1 引言
杀爆战斗部一般采用定高起爆，在弹头落速与破片初速的耦合作用下，战斗部破片高速飞向地面，并在地面形成一定的散布，在弹道和战斗部威力参数一定时，杀爆战斗部的起爆高度直接决定其毁伤威力[1]。当打击海上舰船目标时，由于舰船舰面与海面存在着明显的高度差，定高基准平面的选择影响着战斗部的起爆高度，进而影响了战斗部的毁伤效能。一种利用新型的激光探测装置在导弹弹道末端利用激光测距和回波能量信号处理，可以识别导弹落点位于海面还是舰面，但是目前尚无相关评估方法和研究结论用以分析和支撑识别定高条件下杀爆战斗部对舰船的毁伤效能[2-3]。本文即针对上述实际应用问题，通过毁伤覆盖面积评估和破片着靶数统计评估，并考虑导弹落点精度，对识别定高杀爆战斗部对舰船的毁伤效能进行了分析评估，本文研究方法和结论以期支撑定高识别技术应用和导弹武器作战毁伤效能提升。
2 毁伤效能计算条件
2.1 识别定高起爆控制技术
识别定高起爆控制主要通过在引控系统、爆炸序列基础上增加目标识别与炸点控制装置来实现，装置主体为主动激光发射/探测模块。将装置安装于导弹内，在弹道末端一定高度时，激活多路激光发射/探测模块光路；模块测得激光测距值和对应激光回波信息时间序列后，以预设的判别策略准则，对测距和回波能量、信息时间序列进行处理，判断导弹飞行轨迹是否与舰面交会，针对导弹飞行轨迹与海面、舰面的交会判断，形成相应的起爆高度控制信号[4-7]。
2.2 杀爆战斗部及导弹终点弹道参数
以某型杀爆战斗部为分析对象，战斗部威力性能参数见表1。导弹平台终点弹道条件落速550 m/s，落角90°。
表1 某杀爆战斗部威力参数
Table 1 The power parameters of blast-fragmentation warhead
TNT当量/kg破片素破片数量飞散区间计算初速/(m·s-1)300钨合金珠Ф6 mm40 00020 00010 00075°～95°60°～75°30°～60°1 700
2.3 舰船目标及毁伤判据
以某典型导弹驱逐舰为分析对象[8-9]，其主尺寸参数见表2，模型如图1所示。
图1 某舰船目标模型示意图
Fig.1 Sketch of a ship model
表2 某舰船目标尺寸参数
Table 2 The size parameters of navy ship
项目总长/m船宽/m船高/m吃水/m海-舰面高度差/m某驱逐舰1502025718
针对舰船目标，杀爆战斗部主要打击舰船薄壁甲板、雷达阵面和舰桥等轻防护目标[10]，根据目标等效方法可以将其等效为4 mm的Q235钢板，以此选用破片毁伤动能判据为600 J，破片分布密度判据暂按1个/m2。
3 基于毁伤覆盖面积的效能评估
3.1 最大毁伤覆盖面积及爆高计算
利用杀爆战斗部威力计算程序[11-12]，采用毁伤覆盖面积评估法对战斗部破片毁伤威力进行计算。当落速550 m/s，落角-90°，落点位于舰船中心位置时，战斗部在不同爆高下破片毁伤覆盖区域如图2所示，覆盖区域等效半径随爆高变化曲线如图3所示。
图3 战斗部等效毁伤半径随爆高变化曲线
Fig.3 Curve of damage radius with exploding height
从图2可以看出，当爆高小于25 m时，战斗部破片威力仅能覆盖舰船部分区域，随着爆高的增大战斗部威力区域逐渐覆盖舰船所有部分。经计算，当爆高为36 m时，战斗部毁伤覆盖区域最大，等效毁伤半径为93 m，即该杀爆战斗部对该驱逐舰打击时，最佳炸高为36 m。
图2 不同爆高条件下战斗部毁伤覆盖区域
Fig.2 Damage coverage area with different exploding height
3.2 落点位于海面/舰面的毁伤覆盖面积计算
弹头落点位于舰船和海面时识别的炸高不同，如图4所示。当弹头落点位于舰船上方时，无论是否采用识别定高起爆，战斗部相对舰船甲板的实际炸高均为36 m，战斗部毁伤半径为93 m。当弹头落点位于在海面上时，考虑到舰船甲板与海面高度差18 m(船高与吃水线差)，未识别定高起爆时，战斗部相对舰船甲板的实际爆高为18 m，此时相对甲板战斗部毁伤半径为56 m，如图5(a)所示；采取识别定高起爆后，激光装置识别出海面，可将爆高由36 m提高至54 m，在此条件下相对甲板战斗部毁伤半径依然能够保证为93 m，如图5(b)所示。
