王樹山, 桂秋陽, 盧熹, 賈曦雨, 高源, 梁策

(1.北京理工大學(xué) 爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室, 北京 100081;2.沈陽理工大學(xué) 裝備工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110159)

0 引言

戰(zhàn)斗部(毀傷)威力,或簡稱威力,是武器(彈藥)戰(zhàn)斗部毀傷元的毀傷性能與能力,也是彈藥戰(zhàn)斗部自身特性。對確定的彈藥戰(zhàn)斗部,其威力是不受外界環(huán)境和因素影響的[1]。毀傷威力可以從不同角度和方面進(jìn)行表征與描述,主要包括:1)直接通過毀傷元參數(shù)的形式進(jìn)行量化表征,如破片速度、質(zhì)量,沖擊波超壓、比沖量,射流速度等;2)間接通過與目標(biāo)結(jié)合以毀傷因素對等效靶、效應(yīng)物和目標(biāo)實體的作用結(jié)果進(jìn)行量化表征,如對一定材質(zhì)靶板的侵徹或貫穿厚度、射流破孔直徑/深度、密集(有效)殺傷半徑、殺傷面積等[2-3]。前者反映毀傷因素的本征性能,后者反映其對具體目標(biāo)的毀傷威力。由于武器(彈藥)主要由戰(zhàn)斗部及毀傷元完成毀傷功能,毀傷威力主要針對戰(zhàn)斗部和毀傷元[4]。

典型反潛(魚雷/深彈)戰(zhàn)斗部主要有爆破和聚能兩種類型,也在發(fā)展和應(yīng)用爆破-聚能復(fù)合型[5]。聚能戰(zhàn)斗部的威力主要通過穿孔孔徑以及穿靶數(shù)量來評價[6],爆破戰(zhàn)斗部的威力則通過靶板的變形、撕裂和破口來評價[7],兩種毀傷效應(yīng)難以統(tǒng)一對比、評價[8]。此外,由于水介質(zhì)的特殊性,聚能戰(zhàn)斗部在水下發(fā)生爆炸后也會產(chǎn)生一定的爆破效應(yīng)[9]。如何量化這種耦合毀傷效應(yīng),并與專門利用聚能-爆破耦合效應(yīng)的二級串聯(lián)戰(zhàn)斗部進(jìn)行量化區(qū)分和比較?這些問題直接決定了反潛戰(zhàn)斗部的威力評估方法與結(jié)果是否科學(xué)、合理、可信。

另一方面,反潛戰(zhàn)斗部對潛艇耐壓殼的毀傷模式主要有整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn),殼體局部破口、撕裂、塑性大變形等[10]。單層殼體和雙層殼體[11](內(nèi)層耐壓殼、外層非耐壓殼、中間1 m左右水層)不同的結(jié)構(gòu)特征[12],會導(dǎo)致不同類型戰(zhàn)斗部的目標(biāo)適應(yīng)性和毀傷威力存在顯著差別[13-14]。

目前,水中兵器戰(zhàn)斗部威力評定與考核依然依賴地面靜爆試驗[15],這顯然是難以滿足實際工程需求的[16]?？茖W(xué)評估反潛戰(zhàn)斗部威力,量化對比同一類型戰(zhàn)斗部對不同類型耐壓殼體,以及不同戰(zhàn)斗部對相同類型耐壓殼體的毀傷威力差別,是工程上亟需解決的共性基礎(chǔ)問題,可為反潛武器總體設(shè)計、戰(zhàn)斗部方案選型、威力考核與試驗,以及武器作戰(zhàn)效能評估提供重要的技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐[17-18]。

本文針對不同類型反潛戰(zhàn)斗部對最具代表性的潛艇耐壓結(jié)構(gòu)毀傷評估問題,提出一種綜合考慮多種毀傷效應(yīng)的反潛戰(zhàn)斗部綜合毀傷威力評估方法,并通過毀傷威力評估試驗完成了聚能、爆破和聚爆模擬戰(zhàn)斗部毀傷威力量化表征和對比的實例分析。結(jié)果表明所提出的評估方法可以實現(xiàn)不同類型反潛戰(zhàn)斗部毀傷威力的量化與比較,能夠為反潛戰(zhàn)斗部設(shè)計改進(jìn)或新型戰(zhàn)斗部的研制提供參考和支撐。

