武器装备毁伤评估研究方法综述

王 华， 辛腾达， 崔村燕， 王 岩， 赵蓓蕾， 赵继广

(1. 装备学院 航天装备系， 北京 101416； 2. 装备学院 装备发展战略研究所， 北京 101416)

武器装备毁伤评估研究方法综述

王 华1， 辛腾达1， 崔村燕1， 王 岩1， 赵蓓蕾1， 赵继广2

(1. 装备学院 航天装备系， 北京 101416； 2. 装备学院 装备发展战略研究所， 北京 101416)

根据毁伤评估研究的内容与现状，将毁伤评估研究方法分为理论解析法、数值模拟法及基础试验法3种方法。对3种方法的具体应用进行了系统研究，总结概括了各种方法的优点与不足。最后，通过对各种方法的比较分析，指出了根据需要将3种方法相结合的方式是未来毁伤评估方法的重要研究方向。

毁伤评估；理论解析；数值模拟；基础试验

武器装备毁伤理论与技术研究的主要内容就是武器装备的毁伤机理及目标的易损性，武器装备的最终目的就是实现对打击目标的毁伤[1]。因此，毁伤理论不仅是武器装备设计的基础，而且也为联合作战行动中武器装备的应用提供科学依据。在现代高技术战争的条件下，武器装备毁伤评估研究成果主要可概括为以下几方面的应用：(1)协助武器装备设计、研发及测试人员完成武器装备的设计及性能优化改进；(2)协助武器装备管理人员根据相应单位的作战任务，进行需求分析、制定武器装备采办计划及列装规划；(3)协助作战人员根据作战任务完成武器装备配备、制定战术及军事演习计划；(4)协助完成战场目标防护技术研究工作。

武器装备毁伤评估的准确性和实时性是实现武器装备创新发展、准确装配、有效使用的重要基础，对充分发挥武器装备的战斗性能、提高作战水平具有重大的现实意义，直接影响战争的进程和结果。因此，本文对武器装备毁伤评估的方法进行了分类、总结、分析与比较，明确了各方法的优缺点，为武器装备毁伤评估方法的研究提供参考与借鉴。

1 武器装备毁伤评估主要内容

武器装备毁伤评估涉及从探索研究、型号制定，到规模生产、采购列装，再到装备配备、作战使用过程中武器装备的生产、使用各个环节，范围十分广泛。在美军联合军事行动中，联合目标选择与打击(Joint Targeting)工作主要可分为：指挥官的目的、方针、意图，目标选择、确认、排序，武器装备战斗性能分析，指挥官决心、力量分配，任务规划、实施打击及作战毁伤评估6个相互关联的过程[2]。其中，目标的选择、确认、排序，武器战斗性能分析及战斗毁伤评估3个阶段中，都要涉及武器装备毁伤评估的相关内容。

武器装备毁伤评估理论与技术作为武器装备研制与使用的基础，引起了世界各国高度重视，如美国这样的军事大国投入了大量的研究资源加以研究。目前，仅美国就有数十个实验室、高校及科研机构对武器装备的毁伤评估方法进行研究。美军在实施武器装备毁伤评估时，采用的是物理毁伤评估(Physical Damage Assessment，PDA)到功能毁伤评估(Function Damage Assessment，FDA)再到目标系统评估(Target System Assessment， TSA)的“三段式”毁伤评估方法。Daniel W.Franzen等构建的Bayesian belief network模型，Donald P.Gaver和Patricia A.Jacobs共同建立的目标毁伤概率评估模型及Glenn Dickenson为陆军开发的目标毁伤评估系统，是美军进行武器装备毁伤评估研究的主要模型[3]。

武器装备毁伤评估主要包括毁伤效能评估、武器战绩指标评估、目标易损性评估等主要内容。根据毁伤评估的阶段不同，武器装备毁伤评估主要可分为战前毁伤评估预测、战中毁伤实时更新两部分内容，如图1所示。

图1 军事行动中毁伤评估总体过程

在作战准备阶段，通过建立特定武器装备对相应目标的毁伤评估指标体系，同时借助数学及计算机技术等手段进行建模分析与处理，得到各毁伤评估指标的具体评估方法，并以此为基础进行科学的量化计算，准确地计算出一次作战行动需要投入多少武器装备，为指挥决策人员提供参考。在作战实施过程中，主要依据战场情报侦察手段(卫星、无人机、情报人员等)获取战场目标毁伤信息，利用相应的毁伤评估研究方法对目标的毁伤效果进行科学的计算，最终获得战场目标毁伤情况的具体信息，为作战指挥员根据战斗的任务需求及目标的毁伤情况做出相应的决策提供依据。

