仿真技术在弹药专业研究生培养过程的重要性研究

甄建伟+刘国庆+高兴勇+王国栋

摘要：具备完备的弹药毁伤效能评估能力是弹药专业研究生培养的目的之一，可以使研究生胜任弹药战斗部设计、测试、应用等工作。受经费和时间等因素制约，完全采用外场试验方法进行相关领域研究存在极大的困难，仿真技术可以完善弹药毁伤效能评估方法。构建基于仿真技术的弹药专业研究生培养知识体系，不仅提高了研究生整体培养质量，还进一步增强了弹药专业研究生未来的岗位任职能力。

关键词：仿真技术；研究生；弹药专业；培养

中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）07-0001-03

根据国防现代化建设需求，我国将兵器科学与技术一级学科分为六个学科方向，其中毁伤理论与弹药工程学科方向是其重要方面之一。毁伤理论与弹药工程学科方向主要研究毁伤能量的释放方式和控制，实现弹药对目标结构的破坏，以及目标功能的丧失或者降低等[1]，这也是弹药专业研究生培养的重要方向。弹药专业研究生通过毁伤理论与弹药工程学科的理论学习和实践可以建立弹药毁伤效能评估知识体系，掌握弹药高效毁伤技术，可胜任弹药战斗部设计、制造、测试、应用等领域的研究工作。

一、研究生培养技术需求

1.问题背景。战斗部是武器系统毁伤目标的最终单元，它的毁伤威力指标是弹药专业研究生研究的重要方向[2]。现代战争对战斗部的毁伤效能提出了更高的要求，新的探测与控制技术的出现不断推动新型战斗部的发展，新理论、新技术、新材料的突破和应用推动了大量精确高效毁伤战斗部的产生。当前世界各国都在积极发展采用各种毁伤机理的新型战斗部技术，以使弹药获得更高效的毁伤效能，弹药专业研究生培养的重要目的也包含于此。

早期的战斗部毁伤效能试验主要采用外场试验方法，这种方法具有真实可靠的优点，但需要耗费大量经费和时间。为避免通过进行大规模的试验来对战斗部性能进行验证，通常运用统计理论，使得能够以较少的样本验证战斗部的性能，然而即使如此，人力物力的大量消耗也是难以避免的。特别是随着高技术弹药结构复杂程度和打击准确度的迅速提高，战斗部的设计、定型、靶场试验也越来越复杂，花费也越来越大，对于生产批量小、单价昂贵的制导类弹药更是如此。测试成本的提高使得不能进行足够多的测试试验，而只能采取小样本量进行相关试验，进而经典的统计方法已失去数据基础，置信度与所需样本量之间的矛盾日益突出，因此也就不能依靠足够的统计数据来指导优化设计参数，以进一步提升战斗部的毁伤效能。

2.制约因素。弹药专业研究生在进行战斗部毁伤效能的测试过程中，试验环境是制约试验的一个重要因素。比如暴风雨、冰雹、浓雾、大风等严酷的气象条件在实际试验中很难实现，特别是对于具有目标感知功能的战斗部而言，难以营造综合声、光、电、磁、气象等干扰因素的复杂试验环境[3]，试验设计不够科学，导致试验与战场应用环境不一致，进而造成试验结论准确性不高，这给弹药专业研究生的相关研究带来了很大困难。

3.需求分析。实际靶场试验测试方法、技术和手段的局限性限制了对战斗部毁伤效能的测试，进而影响了弹药专业相关研究方向研究生的培养。比如在进行战斗部拦截毁伤战斗机、巡航导弹等高速飞行体的过程中，虽可以采用火箭撬等加速设备进行动态测试，但也仅能实现相向、追尾等交会过程，与实际中的弹目交会姿态尚有很大差异，特别是对于定向毁伤战斗部测试结果与战场的实际效用更是相差甚远。

