薛增全,鄭 斌,李建偉,李學英
(中國兵器工業(yè)第203研究所,西安 710065)
主動防護系統(tǒng)安裝在裝甲車輛上,由雷達、信息處理控制系統(tǒng)和多枚防護彈藥組成[1]。通常多枚防護彈藥沿坦克炮塔外沿周向布置,形成直至360°防護范圍。系統(tǒng)開機后自動工作:首先探測識別來襲威脅彈藥;接著信息處理得到攔截參數(shù),選彈并實時裝定起爆時間;然后以向上傾斜的射角適時發(fā)射防護彈藥并起爆,在空間特定區(qū)域形成自上而下圓錐狀擴散的定向破片流場攔截來襲彈藥。通常一枚防護彈藥負責一個防護區(qū)域。假設每枚防護彈藥水平向防護區(qū)域張角為α,相臨兩枚防護彈藥中心軸在水平面投影夾角為θ,為了減小系統(tǒng)的防護區(qū)域的盲區(qū),這樣鄰近的防護區(qū)域就存在重疊,相鄰兩個防護區(qū)域的水平張角記為β,見圖1。由于防護區(qū)域有重疊,這樣來襲彈藥可能穿過多枚防護彈藥的攔截區(qū)域,那么究竟哪個區(qū)域攔截最佳呢?
圖1 攔截區(qū)域示意
考慮防護范圍重疊和來襲威脅彈藥航跡,通常系統(tǒng)存在數(shù)發(fā)防護彈藥形成的破片流場區(qū)域可與來襲彈藥交會[2]。但在每個交會區(qū)域內(nèi)破片流場與來襲彈藥的交會概率和攔截效能有所不同,不妨將系統(tǒng)真正實施攔截的交會區(qū)域定義為攔截區(qū)域。最佳攔截區(qū)域就是從這些交會區(qū)域中優(yōu)選出來的具有較高交會概率和較高攔截效能的攔截區(qū)域。通常,選擇最佳防護彈藥和增大交會時破片區(qū)域半徑可提高交會概率,增大攔截區(qū)域破片密度可提高攔截效能。但實際工程中因總破片數(shù)量有限[2],增大交會時破片區(qū)半徑會使破片密度降低,導致命中來襲彈藥破片數(shù)減少,引起攔截效能降低。因此,在系統(tǒng)其它參數(shù)一定的情況下,破片區(qū)域半徑需要優(yōu)選,以得到合理取值。所以,確定最佳攔截區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上就是優(yōu)選防護彈藥號和破片區(qū)半徑。
圖2 來襲目標與防護彈藥交會情況示意圖
如圖2示意了來襲目標與防護彈藥交會的情況。圖中O點為防護區(qū)域的幾何中心,A1和A2為布置的2枚防護彈藥,2枚防護彈藥中心線水平投影分別為A1B1、A2B2,且兩兩夾角為θ;2枚防護彈藥射角與水平面有一定夾角,射向分別為 A1C1、A2C2,防護彈藥起爆點分別在各自射向線上,飛行距離由攔截參數(shù)解算確定的引信實時裝定時間決定;面A1B1C1、A2B2C2分別定義為2枚防護彈藥的破片中心面,防護彈藥殺傷破片按各自破片中心面對稱分布;P1、P2分別為來襲目標航跡與2個防護彈藥破片中心面的交點?!螾1A1B1、∠P2A2B2分別為來襲威脅飛過2枚防護彈藥破片中心面時對應的仰角,記為 γ1、γ2。D1、D2為破片流中心線分別通過 P1、P2的 2枚防護彈藥起爆點,對應的防護彈藥飛行距離分別記為 L1、L2,即圖中 AD 長度。
當選定防護彈藥時,破片區(qū)半徑由防護彈藥飛行距離和對應的仰角確定[3-4]。仿真表明:攔截點(破片與來襲彈藥交會點)相對防護彈藥的仰角相同的情況下,當防護彈藥飛行距離變化,破片有效交會概率不同,如圖3所示,P和P'為兩個攔截點,相對防護彈藥A的仰角相同,D和D'是兩個攔截點分別對應的防護彈藥起爆點,防護彈藥飛行距離指從A點飛至起爆點的距離,則在兩個飛行距離下起爆攔截,對應的有效交會概率不同。仿真進一步表明:同一個仰角下,對應一個距離范圍,當防護彈藥飛行距離在此范圍內(nèi),攔截概率及攔截效能較高。表1為一組系統(tǒng)參數(shù)下經(jīng)仿真計算得的仰角與對應的最佳飛行距離取值范圍。