图4 落点位于舰面和海面时的炸高
Fig.4 Exploding height when the missile landing point is on the sea surface
图5 落点位于海面时普通定高与识别定高毁伤覆盖面积
Fig.5 Damage coverage area when the missile landing point is on the sea surface
考虑动态条件下舰船与弹头落点的相对位置关系[13]，采用识别定高起爆前后战斗部毁伤区域如表3所示，结果表明采用识别定高起爆，可显著提高战斗部对舰船的毁伤覆盖面积。
表3 采用识别定高起爆前后杀爆战斗部毁伤面积对比
Table 3 Comparison of damage area on intelligent identification
落点普通装订爆高智能识别装订爆高0,0落点位于舰面,相对舰面实际爆高36 m,毁伤区域可全覆盖舰船落点位于舰面,相对舰面实际爆高36 m,毁伤区域可全覆盖舰船0,2525,25落点位于海面,相对舰面实际爆高18 m,毁伤区域覆盖舰船2/3区域以上 落点位于海面,智能修订后,相对舰面实际爆高36 m,毁伤区域近似或完全覆盖舰船区域0,5050,50落点位于海面时,相对舰面实际爆高18 m,毁伤区域仅能覆盖舰船1/3区域 落点位于海面,智能修订后,相对舰面实际爆高36 m,毁伤区域覆盖舰船区域大于2/3,或完全覆盖
4 基于破片着靶数的毁伤效果评估
4.1 采用/未采用智能定高破片着靶数计算
采用弹道终端遭遇仿真毁伤评估方法[14-15]，对杀爆战斗部在普通定高与智能识别定高下对典型驱逐舰的毁伤效能进行了对比分析。导弹在特定弹道下对舰船的毁伤评估效果如图6所示，通过对舰船着靶的有效破片数量的统计，评估战斗部对舰船的毁伤效果[16]。
图6 弹道终端遭遇仿真毁伤评估示意图
Fig.6 Schematic diagram of simulation damage assessment for ballistic terminal encounter
当落点位于海面上时，未采用识别定高起爆时，相对于海面时装订爆高为36 m；采用识别定高起爆时，相对于海面时装订爆高为54 m。通过计算，以舰船为中心，通过调整落点位置，分别计算战斗部爆高为36 m和54 m时破片上靶数，如图7所示，得到爆高为36 m和54 m条件下破片着靶数相同时的落点包络线。当落点在包络线以内时，装订爆高为36 m，舰船上的破片着靶数大于爆高为54 m的条件，如图7中落点为(0，-25)，(0，-50)情况；当落点在包络线以外时，装订爆高为54 m，舰船上的破片着靶数大于爆高为36 m的条件，如图7中落点为(0，-75)，(0，-100)情况。
图7 采用/未采用识别定高起爆不同落点破片着靶数分析
Fig.7 The number of the fragmentation hits with different missile landing point
结合上述分析，通过识别定高起爆，在区分落点与舰面、海面相对位置关系的基础上，进一步判断落点与包络线的相对位置关系，若落点相对位置在所示包络线内，则智能装订36 m爆高起爆；若落点相对位置在包络线外，则智能装订54 m 爆高起爆，进而使战斗部获得对舰船的最佳毁伤效果。
4.2 考虑导弹落点精度的毁伤效果评估
基于获得的识别定高起爆识别包络线，考虑落点精度CEP对战斗部的毁伤威力效果进行评估。不同CEP条件下进行1 000次落点模拟仿真打靶，落点分布如图8所示，当导弹CEP=35 m时，98.85%的落点位于包络线内；当导弹CEP=50 m时，70.71%的落点位于包络线内；当导弹CEP=70 m时，53.21%的落点位于包络线内；当导弹CEP=90 m时，36.73%的落点位于包络线内。
图8 不同CEP下模拟打靶落点分布
