn)斗部引戰(zhàn)配合

定向戰(zhàn)斗部的使用必須以目標脫靶方位的準確識別和戰(zhàn)斗部定向起爆的精確控制為前提［18］。因此，在識別到目標脫靶方位后，需要精確控制戰(zhàn)斗部定向起爆達到對目標的最佳毀傷效果。通過定向戰(zhàn)斗部的起爆網(wǎng)絡與引信探測識別目標模型的相互配合［21］，在引信探測識別目標模型探測到目標脫靶方位后，引爆對應的起爆網(wǎng)絡，最終實現(xiàn)對目標的最佳毀傷效果。六分位探測引信定向戰(zhàn)斗部引戰(zhàn)配合示意圖如圖14 所示。

圖14 中，中心為戰(zhàn)斗部，根據(jù)裝藥六分位的切分結構在戰(zhàn)斗部中均勻分布著6 個起爆點①～⑥，相鄰起爆點之間間隔60°。同樣6 組激光探測器也在彈體上均勻分布，示為T1～T6，相鄰探測器之間間隔60°，且將戰(zhàn)斗部的周圍分為6 個空間方位Ⅰ～Ⅵ，但探測器的分布與相鄰起爆點間隔30°。

圖14 六分位探測引信定向戰(zhàn)斗部引戰(zhàn)配合示意圖Fig.14 Fuze-warhead cooperation of aimable warhead by the hexagon-detection fuze

六分位激光探測定向戰(zhàn)斗部引戰(zhàn)配合根據(jù)目標占據(jù)的區(qū)域分為2 種方式。

方式1：如圖14 a）所示，當目標只占據(jù)一個空間方位時，利用六分位引信探測目標識別模型，探測出目標位于Ⅲ區(qū)域，此時根據(jù)對于圓柱形戰(zhàn)斗部六分位起爆方式的研究和爆轟波疊加的原理，得出偏心120°雙線和三線起爆與等距偏心120°三線起爆方式會在起爆點對側空間方位形成60°的定向毀傷區(qū)域，通過不同起爆方式對定向戰(zhàn)斗部威力的影響仿真分析，發(fā)現(xiàn)等距偏心120°三線起爆和偏心120°三線起爆比偏心120°雙線起爆對目標的毀傷效果更好。根據(jù)本文要求，如果運用等距偏心120°三線起爆方式達到本文設計的引戰(zhàn)配合要求，就需要再增設6 條滿足等距起爆要求的起爆線，在實際試驗中會占據(jù)戰(zhàn)斗部裝藥寶貴的資源，且對于起爆網(wǎng)絡的控制也增添了難度，因此，在目標占據(jù)60°的空間方位時，選用偏心120°三線起爆方式達到最佳效果，如圖14 a）的情況就需引爆起爆點①③，達到對目標的最佳毀傷效能，其他目標占據(jù)一個空間方位的情況下，引戰(zhàn)配合方式與此類似。

方式2：如圖14 b）所示，當目標占據(jù)2 個空間方位時，利用六分位引信探測目標識別模型，探測出目標位于Ⅱ、Ⅲ區(qū)域，此時根據(jù)對于圓柱形戰(zhàn)斗部六分位起爆方式的研究和爆轟波疊加的原理，得出偏心60°雙線起爆方式會在對側空間方位形成120°的定向毀傷區(qū)域，根據(jù)圖14 b）的情況可引爆起爆點②③達到對目標的最佳毀傷效能，其他目標占據(jù)2個空間方位的情況下，引戰(zhàn)配合方式與此相似。

4 結論

本文針對預制破片圓柱形戰(zhàn)斗部，通過定向戰(zhàn)斗部的起爆網(wǎng)絡與引信探測目標識別模型的相互配合，在引信識別模型探測到目標脫靶方位后，引爆對應的起爆點，最終實現(xiàn)對目標的最佳毀傷效果。研究結果表明：

（1）與中心起爆方式相比偏心60°雙線起爆可以使戰(zhàn)斗部產(chǎn)生120°的定向毀傷區(qū)域；偏心120°雙線和三線起爆與等距偏心120°三線起爆可以使戰(zhàn)斗部產(chǎn)生60°的定向毀傷區(qū)域。破片數(shù)量也有相應的增加。考慮到增添起爆線對起爆網(wǎng)絡控制的難度和對戰(zhàn)斗部資源的占用，若目標分布在150°～210°區(qū)域（60°增益區(qū)），可以選擇偏心120°三線起爆方式，能達到對目標有效毀傷。

（2）建立了六分位引信探測目標模型，利用6組探測裝置產(chǎn)生6 個重復探測的區(qū)域，進而應用6組激光探測識別裝置實現(xiàn)識別彈體周圍6 組空間區(qū)域方位的目的。

（3）本文研究的定向戰(zhàn)斗部的引戰(zhàn)配合方式，可以精確控制戰(zhàn)斗部定向起爆實現(xiàn)對目標的最佳毀傷效果。