1 反潛戰(zhàn)斗部綜合毀傷威力量化表征與評估方法

1.1 基本思路

實現(xiàn)不同戰(zhàn)斗部威力或者毀傷效應(yīng)比較的關(guān)鍵在于評價標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一,以及威力考核指標(biāo)的量化。戰(zhàn)斗部威力量化指標(biāo)的選取一般可以從3個方面考慮,分別是戰(zhàn)斗部參數(shù)、載荷參數(shù)和目標(biāo)毀傷效應(yīng)參數(shù)。

戰(zhàn)斗部參數(shù)(裝藥類型、藥量、密度、裝填比等)能夠在一定程度上直觀反映戰(zhàn)斗部威力,但通常只適用于相同類型戰(zhàn)斗部間大多數(shù)參數(shù)相同、少數(shù)參數(shù)不同的情況,如藥量、藥類型、裝填比不同的爆破戰(zhàn)斗部,或者設(shè)計錐角、炸高不同的聚能戰(zhàn)斗部。

不同類型戰(zhàn)斗部的有效輸出載荷不同。爆破型戰(zhàn)斗部的載荷主要來自爆炸沖擊波和氣泡脈動。沖擊波載荷的特征參量[19]主要包括沖擊波超壓、比沖量、能流密度等;氣泡脈動載荷的特征參量主要包括脈動壓力幅值、作用時間、脈動周期等。聚能型戰(zhàn)斗部所形成載荷除沖擊波和氣泡脈動外,還包括聚能侵徹體,其特征參量包括速度、直徑等。顯然,很難將通過統(tǒng)一的可量化指標(biāo)來衡量不同載荷的毀傷威力。

目標(biāo)毀傷效應(yīng)是戰(zhàn)斗部對目標(biāo)最終作用的結(jié)果,包含了戰(zhàn)斗部各種載荷的綜合作用特征,能夠直觀反映目標(biāo)的真實毀傷結(jié)果。雖然在不同類型戰(zhàn)斗部的作用下,目標(biāo)結(jié)構(gòu)的破壞模式可能不同,但總是會表現(xiàn)為變形、大變形、破口和撕裂中一種或幾種效應(yīng)疊加,可以相對統(tǒng)一的量化表征為目標(biāo)靶的變形撓度和(等效)破孔孔徑等。當(dāng)多種毀傷效應(yīng)共存時,目標(biāo)的毀傷等級可根據(jù)單一毀傷效應(yīng)的評價結(jié)果進(jìn)行加和處理。

綜上所述,戰(zhàn)斗部參數(shù)及其載荷參數(shù),雖然分別從不同層面反映了戰(zhàn)斗部的威力,但是很難與目標(biāo)毀傷建立直接聯(lián)系并統(tǒng)一量化表征。利用目標(biāo)毀傷效應(yīng)結(jié)果能夠相對統(tǒng)一地分析和評價不同水中兵器戰(zhàn)斗部毀傷威力?；谏鲜鏊枷?提出綜合考慮多種毀傷效應(yīng)參數(shù)的反潛戰(zhàn)斗部綜合毀傷威力指數(shù),以及相應(yīng)的威力指數(shù)獲取方法。

1.2 基于潛艇耐壓殼多效應(yīng)毀傷的綜合毀傷威力指數(shù)

潛艇在反潛戰(zhàn)斗部的作用下,主要毀傷模式包括潛艇殼體局部的結(jié)構(gòu)破壞、艇體總縱強(qiáng)度損傷和沖擊導(dǎo)致艇內(nèi)設(shè)備的振動損傷等。其中,當(dāng)潛艇耐壓殼體由于反潛戰(zhàn)斗部作用產(chǎn)生變形、破損,不僅會影響潛艇整體的耐壓強(qiáng)度而導(dǎo)致作戰(zhàn)能力的降低,當(dāng)殼體產(chǎn)生破損后,海水會涌入艙室造成內(nèi)部設(shè)備的侵水損壞,同時影響潛艇的浮力功能,嚴(yán)重時直接造成潛艇整體的沉沒。本文主要針對潛艇耐壓殼體局部破壞這種毀傷模式,研究反潛戰(zhàn)斗部對潛艇耐壓殼體結(jié)構(gòu)的毀傷威力評估方法。

