激光制导武器打击跨江海大桥的方式研究*

陈利斐，宗思光，杨剑波

(海军工程大学 电子工程学院，湖北 武汉 430033)

0 引言

目前，国内将桥梁作为作战目标的空对地打击研究较少，只有部分学者研究了精确制导武器打击桥梁的可行性分析及毁伤效果分析，如文献[2]用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)法对公路桥梁在战时遭受打击的可能性进行了研究；文献[3-4]运用三维有限元程序Ls-dyna对精确制导武器打击下的大型桥梁毁伤进行了仿真研究；文献[5]用Unity3D的物理引擎完成了桥梁模型的物理特性建模和爆炸仿真分析，给出精确制导打击下的桥梁毁伤视景仿真系统设计。现阶段的研究主要依赖于仿真，其程序复杂，数值参数要求高，考虑到战场环境的瞬息万变，精准获取被突击方参数难度大，进行实时仿真受限多。

通过文献检索，目前缺少针对激光制导武器打击跨江海大桥的方式研究。本文选取我国典型的跨江海大桥进行受力分析，根据“打击点的受力越大，其破坏效果越佳”的原则，选取合适瞄准点，研究了空对地飞机的突击方式、激光指示方法，研究成果可为空对地打击桥梁运用提供参考。

1 桥梁作战目标分析

美越战争中，为阻断越军军用物质的运输，美军将越南清化大桥视为重点打击目标。美国空军对越南清化大桥的轰炸动用了战斗机、攻击机和轰炸机，用了整整7年时间，损失了数十架战机，仍然不能有效打击清化大桥。在1972年，美军使用26枚激光制导炸弹，击伤清化大桥，使其无法通车[6]。可见，与其他武器相比，激光精确制导武器射程远、作战效费比强、精确度高，宜是作为打击桥梁的主要武器[7]。

1.1 激光精确制导武器打击目标分类

根据作战目标面积大小，可将其分为面状目标和点状目标两大类。面状目标指一个目标区域，通常只有大量向该区域投射弹药才能实现有效打击。对面状目标进行指示时，可使用激光指示器对准该区域中的一个特定目标或者整个目标区本身。点目标多为小目标，其面积小，打击精度要求更高，要压制或者摧毁点状目标，必须精准投放弹药。坦克、火炮、掩体、地对空导弹系统、桥梁、通信站和船只都是典型的点状目标。激光精确制导武器打击点目标比面目标精准度要求更高[8]。

作战目标按机动程度可分为固定目标、移动目标和需再定位目标。激光制导武器对于固定目标能取得很好的攻击效果，对于低速移动的目标，需考虑武器装备、目标特性等因素，但对于快速移动的目标还无法精确打击[9]。当作战目标为移动目标时，先对目标运动的道路等进行打击，使其由移动目标变为固定目标，再进行激光精确制导打击。

1.2 桥梁作战目标特性分析

桥梁结构复杂，种类繁多，破坏不同类型桥梁的难易程度不同，因此对各类型桥梁的打击部位差异较大。一般来说，桥墩和桥面结合处是桥梁受力薄弱点[10]。桥梁目标相对楼房等面目标而言，因其结构特点，在空对地打击目标特性归属上，属于点目标打击范畴，打击难度大。在高技术侦察手段大量运用情况下，桥梁不易被隐蔽，其缺乏机动灵活性，属于固定目标，易受到敌方攻击。一般中大型桥梁作为固定点目标，结构强度与地下加固目标相当，加上属于点目标打击范畴，空对地打击中对弹着点精度要求高，若弹着点误差几米以上，弹药的毁伤效能将大大降低[11]。

1.3 跨江海桥受力分析

跨江海大桥作为重要的交通枢纽，具有较高的战略打击价值。一旦大桥毁伤严重，将直接阻碍军用物资的运输，增加运输时间成本，影响作战效能[12]。明确激光制导武器打击跨江海大桥的方式，有利于我军在激光对抗作战训练中针对桥梁薄弱点进行有效的兵力部署，提升对桥梁的保护能力。根据跨江海大桥的受力情况，研究激光制导武器攻击跨江海桥梁时选取合适的瞄准点，是制定空对地打击作战行动的前提。

