反舰导弹易损性模型分析*

王诚成，谢晓方，孙 涛，张龙杰

(海军航空工程学院，山东烟台 264001)

0 引言

近程反导力量是我军舰艇面对敌方导弹攻击的最后一道屏障，舰炮是近程反导的主力。舰炮弹丸对来袭导弹的毁伤效果及毁伤效果评估是反导关注的焦点。

以往文献[1－4]大多以导弹受舰炮弹丸或破片冲击后不同部位的命中概率为毁伤模型进行导弹损伤分析，而对导弹被命中后不同部位可能的毁伤效果以及各种不同毁伤效果对导弹总体影响没有更深入的研究。文中在其基础上，研究分析典型导弹目标的易损性，针对典型导弹不同部位受损情况进行建模并对导弹各个系统受损后的毁伤进行定性分析及毁伤等级划分，为进一步进行典型反舰导弹总体易损性分析打下基础。

1 对反舰导弹的毁伤机理

毁伤效果指标一般应根据目标特性、毁伤机理，并结合作战意图而选取。

部件的毁伤机理与作用在部件上的毁伤元有关，如破片毁伤元的撞击、侵彻可能使部件功能部分或全部丧失，结构强度减弱，引燃或引爆易燃易爆部件，冲击波则使目标的结构毁伤。

舰炮是近程反导的主力，目前小口径速射舰炮武器系统(30mm口径以下)末端反导一般采用直接命中体制，依靠系统的高射速所形成的弹幕击毁来袭导弹或使其偏航，从而达到防御目的[5]。高射速、多弹丸是其毁伤目标的重要条件。

2 反舰导弹毁伤模式及易损性模型

2.1 反舰导弹被命中后的毁伤模式

反舰导弹由很多系统构成，一般总体上可分为弹体、动力装置、战斗部系统、导引头、控制系统和弹上电气设备等。一枚导弹要完成既定的战斗任务，需要具有寻的、飞行、姿态控制、终点毁伤等功能，这些功能分别由导弹的各个部件、系统共同协调完成，任何系统的损伤都可能导致其不能完成预定任务。

从导弹功能性失效的角度出发，导弹可能的毁伤模式主要有[6]:

1)灾难性毁伤(被打爆);

2)不能引爆战斗部(成为哑弹);

3)不能准确的飞向攻击目标(偏航)。

导致这些毁伤模式的机理非常复杂，例如，导弹在破片或冲击波作用下，弹体的局部压跨、变形、折弯、翼片的折断、变形等都可能引起气动力的不对称而使导弹偏航，导引头以及控制系统毁伤、燃料泄漏、发动机失效等也能引起导弹不能准确飞向攻击的目标。导弹的引信及传爆序列受到损坏，可能出现哑弹。如果导弹所携带的易燃易爆部件(如战斗部、燃料舱)受到高速破片的撞击，可能出现燃烧或爆炸现象，从而导致整个导弹的解体。

从毁伤部件效果描述性等级划分，对于导弹目标毁伤，可定义3个毁伤等级:

K级毁伤:导弹遭到打击后受到的损伤会导致哑弹或引起爆炸;

A级毁伤:导弹遭到打击后其损伤将引起失控、偏航;

B级毁伤:导弹遭到打击后损伤不足以影响预定任务。

2.2 反舰导弹易损性模型

反舰导弹易损性主要与以下几个主要因素有关:导弹本身各个系统部件的材料属性、舰炮弹丸基本属性、导弹速度、舰炮弹丸速度、舰炮弹丸与导弹交汇时的入射角以及舰炮命中导弹各个系统部件的概率分布等。现将反舰导弹易损性以函数形式描述:

式中:Fi为反舰导弹受舰炮弹丸冲击时的动态易损性函数;cbi为导弹各个系统部件的材料基本属性，包括材料密度、泊松比、杨氏模量等参数;cpi为舰炮弹丸的材料属性、质量、直径等参数;v1为导弹在与舰炮弹丸交汇时的瞬时速度;v2为舰炮在与导弹交汇时的瞬时速度;θ为舰炮弹丸与导弹交汇时的入射角;pi为舰炮命中导弹各个系统部件的概率，它是导弹与舰炮距离d以及导弹各个系统部件体积V的函数，在后期仿真中，可用蒙特卡洛方法计算出在舰炮弹幕范围内导弹各个舱段的着弹情况。