反潛戰(zhàn)斗部作用下潛艇殼體的毀傷效應(yīng)主要為變形、聚能穿孔或撕裂破口3種。殼體變形可以用最大變形撓度ω表征;聚能穿孔一般形貌較規(guī)則,為圓形孔洞;撕裂破口形貌不規(guī)則,但也可以通過等面積換算將其等效為圓形,因此聚能穿孔和撕裂破口均可用等效破孔直徑φ來表征。

每種毀傷效應(yīng)分別對應(yīng)獨立的毀傷閾值和毀傷等級。通常將潛艇毀傷劃分為3個等級(Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級毀傷)[20],對應(yīng)潛艇主要表現(xiàn)為:潛艇解體或沉沒;潛艇必須立即上浮,無法繼續(xù)戰(zhàn)斗;作戰(zhàn)能力下降。以等效破孔直徑φ為例,其對應(yīng)潛艇 3個毀傷等級的閾值分別為φⅠ、φⅡ、φⅢ。當(dāng)破孔直徑φ>φⅠ時,判斷潛艇目標(biāo)達(dá)到Ⅰ級毀傷;當(dāng)φⅡ<φ<φⅠ時,毀傷達(dá)到Ⅱ級;當(dāng)φⅢ<φ<φⅡ時,毀傷達(dá)到Ⅲ級。同理,最大變形撓度閾值分別為ωⅠ、ωⅡ、ωⅢ。

為解決多毀傷效應(yīng)戰(zhàn)斗部威力統(tǒng)一表征的問題,首先定義某種毀傷效應(yīng)參數(shù)與其毀傷閾值的比(如φ/φⅠ等)為毀傷貢獻(xiàn)度σi(i=Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)。則反潛戰(zhàn)斗部綜合毀傷威力可表示為n種不同毀傷效應(yīng)的貢獻(xiàn)度之和,即

(1)

式中:εi為第i級毀傷下的綜合毀傷威力指數(shù);μn為毀傷效應(yīng)的權(quán)重因子。

在一次毀傷事件中,不同毀傷元所發(fā)揮的比重需要系統(tǒng)性研究,本文研究工作不足以支撐權(quán)重因子的賦值,因此認(rèn)為所有毀傷效應(yīng)是等權(quán)重的,即μ1=μ2=μ3=…=μn=1。在此前提下,若需要判定目標(biāo)的毀傷等級,需首先基于毀傷效應(yīng)參數(shù)和毀傷閾值對全部3個等級的威力指數(shù)進(jìn)行計算。當(dāng)毀傷威力指數(shù)εi大于1,表示目標(biāo)毀傷達(dá)到或超過了當(dāng)前指數(shù)對應(yīng)的毀傷等級。目標(biāo)毀傷等級程度判斷如表1所示。

表1 基于綜合毀傷威力指數(shù)的毀傷等級評價

若εⅠ≥1,目標(biāo)當(dāng)前的毀傷等級達(dá)到了Ⅰ級毀傷;若εⅠ<1且εⅡ≥1,目標(biāo)當(dāng)前的毀傷等級為Ⅱ級毀傷;若εⅡ<1且εⅢ≥1,目標(biāo)當(dāng)前的毀傷等級為Ⅲ級毀傷;若εⅢ<1,目標(biāo)當(dāng)前的毀傷等級為小于Ⅲ級毀傷或無毀傷。利用綜合毀傷威力指數(shù)εi,就能夠?qū)崿F(xiàn)不同戰(zhàn)斗部在相同毀傷等級下的威力量化比較,也能反映同一戰(zhàn)斗部不同毀傷效應(yīng)的綜合作用結(jié)果。