圖3 仰角相同的兩個攔截點對應的防護彈藥起爆點
依據(jù)上面分析,最佳攔截區(qū)域是由優(yōu)選出的防護彈藥和最佳飛行距離共同確定的。優(yōu)選步驟可歸納為:
1)根據(jù)來襲彈藥航跡預測信息,計算得出各發(fā)防護彈藥對應的來襲威脅攔截點的仰角γ1、γ2、γ3(各攔截點交會概率不同)和防護彈藥飛行距離m1、m2、m3。一般情況下,若來襲目標對裝甲車輛構(gòu)成威脅,可選防護彈藥不超過3枚。
2)根據(jù)各發(fā)防護彈藥對應的來襲目標攔截點仰角數(shù)據(jù),查表1得到對應的最佳防護彈藥飛行距離范圍的端點值Lmin、Lmax。
3)用最佳飛行距離范圍端點值與實際各枚防護彈藥飛行距離m1、m2、m3比較,滿足Lmin≤m≤Lmax所對應的防護彈藥就是所選防護彈藥,。
表1 仰角與飛行距離對應關系
4)若來襲目標航跡通過原點,或來襲目標航跡接近原點,這時計算得出的各枚防護彈藥飛行距離很小。如圖4的來襲目標方向1或2所示,這時選彈以方位角為準,方位角偏向那枚防護彈藥即選該枚彈藥。
圖4 來襲目標與防護彈藥交會特殊情況示意圖
為對上述最佳攔截區(qū)域設計方法進行驗證,依據(jù)模型編寫C語言[5]仿真計算。假定認為只要命中來襲彈藥的破片數(shù)不小于3片,即是一次有效攔截。為了評判模型,定義以下幾個參數(shù)作為評判依據(jù),有效攔截次數(shù)M0為本次仿真中防護彈藥的破片至少3個破片命中來襲彈藥的次數(shù);平均破片數(shù)M1為本次仿真中非零破片數(shù)總和的平均值。對于來襲彈藥航跡,為了與戰(zhàn)場環(huán)境相符,在仿真中給定航路與水平面的傾角,其它信息由程序自動生成,每次仿真的總次數(shù)即為N。仿真結(jié)果見表2。
從仿真結(jié)果可以看出,對于不同的來襲彈藥航跡,應用文中方法得到的攔截區(qū)域,對來襲彈藥具有較高的攔截率,證明該方法是可行的。
表2 仿真結(jié)果
主動防護系統(tǒng)和來襲彈藥存在多個交會區(qū)域,在不同交會區(qū)域進行攔截效能有很大差別,文中基于較高交會概率和攔截效能,提出了最佳攔截區(qū)域設計方法,并以此建立了攔截區(qū)域的選取模型。通過仿真計算表明,該方法和模型能夠得出較好的攔截區(qū)域,可滿足主動防護系統(tǒng)選彈和確定攔截參數(shù)需求。
[1]Chang Yu-Wen.Active protection device and associated apparatus,sytem and mmthod:US,7066427[P].20006 - 06-27.
[2]Larry W Fullerton,Mark D Roberts,James L Richards.Systerm and method for active protection of a resource:US,7046187[P].2004 -11 -17.
[3]Llyod,Richard M.Vehicle-borne system and method for counering an incoming threat:US,6920827[P].2005 - 07-26.
[4]Peter Gregory Lloyd.Active armoe protection system for armored vechicles:US,6782793[P].2004 -08 -31.
[5]譚浩強.C程序設計[M].北京:清華大學出版社,2000.