基于上述原因，在弹药专业研究生人才的培养过程中，急需开展数值仿真方法和手段的相关教学内容。在研究生开展弹药相关研究过程中，就可以在数值仿真的基础上，利用靶场试验数据结果修正模型参数，实现战斗部毁伤效能的精确评估，从而减少实弹测试数量，降低研制与试验成本，节省人力物力，缩短研制与试验周期，可有效提高战斗部毁伤效能试验结论的精确性。从而实现弹药专业方向研究生培养质量的提高，使之更加胜任未来的工作。

二、仿真技术应用现状

近年来，随着光电技术、传感技术和计算机网络技术的迅速发展，很多西方发达国家都在致力于仿真技术的研究，并积极探索它在军事领域的应用前景。1989年，北欧制定“欧几里德计划”，将仿真技术作为11项优先合作发展的项目之一。美军也非常重视这方面的研究和应用，在制导武器系统的开发方面应用模拟和仿真技术已经有很长的历史，认为系统仿真是武器研制成功的关键。1992年，美国提出21项国防关键技术，仿真技术位列第6。

在武器装备的研制过程中，通过采用仿真技术，设计者可以预先进行系统建模和仿真试验全过程，不但能够对武器系统的作战效能进行合理评估，使武器系统的性能指标更接近实战要求，而且大大缩短了武器系统的研制周期。仿真技术还可对未来高技术局部战争的战场环境、武器装备的战术性能和使用效率等进行作战仿真，有利于军方选择那些对整体效能贡献大、技术可实现的武器装备进行重点发展，从而优化武器装备体系的整体质量和效能。

在弹药武器系统的研制和鉴定试验中，仿真技术也起着重要的作用。通过对弹药武器系统进行详细分析，建立起系统的仿真模型，然后对其进行仿真，从而获得大量的仿真数据，这些数据可以用于产品的性能预估和测试指导，以及验收过程的辅助决策等。这样通过反复的模型修正和仿真，即可大大减少武器系统的试验与鉴定费用，使有限的经费用于关键的试验和鉴定，从而提高試验和鉴定的效益。

随着武器系统日益复杂化，大多新型的弹药武器系统装备有贵重的附属装置，这样采用实际的靶场试验就要付出昂贵的代价。美国国防部公布的资料表明，模拟仿真的投资回报是，1美元的投资，回报为20—40美元。因此，到20世纪90年代初，美国陆军已建立了室内外结合的制导武器半实物仿真试验设置，并进行了多种导弹的试验仿真。美国军方的主要仿真系统在武器系统研制、鉴定试验、作战训练的过程中发挥了重要的作用，产生了巨大的军事、经济效益，这充分说明了靶场建立仿真系统的作用和意义，北约各国纷纷效仿美国的做法，建立自己的仿真系统。

国内在高效毁伤战斗部关键技术方面取得了一定突破，但是在弹药毁伤效能评估理论与试验方面仍处于起步阶段，尚未建立起基于仿真技术的弹药毁伤效能的评估体系，难以为弹药毁伤效能专业人才的培养提供有效帮助，成为制约弹药专业研究生人才培养质量的瓶颈问题。

三、研究生培养知识体系构建

为了实现弹药专业研究生培养的高效实用，在弹药毁伤效能方面研究生培养要注重系统建设，培养知识体系应包括战斗部威力场模型构建、典型目标易损性模型构建、仿真试验环境模型构建、毁伤效能程序编写和毁伤目标评价体系构建等内容。通过数值仿真技术，学习构建目标和周围环境的仿真模型，将战斗部威力场、目标易损性、弹目信息感知、战场环境等因素高度融合，通过对弹药毁伤目标规律的分析、评定、模拟和计算等方法的学习，使研究生具备弹药毁伤效能整体仿真评估能力，以满足弹药毁伤效能评估测试试验和研究生专业人才培养的需要。进行弹药专业研究生培养，使其更加适合弹药毁伤效能评估工作，其知识体系培养内容应重点包含以下五方面内容。