根據(jù)上述定義,任一毀傷效應(yīng)貢獻(xiàn)度大于1時,綜合毀傷威力指數(shù)εi的值就一定大于1。若有兩種不同戰(zhàn)斗部的綜合毀傷威力指數(shù)分別為εⅡ=1.5和ε′Ⅱ=4.5,雖然同樣達(dá)到Ⅱ級毀傷,但顯然指數(shù)ε′Ⅱ更高,即對應(yīng)戰(zhàn)斗部的威力更大。若某一戰(zhàn)斗部的全部毀傷效應(yīng)對目標(biāo)的毀傷貢獻(xiàn)度均小于1,從單一效應(yīng)來看顯然無法達(dá)到該級毀傷。但若干種不同效應(yīng)的貢獻(xiàn)度加和后,εi仍可能大于1,能夠體現(xiàn)戰(zhàn)斗部多毀傷效應(yīng)綜合作用結(jié)果。綜合毀傷威力指數(shù)εi的獲取流程如圖1所示。

圖1 綜合毀傷威力指數(shù)量化評估流程Fig.1 Flow chart of quantitative assessment of DPI

1.3 綜合毀傷威力評估試驗效應(yīng)靶

為獲得戰(zhàn)斗部針對某一典型艇體耐壓殼結(jié)構(gòu)毀傷效應(yīng),通常需建立該典型目標(biāo)易損艙段的原型或等效靶模型,并進(jìn)行試驗[21]。等效靶模型的設(shè)計越接近原型結(jié)構(gòu),其毀傷效果的參考價值越高。但是,試驗成本會隨著模型真實度的提高呈幾何倍數(shù)增加,而且模型越逼真、特殊性越強(qiáng),其毀傷試驗結(jié)論的一般性就越差,對具有不同結(jié)構(gòu)、尺寸、材料的其他艙段或目標(biāo)的直接參考價值就越低[22]。因此,根據(jù)潛艇耐壓結(jié)構(gòu)典型特征[23]以及反潛戰(zhàn)斗部對潛艇殼體局部近場作用特點,提出一種能夠反映某一類型艇體結(jié)構(gòu)典型毀傷效應(yīng)特征的效應(yīng)靶,用于反潛戰(zhàn)斗部威力評估,如圖2所示。

圖2 試驗靶標(biāo)結(jié)構(gòu)與實物圖Fig.2 Schematic and photo of the test target

該效應(yīng)靶基于典型單層殼體潛艇局部結(jié)構(gòu)建立,主體為直徑2 m(避免沿邊緣的剪切破壞)、高 1 m(避免迎爆面靶板裂瓣向內(nèi)彎折撞擊另一側(cè)背板)的圓柱筒,筒體中空模擬空氣背艙,迎爆面靶板厚度與目標(biāo)殼體相同。為防止迎爆面鋼板破壞嚴(yán)重而無法回收或測量,板背面焊接6根肋骨,肋骨尺寸和分布與目標(biāo)模型殼體肋骨相同(或具有相同的極限彎矩)。側(cè)板和背爆面板適當(dāng)加筋以提高靶標(biāo)整體強(qiáng)度。整個靶標(biāo)中迎爆面材料為921鋼,其他部位材料均為Q235鋼。

考慮雙層殼體結(jié)構(gòu)的外層殼體一般為非耐壓殼,故以“鋼板+水層”套筒的形式模擬非耐殼對戰(zhàn)斗部毀傷載荷的影響,而不考慮非耐壓殼對潛艇局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響,以降低試驗變量復(fù)雜程度。其中,水層套筒高度為447 mm,模擬非耐壓殼的 921鋼板厚4 mm。具體實現(xiàn)方式如圖3所示。

圖3 模擬雙層殼體的水層套筒結(jié)構(gòu)與實物圖Fig.3 Water-cylinder for double-hull simulation

2 戰(zhàn)斗部毀傷威力評估海上試驗

為驗證上述反潛戰(zhàn)斗部毀傷威力評估試驗方法,在開放海域開展了模擬戰(zhàn)斗部水下毀傷威力海上試驗。

2.1 模擬戰(zhàn)斗部

試驗用模擬戰(zhàn)斗部包括聚能、爆破和聚爆3種類型,裝藥均為注裝B裝藥,藥量基本相同(8 kg TNT當(dāng)量),且裝藥質(zhì)心與毀傷目標(biāo)距離相同(305.5 mm),戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 模擬戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic of the model warheads