KLD-2Z两段式滚筒烘丝机从停机状态启动后，蒸汽经管路进入烘丝机滚筒薄板夹层，排出蒸汽在薄板夹层中形成的冷凝水，同时，随着烘丝机滚筒薄板夹层蒸汽压力的升高，滚筒薄板温度升高。当薄板温度达到预热温度设定值(由薄板夹层蒸汽压力换算得到)后，烘丝机自动切换至准备状态。当烘丝机收到来料信号并延时后，烘丝机由准备状态切换至启动状态，在此过程中，当出口水分仪检测到物料并延时后，烘丝机切换至生产状态；若烘丝机入口烟丝中断，但中断时间小于设定延时，则烘丝机切换至重启状态，若中断时间大于设定延时，则烘丝机切换至收尾状态。待收尾结束后，烘丝机即进入准备状态；当烘

跨江海大桥与普通桥梁相比而言，跨度更大，建造难度及成本更高；考虑到江海运输涉及大型邮货船，桥墩之间所需间隔较大，故跨海大桥多采用悬索式体系或斜拉式体系。斜拉式优点在于对主梁进行多点弹性支撑，减小了主梁弯矩，使得斜拉桥能够轻松突破桥梁极限跨径瓶颈[10]。当前，我国跨江海大桥建造主要选用斜拉式体系，例如港珠澳大桥、武汉长江二桥、南京长江二桥、南京长江三桥等均选用斜拉式体系。

斜拉桥是将主梁通过多根拉索直接连接在桥塔上的一种桥梁，是由承压的桥塔、受拉的斜拉索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。斜拉索立面图如图1，平面图如图2所示。

图1 斜拉索立面Fig.1 Elevation of stay cables

图2 斜拉索平面布置Fig.2 Plane layout of stay cables

为深入研究激光制导武器突击桥梁瞄准点的选取，以我国某跨海大桥为例，进行斜拉索受力及角度分析，寻找适宜的激光制导武器攻击点。考虑到斜拉桥具有对称性，现对斜拉桥索一侧进行编号Ji，如图3所示。

图3 斜拉索Ji立面布置Fig.3 Elevation layout of stay cables Ji

分析梁端立面角度变化过程，以纵桥方向为x轴，横桥方向为y轴，塔高方向为z轴建立三维坐标系，拉索投影于Oxy平面与x轴夹角为θ角，θ为梁端立面角(图4)。

图4 拉索三维立体Fig.4 Three-dimensional cable

已知Ji拉索梁端立面角θ的数据，为更直观地观察θ趋势，进行曲线图绘制，结果如图5所示。

图5 拉索Ji的梁端立面角度变化Fig.5 Changes in the angle of the end elevation of the cable beam of stay cables Ji

通过Ji的θ数据统计及分析，可得出θ值将由塔中心线向外侧逐渐减小。

为减少数据误差，使数据更具参考性，对某跨海大桥的最大成桥恒载索力值(塔端)和最小成桥恒载索力值(梁端)取均值进行分析。为更直观地观察成桥恒载索力平均值趋势，进行曲线图绘制，结果如图6所示。

图6 拉索Ji的成桥恒载索平均值趋势Fig.6 Trend of the average value of dead load cables of stay cables Ji

根据材料力学特性，取某条斜索作为分析对象，成桥恒载索力由塔端至梁端受力逐渐递减，同一条斜索塔端受力最大，梁端最小。根据Ji成桥恒载索平均值趋势图(图6)，可得出成桥恒载索力平均值由塔中心线至外侧总体逐渐上升的趋势。

拉索梁端立面角度θ与成桥恒载索力平均值总体趋势呈反相关，根据表1的数据，通过曲线拟合方式获得θ角与成桥恒载索力平均值的关系，结果如图7所示。

图7 拉索Ji的梁端立面角度与恒载索力平均值汇总Fig.7 Summary of the beam end elevation angle and the average value of the dead load cable force of stay cables Ji

R2衡量的是回归方程整体的拟合度，表达因变量与所有自变量之间的总体关系。R2最大值为1，值越接近1，说明拟合程度越好，反之拟合程度越差。以拉索梁端立面角度θ为自变量，成桥恒载索力平均值为因变量，通过数据统计将θ与成桥恒载索力平均值进行曲线拟合，拟合曲线R2>0.8(R2>0.8较强相关性，0.8≥R2≥0.3较弱相关性，0.3>R2没有相关性)，拟合效果较好。

