多EFP拦截整体设计及多角度下交汇概率计算

2018-07-31史庆杰池朋飞

兵器装备工程学报 2018年7期

史庆杰，曹兵，池朋飞

(南京理工大学机械工程学院，南京 210094)

随着近年来精确制导弹药技术的发展，越来越多的重要军事目标受到威胁，如重要军事设施、大型军事舰艇等。为实现对各种精确制导弹药等现代化来袭目标的高效拦截，给作战防御系统提出了更高战术技术要求。

为了提高重要军事目标的生存能力，就必须加大对拦截武器系统的进一步研究，各个国家在武器拦截方面都做出了极为深度的研究。不论是远距离拦截还是近距离防御都是需要研究的课题，利用爆炸成型弹丸的特点设计多爆炸成型弹丸(EFP)拦截结构能够有效阻止来袭目标的破坏。多爆炸成型弹丸能够产生多个毁伤元，形成一个拦截弹幕，可以有效击毁来袭目标，成为近距离防御的杀手锏。

本文设计的拦截弹面共布置了间距40 mm的200个EFP弹丸，形成一个圆形的拦截弹幕，拦截一定高度的来袭导弹，来袭导弹和拦截弹幕形成一个交汇的投影面积，通过编写交汇程序计算拦截概率。由于来袭导弹具有角度不确定性，本文计算了导弹侵入角0°～90°间隔10°变化的交汇概率以及在拦截系统的随动误差下对交汇概率的影响。

1 单个EFP结构及拦截整体结构

1.1 单个EFP结构

拦截弹面上布置的200个EFP装药采用圆柱形装药。结构如下(图1)：

1.壳体; 2.药型罩; 3.炸药; 4.传爆药柱

EFP速度经验关系式：影响EFP速度的主要因素有装药的种类、装药的形式、药型罩的材料和厚度，通常采用试验方法研究，在试验基础上获得的经验关系式为

其中，η=(16/17)(ρelp/ρmζ)；lp为药型罩中心点处装药厚度；ζ为药型罩厚度；ρe为装药密度；ρm为药型罩的材料密度。

1.2 拦截系统整体结构模型

由于来袭目标的方向不确定性，这就要求拦截系统具有各个方向的机动性，不仅要在一定角度内做俯仰运动，而且还要能够在圆周方向360°旋转。利用SolidWorks软件进行装配建模，整体结构示意图如图2。

A.步进电机; B.装药平面; C.弧形齿条; D.齿轮

整个拦截系统分成上下两部，上部通过螺栓固定在下部的旋转圆盘上，两侧的步进电机在支架的支撑下也固定在旋转圆盘上，上部机构所形成的俯仰运动主要通过两侧的步进电机带动传动轴，传动轴上的D齿轮投影弧形齿条C啮合，在电机的带动下控制载弹圆盘的运动，最终实现拦截系统的俯仰运动，如图3到图4。

图3 载弹圆盘的俯仰运动一

图4 载弹圆盘的俯仰运动二

拦截系统的下部为一旋转底盘，旋转底盘的运动主要是靠内部的电机带动齿轮a与内齿轮和齿轮b啮合，通过旋转轴带动圆盘转动，实现圆周方向360°运动，如图5到图6，下半部分结构示意图如图7。

1.3 拦截系统形成弹幕拦截

当来袭目标进入拦截范围以后，拦截系统接受指令发射拦截弹丸形成一个圆形拦截弹幕，由于属于近距离防御，所以必须击中来袭导弹的战斗部确保其丧失毁伤能力。拦截系统形成拦截弹幕拦截导弹示意图如图8。

图5 底盘圆周转动运动方向一

图6 底盘圆周转动运动方向二

1.步进电机; 2.齿轮a; 3.齿轮b; 4.内齿轮; 5.旋转轴

图8 拦截弹幕拦截示意图

2 多角度下交汇概率计算

2.1 交汇概率计算原理

来袭导弹与拦截弹幕在同一平面内形成投影面积，在一定高度上拦截弹丸在相对应的散布面积内随机分布，此时来袭目标的位置也随机出现在该散布面积内，本文研究的条件为拦截指定高度，进入拦截区域1 m的来袭导弹,导弹总长不考虑，程序每运行一次，统计在来袭导弹的投影面积中的弹丸点数，汇总成表。不同角度的来袭目标在散布面积内的投影面积有所变化，本文研究了在无误差及0.1°～0.3°系统的随动误差内分别计算了α为0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°以及90°的交汇概率。在随动误差的影响下，导弹进入长度发生偏移，从而导致在拦截平面上的投影面积发生改变，导弹进入拦截区域长度变化如表1所示。

表1 0.1°～0.3°误差下导弹长度变化

在散布面积内每种角度下做了100次随机分布的交汇仿真试验共计1 000次。本文仅考虑来袭导弹进入拦截弹幕的最前部分与弹丸交汇情况，某次典型交汇程序运行如图9所示。

图9 某次典型交汇程序运行图

2.2 交汇概率计算结果及分析

本文考虑了随动误差为0.1°、0.2°、0.3°及无误差带来的拦截概率影响，拦截系统的随动误差直接影响拦截弹幕相对于来袭导弹的偏移，从而导致来袭导弹进入拦截范围的长度变化以及投影面积的改变，影响交汇概率。图10和图11显示了无误差以及0.1°～0.3°误差条件下随交汇角度的变化，交汇概率以及交汇时击中来袭目标弹数的变化趋势。