爆破模擬戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)如圖4(a)所示,藥柱直徑為144 mm,高度為245 mm。

聚能模擬戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)如圖4(b)所示,藥柱直徑為144 mm,高度為285 mm,藥型罩采用半球殼型結(jié)構(gòu),材料為紫銅。

聚爆模擬戰(zhàn)斗部采用兩級串聯(lián)裝藥結(jié)構(gòu),如圖4(c)所示,爆破級裝藥在前,聚能級裝藥在后,聚能裝藥直徑為144 mm,藥柱高度為166 mm,藥量約為2.78 kg,藥型罩與聚能戰(zhàn)斗部一致。

2.2 試驗布置與工況

試驗海域水深為8～10 m。為盡可能減小邊界效應(yīng)影響,戰(zhàn)斗部及靶標(biāo)應(yīng)布置于大約為4～5 m的深度,距離岸邊約100 m。為實現(xiàn)試驗系統(tǒng)的海上布放,試驗采用浮體、壓載體及鋼絲繩的牽拉作用將靶標(biāo)保持在預(yù)定水深,戰(zhàn)斗部與靶標(biāo)以水平方位布置,壓載體與靶標(biāo)下部焊接為一體,如圖5所示。

圖5 試驗系統(tǒng)海上布置與現(xiàn)場圖Fig.5 Layout andpicture of the offshore test system

試驗共設(shè)計6種工況,詳見表2,每種工況各做1次。

表2 試驗工況

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 單層殼體靶標(biāo)毀傷效應(yīng)試驗結(jié)果

爆破戰(zhàn)斗部對模擬單層殼體靶標(biāo)的毀傷效應(yīng)靶的整體破壞結(jié)果如圖6(a)所示。迎爆面靶板在爆炸沖擊作用下發(fā)生顯著向內(nèi)凹陷變形,中部出現(xiàn)大破口,中部兩根肋骨間的板殼斷開成兩段,分別沿著兩邊肋骨發(fā)生剪切撕裂,并向內(nèi)彎折。

對毀傷后的靶板進(jìn)行三維(3D)掃描(見圖6(b)),直接讀取迎爆靶最大變形撓度約為 512 mm;利用像素分析讀取撕裂大破口的面積,再通過等面積變換將不規(guī)則大破口等效為圓形,可得破口的等面積圓直徑為833 mm。

圖6 爆破戰(zhàn)斗部對單層殼體靶標(biāo)試驗結(jié)果Fig.6 Results from blast warhead against single-hull target and 3D scan picture

聚能戰(zhàn)斗部對模擬單層殼體靶標(biāo)的毀傷效應(yīng)靶的整體破壞結(jié)果如圖7(a)所示。迎爆面靶板中心形成穿孔破壞,孔眼邊緣形貌較規(guī)則,符合典型聚能侵徹體破壞特征。同時,聚能裝藥的水下爆破效應(yīng)造成迎爆面靶板產(chǎn)生向內(nèi)凹陷變形,最大變形撓度位于靶板中心處。經(jīng)3D掃描測量,迎爆面靶板最大變形撓度為368 mm,中心聚能穿孔孔徑為 81 mm。

圖7 聚能戰(zhàn)斗部對單層殼體靶標(biāo)試驗結(jié)果Fig.7 Results from shaped charge warhead against single-hull target and perforation hole

聚爆戰(zhàn)斗部對模擬單層殼體靶標(biāo)的毀傷效應(yīng)靶的整體破壞結(jié)果如圖8所示。靶標(biāo)的破壞模式與爆破戰(zhàn)斗部工況(見圖6)相似,但整體變形程度更大,邊緣輪廓成橢圓狀,撕裂破口上端邊緣處由于變形過大甚至擊穿背爆靶板(見圖8(b))。經(jīng)3D掃描測量,靶板最大變形撓度為549 mm,撕裂破口等面積圓直徑為957 mm。

圖8 聚爆能戰(zhàn)斗部對單層殼體靶標(biāo)試驗結(jié)果Fig.8 Results from implosion warhead against single-hull target