综上所述，可得出以下结论：在同一条拉索中，最大受力点为塔端。随着拉索梁端立面角度θ逐渐增大，成桥恒载索力平均值具有总体逐渐减小的趋势。根据“打击点的受力越大，其破坏效果越佳”的原则，敌方选取激光制导武器突击桥梁瞄准点的可能性由塔中心线至外逐渐递增。

1.4 激光制导武器突击桥梁瞄准点的选取

考虑到真实战场环境的瞬息万变，时机即先机，跨海大桥结构复杂，其模型设计密级程度较高，敌军获取情报数据有限，在短时间内做到实时计算结构最大受力点较为困难，多选用有效范围作为打击重点。激光制导武器命中精度高，圆概率误差多小于5 m，可根据受力大小设计选取激光制导突击桥梁瞄准点。根据“攻击受力较大的斜拉索，对大桥的影响较大”的原理，结合曲线拟合结论，最佳攻击方位为桥塔端，并且尽可能打击外侧拉索(图8)。

表1 拉索Ji梁端立面角度与恒载索力数值Table 1 Vertical angle of the beam end and the value of the dead load cable force of stay cables Ji

图8 激光制导武器打击桥梁可能性Fig.8 Possibility of laser-guided weapons hitting bridges

2 空对地打击桥梁突击方法

2.1 飞机突击方向

以河流为参照物，顺着河流进行突击其优点在于容易发现目标，但当攻击时面对的桥面是一条直线。顺着桥方向进行突击，其难点在于难以发现目标。综合考虑优缺点，结合美军在科索沃中的战法，从45°方向进行突击既有益于发现目标，又有助于攻击目标[13]。攻击方式如图9所示。

图9 飞机突击方向Fig.9 Direction of the aircraft assault

2.2 激光目标指示范围

飞机在突击过程中应处于最安全搜索区域内，结合最优突击方向45°[13]，推导激光目标指示范围。

安全区是为减少反射散射的问题，减少错误目标指示的可能性，定义的一个以目标至激光指示器连线为中心线，半顶角为10°的锥形区域。最安全搜索区域为去除安全区外，半顶角为60°的锥形区域内的相交区域[14]。为能安全发现击中目标，当飞机从45°方向进行突击时，此时应当处于最安全搜索区域内(图10)。

图10 最安全搜索区域Fig.10 The safest search area

飞机从45°方向进行突击时为最佳进攻角度(图11中，AO和BO方向)，为确保飞机安全性，提升激光接收的精准性，其飞行角度处于最安全搜索区域内。考虑到在桥梁道路上架设激光目标指示器难以确保人员安全，指示器产生的较强信号易使飞行员产生误判，以桥梁目标一侧为攻击对象，激光目标指示范围处于最优飞行方向左右10°之外，如图11中红色阴影部分。

图11 激光目标指示器范围Fig.11 Laser target indicator range

2.3 激光制导武器“投篮”战术

用飞机投放激光制导武器需在最低飞行安全高度以上投放，才能确保飞机安全。最低飞行高度与投放距离之间存在动态关系，投放距离越小，飞行最小安全高度越低，飞机暴露可能性越大，如表2[15]。

表2 在20°安全区之上飞机的最低安全高度Table 2 The minimum safe altitude of an aircraft outside the 20° cafe zone

激光制导武器投放空间是一个类似于“篮子”的空间(图12)，将飞机航线看作一条直线，飞机穿过篮子时，航线必然被“篮子”截取一段，在截取段航线内投放激光制导武器，武器根据激光目标指示

图12 “投篮”战术示意图Fig.12 “Shooting” tactics diagram

器的指引，经过自身校正可击中目标。激光制导炸弹与导弹均使用“投篮”战术[13]，两者区别主要在于“篮子”形状不同，激光制导导弹的篮子体积大于炸弹篮子体积。

3 结束语

跨江海桥梁属于固定点状目标，是激光制导武器重要的突击目标。激光制导武器在打击跨江海桥梁时，激光目标指示的安全范围在于最优飞行方向左右10°之外、180°之内。根据斜拉受力分析可知桥梁的薄弱点，即被打击点及被指示点，最佳指示方位为桥塔端，并且尽可能向外侧拉索指示。飞机以45°方向飞向桥梁，在“篮子”区域内投掷武器，根据激光目标指示打击桥梁薄弱点。