Fig.8 Distribution of missile landing point under different CEP
基于模拟打靶导弹落点相对包络线的分布情况，统计计算各个落点条件下采用识别定高起爆前后，战斗部对舰船的破片着靶数，如表4所示。当导弹CEP=35 m，落点大部分位于包络线内，普通定高装置和识别定高起爆战斗部破片对舰船的平均着靶数接近，采用识别定高起爆破片无明显提高。但是当导弹CEP较大时，采用识别定高起爆可以显著提高破片的着靶数，当CEP=50 m时，可提升5.79%；当CEP=70 m时，可提升10.98%；当CEP=90 m时，可提升18.66%。随着导弹落点精度误差的提高，采用定高识别起爆战斗部毁伤效能逐渐提高，可以在一定程度上弥补导弹落点精度误差造成的毁伤效能下降问题。
表4 不同CEP条件下智能识别定高对破片数量的提升
Table 4 Increasing the number of fragmentation hits on intelligent identification under different CEP
CEP落点位于包络线内统计比例/%普通定高破片着靶数智能定高破片着靶数着靶数提升比例/%3598.856 198.576 240.100.675070.714 617.674 884.885.797053.213 647.174 047.7510.989036.732 719.623 227.0518.66
5 结论
本文以某型驱逐舰作为典型大中型舰船目标，对杀爆战斗部采用识别定高起爆前后毁伤效能进行了评估分析，研究表明识别定高起爆，在一定落点条件下对杀爆战斗部的毁伤效果提升显著，结论如下：
1)基于毁伤威力覆盖面积评估，采用识别定高起爆，战斗部毁伤威力覆盖面积较普通定高装置可显著增加。
2)基于战斗部破片着靶数评估，采用识别定高起爆，导弹落点在目标一定区域外，战斗部破片着靶数较普通定高装置呈增加趋势。
3)基于导弹落点精度毁伤评估，在CEP=35 m时，采用识别定高起爆相比普通定高装置，战斗部破片平均着靶数无明显提升；当CEP=50 m，70 m和90 m时，识别定高起爆相比普通定高装置战斗部破片平均着靶数则分别提升5.79%，10.98%和18.66%。
[1] 刘秀春,李磊,及红娟,等.机动再入式大型杀爆战斗部最佳爆高计算方法[J].弹箭与制导学报,2020,40(03):49-52.
Liu X C,Li L,Ji H,et al.Algorithm for the optimal exploding height of maneuvering reentry large-scale blast-fragmentation warhead[J].Journal of Projectiles,Rockets,Missiles and Guidance,2020,40(03):49-52.
[2] Chakravarti M,Chanda V B,Bandi J,et al.An effective estimation of time-dependent doppler frequency for weapon fuzing[C]//Proc.of the Tencon IEEE Region 10 Conference.IEEE,2009.
[3] Choi J H,Jung M S,Yeom K W.A Design and assessment of a direction finding proximity fuze sensor[J].IEEE sensors journal,2013,13(08):3079-3089.
[4] 诸德放,张真,张立海,等.一种多元激光探测器测高测角体制[J].光电工程,2014,41(11):68-72.
Zhu D F,Zhang Z,Zhang L H,et al.A kind of multi-detecting module height-angle finding system[J].Opto-Electronic Engineering,2014,41(11):68-72.