根据i值的不同，分别定义导弹各个分系统的易损性函数:

i=1，表示导弹壳体的易损性函数。

i=2，表示导弹推进系统的易损性函数。

i=3，表示导弹燃油系统的易损性函数。

i=4，表示导弹控制系统的易损性函数。

i=5，表示导弹制导系统的易损性函数。

i=6，表示导弹战斗部系统的易损性函数。

在对导弹与舰炮弹丸交汇瞬间的毁伤模型的建模计算中，在以上函数参量已知的条件下，可通过仿真得出在不同命中概率、不同入射角及相对速度情况下导弹不同部件与舰炮弹丸交汇瞬间的毁伤情况，舰炮弹丸对导弹不同部件的侵彻与破坏情况可以通过有限元模型近似得出。

3 导弹各系统毁伤分析及等级划分

某型反舰导弹弹身从前到后，分为整流罩舱、战斗部舱、燃油舱、发动机舱4个舱室。根据某型导弹各个主要组成舱段内部系统的基本构成及功能，结合典型导弹被命中后的各种不同毁伤模式及易损性函数描述，对导弹各个分系统进行毁伤等级划分。

3.1 反舰导弹壳体毁伤分析

导弹壳体易损性函数表示形式为:

根据反舰导弹受到舰炮弹丸冲击后弹体受损情况，壳体按受损伤程度，可划分为3个毁伤等级:

①Q0:导弹壳体无损伤;

②Q1:导弹蒙皮未击穿，壳体轻微受损;

③Q2:导弹蒙皮被击穿，壳体严重受损。

3.2 推进系统毁伤分析

推进系统位于导弹尾部的发动机舱。某型导弹推进系统由下列部件组成:

助推器:固体火箭发动机。

主发动机:冲压式空气喷气发动机。

液压舵系统:由主发动机的涡轮提供动力带动往复式柱塞泵为液压式舵机提供液压动力。

推进系统易损性函数表示形式为:

反舰导弹推进系统受到舰炮袭击后，按损伤程度，可划分为3个毁伤等级:

①T0:推进系统无损伤;

②T1:推进系统轻微受损，导弹推力下降，加速能力减弱;

③T2:推进系统严重受损，导弹无推力作用。

由于本课题所研究的是近程反导问题，而助推器在导弹发射前期就自行脱落，故在此推进系统易损性函数中的参量cb2不包含助推器的材料属性。

根据上文对推进系统结构组成的介绍，如果主发动机燃烧室被弹丸侵彻并出现缺口，此时其内部产生的高温、高压、高速喷气会直接从侵彻部位冲出，认为此时发动机将被打爆，推进系统损伤等级为T3;如果涡轮机组和燃油泵等受到弹丸有效侵彻，则认为会导致推进系统严重受损，推进系统损伤等级为T2;如果发动机自动调节系统、进气道、点火装置、氮气增压系统等部位受到弹丸有效冲击，则认为会导致推进系统轻微受损，推进系统损伤等级为T1。在进行系统毁伤分析仿真时，需要针对具体侵彻部位详细建模分析。

3.3 燃油系统毁伤分析

燃油系统用于连续不断地向燃油泵提供燃油，并在燃油泵回油动力作用下对燃油的供给进行增压。由于燃油舱是反舰导弹进行巡航飞行、实现远程精确打击的动力能源，摧毁其燃油舱是实现对反舰导弹有效拦截的重要手段之一。

燃油系统易损性函数表示形式为:

燃油系统受到舰炮袭击后，按损伤程度，可划分为3个毁伤等级:

①R0:燃油系统无损伤;

②R1:油箱壳体轻微受损，油箱漏油，导弹续航能力减弱;

③R2:油箱壳体严重受损，燃油箱体被击穿并引爆。

燃油系统的毁伤是建立在舰炮弹丸命中导弹燃油舱并成功穿透导弹壳体的基础之上的，其毁伤效果分析需要对侵彻导弹壳体之后的弹丸及燃油系统继续进行有限元分析，根据仿真结果判定毁伤等级。

3.4 控制系统毁伤分析

控制系统对于导弹能否正确收发指令、顺利完成预定战斗任务有着至关重要的作用。由于控制系统的复杂性，其受损后对导弹的影响有多种可能性，但大体上可归于以下几种。

1)无法产生驱动舵机组的控制信号;

2)无法稳定和控制导弹在飞行中的姿态角;

3)无法准确测量导弹飞行时的真实高度和高度的变化速度;

4)无法控制导弹的偏转。

控制系统易损性函数表示形式为:

反舰导弹控制系统受到舰炮袭击后，按损伤程度，可划分为3个毁伤等级:

①C0:控制系统无损伤;

②C1:控制系统轻微受损，数据采集及指令传达精度误差变大，舵面无法准确偏转;

③C2:控制系统严重受损，数据采集及指令传达失效，导弹失去控制。

3.5 导引系统毁伤分析

导引系统易损性函数表示形式为:

反舰导弹导引系统受到舰炮拦截后，按损伤程度，可划分为3个毁伤等级:

①D0:导引系统无损伤;

②D1:导引系统轻微受损，高度及角度等数据采集收发误差变大;

③D2:导引系统严重受损，导弹雷达失效，导弹失去目标。

需要注意的是，当导弹在距离目标很近时，末制导雷达会发出最后一个指令送引信，引信取消最后一级保险，此后雷达不再继续作用，故而当此后导引系统被舰炮弹丸命中后，即使导引头被破坏，毁伤等级为D2，也认为该毁伤对导弹作战任务无影响，在导弹总体毁伤等级评估中不起主导作用。

3.6 战斗部系统毁伤分析

导弹是战斗部的载体，其根本目的就是将战斗部带到预定目标处，引爆战斗部。战斗部系统位于导弹中前段的战斗部舱。战斗部系统易损性函数表示形式为:

导弹战斗部系统被舰炮击中，按受损伤程度，可划分为3个毁伤等级:

①W0:战斗部系统无毁伤;

②W1:战斗部不能可靠引爆;

③W2:战斗部系统被引爆。

如果弹丸无法侵彻进战斗部壳体，则认为战斗部系统无毁伤，毁伤等级为W0;如果传感器、传爆管、引信等被弹丸有效毁伤，则可能无法引爆战斗部，导致哑弹，损伤等级为W1;如果战斗部装药被引爆，则毁伤等级为W2;在进行系统毁伤分析仿真时，需要针对弹丸侵彻进壳体的具体部位详细建模分析。

需要特别指出的是，战斗部在何种毁伤条件下能够被引爆，这里涉及的因素有很多，引爆的条件也非常复杂，弹丸的侵彻所造成的物理毁伤只是其中一种。为了能够使结论更加有真实性、实效性，需要实际的实验数据为支撑。

3.7 毁伤树分析

根据上文对反舰导弹整体及各系统易损性的模型分析及毁伤等级划分，总结出反舰导弹总体及各系统毁伤等级树状图(如图1所示)，各字母代表的系统毁伤等级在前文已有描述。

图1 导弹总体及各系统毁伤等级树状图

从逻辑上看，各个系统毁伤之间为并联关系，各系统与壳体毁伤之间为串联关系。对反舰导弹进行易损性分析时，首先需要研究的是舰炮对导弹壳体的毁伤。假设弹丸虽然命中导弹，但是无法对导弹蒙皮造成有效毁伤，那么也无需进行其它系统的毁伤分析，也就是说，导弹壳体毁伤分析是其它系统毁伤分析的必要条件。各系统毁伤效果对于导弹总体毁伤效果产生直接影响。不同部位系统同时受到毁伤时，等级高的毁伤对导弹整体毁伤判定起主导作用。

4 结论

反舰导弹总体毁伤分析建立在对导弹各个系统毁伤效果分析的基础之上，其易损性数据是随着导弹飞行环境、飞行姿态等动态变化的。导弹各系统毁伤分析是一项复杂的专业基础性工作，其研究对于攻防双方都有着十分重要的意义。文中通过对导弹及各系统易损性函数模型与毁伤结果等级等的分析，为有效评价反舰导弹的易损性提供了理论参考，也为进一步的仿真分析打下基础。

[1]周俊，汪德虎，冯文明.某型预制破片弹对导弹射击命中模拟模型[J].弹道学报，2005，17(2):33 －36.

[2]卢湘江，李向荣，张庆明.破片战斗部打击下导弹毁伤评估仿真[J].弹箭与制导学报，2008，28(6):83 －86.

[3]潘志刚，王学军.小口径舰炮的对空碰炸毁伤概率分析[J].兵工自动化，2006，25(7):90.

[4]周智超.预制破片弹对反舰导弹易损性的技术分析与计算[J].弹箭与制导学报，2006，26(1):750 －752.

[5]《国外反导舰炮武器系统》编委会.国外反导舰载武器系统[M].北京:国防工业出版社，1995.

[6]李向东，苏义岭，韩永要.导弹目标在破片式战斗部作用下的易损性评估[J].爆炸与冲击，2007(5):903－905.