1.战斗部威力场模型构建。战斗部对目标的毁伤一般是通过其在弹道终点处与目标发生的碰撞、爆炸等作用，将自身的动能或爆炸能或其产生的作用元（破片、射流等）对目标进行机械的、化学的、热力效应的破坏。归纳起来，战斗部的毁伤作用可分为：破片作用、动能作用、聚能作用、碎甲作用、燃烧作用、软杀伤作用等。通常情况，战斗部对目标的毁伤效果大多是几个基本毁伤作用共同造成的，因此在建立各种典型战斗部威力场模型时，首先分别建立基于各种毁伤原理的威力场，然后根据战斗部的特点将各威力场进行综合，最后确定战斗部威力场模型，具体建立过程如图1所示。

2.典型目标易损性模型构建。根据所要对付的主要目标，战斗部设计者和使用者所关心的问题是战斗部攻击敌方目标后，使其原有性能损失的程度以及这种损失对其完成作战任务的影响程度。这就是目标易损性研究所要解决的问题。目标易损性涉及许多因素，正是这些因素决定着目标耐毁伤的能力。在建立典型目标易损性模型的过程中，首先对战场目标进行分析，确定战场上的主要目标类型，通过进行各种目标的易损性影响因素分析，评定目标的破坏等级，并最终建立目标的易损性模型，建立过程如图2所示。

3.仿真试验环境模型构建。战斗部对目标的毁伤是在一定的环境中进行的，因此要获得战斗部对目标的毁伤场，必须建立仿真试验环境模型。战斗部毁伤目标的过程包括感知、作用、毁伤三个重要过程，其中感知强调战斗部对目标的探测，作用强调弹药爆炸所形成的威力场，毁伤强调弹-靶的相互作用。仿真试验环境就是为这三个过程的仿真计算服务，其应用过程如图3所示。

4.毁伤效能程序编写。应用仿真技术的核心是系统的模型化问题，模型是仿真的基础和前提，在以上对弹药毁伤目标整个过程建模的基础上，就可以进行仿真。为了利于仿真模型及其软件的通用化，提高仿真的复用率，采用通用软件编写程序，合理构建计算程序框架，并预留程序接口，以利于今后的拓展。利用成熟的视景仿真技术，将仿真过程和结果可视化。

5.毁伤目标评价体系构建。战斗部毁伤目标的过程包括战斗部的毁伤威力和目标的易损性两个密切相关的问题，它们是同一现象攻、防两个不同的研究侧面，因此战斗部毁伤目标评价体系的建立过程也应围绕这两个方面进行，如图4所示。

当前计算机技术的飞速发展和软硬件费用的大幅度下降，为以上内容研究生培养的具体实施提供了有利的条件。通过对研究生培养知识体系的构建，使仿真技术在弹药武器系统试验与鉴定中得到应用。通过仿真方法检验和评价武器系统的性能不仅是弹药武器系统研发的必然趋势，也可促进弹药專业研究生的培养，提高研究生的岗位任职能力。

四、小结

仿真技术是弹药专业研究生培养的重要内容，是确保研究生培养质量，提高研究生岗位任职能力的必要手段。作为军队院校，要充分认识仿真技术在研究生培养过程的重大意义，积极完善弹药专业研究生培养方案，构建研究生培养知识体系，丰富仿真技术培养平台手段，创新形成适合弹药专业研究生未来发展的科研学术路径，为提高弹药专业研究生培养质量奠定基础。

参考文献：

[1]国务院学位委员会第六届学科评议组.学位授予和人才培养一级学科简介[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2]李翔宇，卢芳云，蒋邦海，等.《武器战斗部投射与毁伤》课程建设初探[J].高等教育研究学报，2011，（11）.

[3]蔡军锋，宣兆龙，武洪文.弹药保障虚拟仿真实验教学平台构建与应用[J].中国现代教育装备，2015，（227）.

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