2 武器装备毁伤评估方法的发展

武器装备毁伤评估理论与现代武器装备高科技化的发展相互依存，相互促进。自19世纪20年代末期，法国学者Jean Victor Poncelet针对炮弹打击目标的问题，对目标的毁伤效果进行试验以来，相关研究人员开始广泛的对武器装备打击各种特定目标的毁伤效果进行研究。到了20世纪90年代，随着原子弹、氢弹等大规模杀伤性武器装备的发展，各国研究人员对武器装备毁伤评估的研究从传统的爆炸破片、高速撞击等机械毁伤模式拓展到了爆轰波，热辐射等化学毁伤的研究。发展到21世纪，随着计算机技术的不断发展，研究者不再仅仅关注于武器装备理论及试验方面的毁伤评估研究，而更加注重应用计算机技术对武器装备毁伤进行数值模拟，从而极大地节省研究资源，且能够达到较好的毁伤评估效果[4-5]。近些年，随着软杀伤性武器的迅速发展，相关的科研人员已经开始对石墨弹等武器装备的毁伤效果进行研究，大大拓宽了武器装备毁伤评估研究的领域。

2.1 国外武器装备毁伤评估方法的发展

欧美等军事大国为了准确地认识各种武器装备的毁伤效能，为新型武器装备的研发设计、战场运用提供依据，大量的研究机构都在开展武器装备毁伤方面的研究，且相关的研究技术较为成熟。欧美等国主要的毁伤评估研究单位与成果，如表1所示。

虽然美军在武器装备毁伤评估领域一直处于世界领先水平，对所有军事目标的易损性和武器装备的毁伤机理都进行了研究，但其毁伤评估研究水平仍一直落后于自身武器装备的发展水平。目前，各国毁伤评估的指标还没有一个统一的标准，在进行相关的研究时，仍然按照各自不同的标准进行评估。

表1 欧美等国毁伤评估研究单位及成果

2.2 国内武器装备毁伤评估方法的发展

我国与欧美等军事大国相比，在武器装备毁伤评估方面的研究起步较晚。20世纪80年代初期开始，李峥[6]通过对大量毁伤数据进行分析，得出了0.3～100 t炸药发生爆炸情况下，建筑物的毁伤情况与冲击波超压的关系，并对0.001～100 t TNT炸药爆炸情况下，羊、狗等动物的毁伤情况进行了试验，得到了相关动物不同伤亡程度下的超压阈值。随后，王正国等[7]对爆炸冲击波对人的毁伤情况进行了研究。到20世纪90年代，我国一些研究单位才开始系统地对武器装备毁伤评估进行研究，如表2所示。

目前，我国研究武器装备毁伤评估的单位主要有南京理工大学、北京理工大学、中北大学、西北工业大学、兵器科学研究院及装备学院等。虽_然相关研究在特定的武器装备或侵彻子母弹等打击飞机、导弹、机场跑道、地下设施等目标方面，取得了一定的研究成果，但总体水平仍处于针对具体研究对象的实验分析及工程估算层次。这些评估多是定性的，对各种目标的毁伤等级判断、毁伤标准和毁伤后果研究方面仍然还不完善。因此，仅仅依靠单一的方法很难得到准确的毁伤评估结果，如何获得既符合实际，又具有良好普适性的毁伤评估结果，已经成为毁伤研究的发展方向。

表2 国内早期毁伤研究单位及内容

3 武器装备毁伤评估方法研究

目前，武器装备毁伤评估的研究方法多种多样，总体而言大致可以分为理论解析法、数值模拟法、基础试验法3种。武器装备毁伤评估研究方法的具体分类情况，如图2所示。

3.1 理论解析法

应用理论解析法进行毁伤评估研究的关键是评估理论的选取，目前国内外毁伤评估研究的主要理论有Bayesian network、模糊综合评判理论、层次分析理论、Monte Carlo方法及图像处理方法等[8-12]。国内外毁伤评估几种主要理论解析法的原理及优缺点，如表3所示。

表3 国内外毁伤评估研究主要理论

图2 毁伤评估基本方法

理论解析法都是经过十分严谨的数学推导而得出的，具有最为严谨的理论基础，但其所得的结果是在大量假设的理想情况下得出的，所得结果只能是对现实情况的无限近似解，与武器装备的真实毁伤结果具有一定差距。但其在武器装备毁伤评估理论及试验的可行性验证方面，具有不可替代的作用。应用理论解析法对武器装备毁伤进行评估研究的基本过程，如图3所示。