[5] 张孝云,江小华.基于倾角的激光引信定高修正方法[J].弹箭与制导学报,2013,32(02):95-98.
Zhang X Y,Jiang X H.Height emendation based on tilt angle in laser range-finding fuze[J].Journal of Projectiles,Rockets,Missiles and Guidance,2013,32(02):95-98.
[6] 翟成林,陈小伟.导弹战斗部打击下目标毁伤评估的研究进展[J].含能材料,2021,29(02):166-180.
Zhai C L,Chen X W.A review on damage assessment of target hit by missile warhead[J].Chinese Journal of Energetic Materials,2021,29(02):166-180.
[7] 李新其,王明.弹道导弹对大型水面舰船的毁伤评估模型[J].电光与控制,2008(01):51-55.
Li X Q,Wang M.Damage assessment model for large surface ship under attacking of tactical ballistic missile[J].Electronics Optics &Control,2008(01):51-55.
[8] 马晓明,晏卫东,刘延青.复杂舰船目标毁伤评估模型建立方法研究[J].火力与指挥控制,2018,43(07):113-119.
Ma X M,Yan W D,Liu Y Q.Research of the method of the establishment about the warship-damage assessment[J].Fire Control &Command Control,2018,43(07):113-119.
[9] 陈健,王永明,赵革,等.舰船目标特性研究综述[J].船舶电子工程,2008(05):17-21.
Chen J,Wang Y M,Zhao G,et al.Overview of the crucial technology research for ship’s target characteristics[J].Ship Electronic Engineering,2008(05):17-21.
[10] 谷鸿平,王玉,舒彬,等.制导榴弹对典型舰船的毁伤效能研究[J].火力与指挥控制,2020,45(10):35-42.
Gu H P,Wang Y,Shu B,et al.Research on damage efficiency of guided grenade against typical ships[J].Fire Control &Command Contro,2020,45(10):35-42.
[11] 肖师云,冯成良,刘俞平,等.基于杀伤面积的杀爆战斗部总体参数优化[J].兵工自动化,2020,39(05):32-36.
Xiao S Y,Feng C L,Liu Y P,et al.Optimization of parameters of blast-fragmentation warhead based on lethal area[J].Ordnance Industry Automation,2020,39(05):32-36.
[12] 应国淼,董桂旭,肖师云,等.基于射击线技术的杀爆战斗部杀伤面积计算[J].兵器装备工程学报,2016,37(11):20-23.
Ying G M,Dong G X,Xiao S Y,et al.Lethal area calculation of blast-fragmentation warhead based on firing line technology[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016,37(11):20-23.
[13] 赵传,王树山,马瑾,等.反舰导弹战斗部近距空爆的毁伤威胁性分析[J].中国船舶研究,2018,13(03):131-139.
Zhao C,Wang S S,Ma J,et al.Analysis on damage of anti-ship missile warhead under close explosion[J].Chinese Journal of Ship Research,2018,13(03):131-139.
[14] 赵传,王树山,李德聪,等.舱室防护装甲对战斗部破片群的防护效能评估[J].船舶力学,2021,25(03):375-382.
Zhao C,Wang S S,Li D C,et al.Evaluation of protective abilities of cabin armor against warhead fragments[J].Journal of Ship Mechanics,2021,25(03):375-382.
[15] 高鹏,徐豫新,李可,等.火箭杀爆弹动爆毁伤幅员计算方法与可视化仿真实现[J].兵器装备工程学报,2016,37(S2):216-220.
Gao P,Xu Y X,Li K,et al.Modeling and visual simulation of dynamic explosion damage area of rocket blast-fragmentation warhead[J].Acta Armamentarii,2016,37(S2):216-220.
[16] 刘建斌,夏金刚,缪前树，等.航空火箭杀爆弹动态爆炸威力仿真分析[J].兵器装备工程学报,2020,41(08):97-102.
Liu J B,Xia J G,Miao Q S,et al.Simulation on dynamic explosion lethality of aerial high explosive projectile[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2020,41(08):97-102.