图3 理论解析法基本过程

3.2 基础试验法

从整体上说，武器装备毁伤评估研究需要大量的毁伤数据作为基础，基础试验法更具真实性、可靠性，是获得大量真实、可靠的毁伤数据最主要和最有效的途径，也是有效验证理论解析法及数值模拟法最具说服力的方法。然而，由于实战性试验工程浩大，尤其对于武器装备的毁伤试验来讲，为了得到相应的试验数据需要耗费大量的人力、物力、财力，且具有较高的危险性。因此，武器装备毁伤研究的基础试验数量受到了严格的限制。武器装备毁伤试验主要可概括为3类，如表4所示。

表4 武器装备毁伤试验主要类型

在试验研究方面，北京理工大学、南京理工大学、中北大学等单位根据不同研究对象的需要，应用相应的基础试验进行毁伤评估研究，在新型材料的选取、新型药型罩的设计、新型武器装备毁伤效能测试及对理论解析法建立的评估模型或数值模拟法所得的仿真结果进行验证方面发挥了重要的作用。武器装备毁伤评估基础试验法的具体研究过程，如图4所示。

图4 基础试验法研究过程

3.3 数值模拟法

计算机数值模拟研究的关键是根据不同的研究需求、研究对象、打击目标，应用LS-DYNA、AUTODYN等数值模拟软件分别建立相应的模型，对武器装备的毁伤效果进行数值模拟，根据所得的仿真结果对武器装备毁伤效果进行评估[13-16]。目前，数值模拟法研究的主要内容，如表5所示。

表5 数值模拟法的主要研究内容

图5 数值模拟研究过程

由于数值模拟的灵活性及可重复性，数值模拟法已成为目前应用最为广泛的毁伤评估研究方法。数值模拟法不仅能够节省大量的人力、物力，而且能够对整个系统进行全面的分析，获得较为客观的研究结果。但数值模拟法对模型的依赖性非常高，仿真模型的正确与否需要研究人员进行系统的分析研究，不准确的模型将会造成巨大的误差，甚至产生完全错误的仿真结果。因此，建立与研究内容相适应的模型是进行数值模拟研究中的关键一环。数值模拟法进行武器装备毁伤评估研究的具体过程，如图5所示。

3.4 毁伤评估方法研究趋势

现代数值分析技术，特别是有限元分析技术及计算机技术的高速发展，使计算机数值模拟技术得到了广泛的应用，与理论解析法及基础试验法相比数值模拟技术由于其经济性和高效性，日益成为武器装备毁伤评估研究的重要方法。根据研究对象的特点、研究问题的具体需求及各方法的优缺点，选用最为合适的毁伤评估理论进行解析计算，建立相应的模型进行数值模拟仿真，并与试验测得的数据进行对比分析，可以取得更具说服力的毁伤评估结果[17-24]。北京理工大学蒋海燕[25]将毁伤树理论、AUTODYN数值模拟理论及基础试验法3种方法相结合，应用于导电液溶胶打击变电站目标的问题中，取得了很好的效果。将先进的毁伤评估理论、数值模拟理论及小型基础试验法结合使用，取长补短，已成为武器装备毁伤评估研究的一种重要方法。

4 结 论

本文对武器装备毁伤评估的研究发展现状进行了系统的概括总结，在此基础上对武器装备的毁伤评估方法进行了分类，通过对3种主要研究方法的研究分析得出：根据研究对象的特点及研究需求，将理论解析法、数值模拟法及小型基础试验相结合使用，互为依托、相互支撑，是武器装备毁伤评估研究的一种重要手段，可以获得更为可靠的毁伤评估结果，有效提高武器装备毁伤评估的准确性、可靠性及效费比。

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(编辑：李江涛)

Summary of Weapon Damage Assessment Research Methods

WANG Hua1， XIN Tengda1， CUI Cunyan1， WANG Yan1， ZHAO Beilei1， ZHAO Jiguang2

(1. Department of Space Equipment, Equipment Academy, Beijing 101416, China；2. Equipment Development Strategy Research Institute, Equipment Academy, Beijing 101416, China)

Aiming at contents and status quo of damage assessment study, the paper classifies the damage assessment methods into three types: theoretical analysis method, numerical simulation method and basic test method. The paper conducts systematic study on the specific application of the three methods and concludes the advantages and disadvantages of each method. In the end, through comparative analysis of these methods, the paper points out that combining the three methods should be an important direction for future damage assessment method study.

damage assessment; theoretical analysis; numerical simulation; basic test

2016-07-21

部委级资助项目

王 华(1971—)，男，教授，博士，主要研究方向为运载火箭测试发射控制理论与技术。

E92

2095-3828(2017)01-0105-06

A DOI 10.3783/j.issn.2095-3828.2017.01.019