3.2 雙層殼體靶標(biāo)毀傷效應(yīng)試驗結(jié)果

爆破戰(zhàn)斗部對模擬雙層殼體靶標(biāo)的毀傷效應(yīng)靶整體破壞結(jié)果如圖9所示。靶標(biāo)僅產(chǎn)生凹陷變形,未見任何穿孔、破口。經(jīng)3D掃描測量,迎爆靶板最大變形撓度為304.34 mm。

圖9 爆破戰(zhàn)斗部對雙層殼體靶標(biāo)試驗結(jié)果Fig.9 Results from the blast warhead against double-hull target

聚能戰(zhàn)斗部對模擬雙層殼體靶標(biāo)的毀傷效應(yīng)靶的整體破壞結(jié)果如圖10所示。靶標(biāo)破壞模式與圖7 相似,主要表現(xiàn)為聚能穿孔破壞與靶面向內(nèi)的凹陷變形。但戰(zhàn)斗部與靶面間的水層對爆炸沖擊波和聚能侵徹體產(chǎn)生了顯著影響,主要體現(xiàn)為迎爆靶板的變形程度相對單層殼體靶板較輕,以及聚能穿孔(見圖10(b))的形貌都不規(guī)則(相對于圖7(b))。 經(jīng)三維掃描測量,迎爆靶板最大變形撓度為 284 mm,射流穿孔直徑為73 mm。

圖10 聚能戰(zhàn)斗部對雙層殼體靶標(biāo)試驗結(jié)果Fig.10 Results from shaped charge warhead against double-hull target and perforation hole

圖11 聚爆戰(zhàn)斗部對雙層殼體靶標(biāo)試驗結(jié)果Fig.11 Results from implosion warhead against double-hull target and perforation hole

聚爆戰(zhàn)斗部對模擬雙層殼體靶標(biāo)的毀傷效應(yīng)靶整體破壞結(jié)果如圖11所示,靶標(biāo)的破壞模式與聚能戰(zhàn)斗部工況(見圖10)相似,不同之處主要體現(xiàn)在迎爆面靶板中心破壞相對更大。

相比于聚能戰(zhàn)斗部,聚爆戰(zhàn)斗部中的聚能裝藥尺寸小、藥量小,顯然聚能侵徹威力偏小。再受雙層殼體靶標(biāo)中水層的影響,聚能侵徹能力進(jìn)一步降低,未能穿透靶標(biāo)背板。但由于二級串聯(lián)爆破裝藥的作用,迎爆靶板上的聚能穿孔被撕裂擴(kuò)孔,形成不規(guī)則三角狀破口。

經(jīng)3D掃描測量,迎爆面靶板最大變形撓度為318 mm,撕裂破口的等面積圓直徑約為157 mm。

綜上所述,不同戰(zhàn)斗部作用下效應(yīng)靶的破壞模式主要表現(xiàn)為凹陷變形、聚能穿孔和撕裂破口3種?？梢远ㄐ缘卣f,爆破型和聚爆型戰(zhàn)斗部對單層殼體靶標(biāo)破壞威力更大,聚能型和聚爆型戰(zhàn)斗部對雙層殼體靶標(biāo)破壞效果更顯著。具體的量化結(jié)果需要利用試驗所獲得的毀傷效應(yīng)參數(shù)值(見表3),結(jié)合2.2節(jié)提出的綜合毀傷威力指數(shù)計算方法給出。

表3 毀傷效應(yīng)參數(shù)測量值

4 戰(zhàn)斗部綜合毀傷威力分析

在利用式(1)計算戰(zhàn)斗部綜合毀傷威力指數(shù)時,除了需要表3中的試驗實測毀傷效應(yīng)參量,還需要用于判定目標(biāo)/結(jié)構(gòu)毀傷等級的毀傷閾值。在目標(biāo)易損性研究中,毀傷等級的劃分不僅需要考慮目標(biāo)的結(jié)構(gòu)/材料特征,還要考慮目標(biāo)的功能特征。因此,需要通過獨立且系統(tǒng)理論、試驗研究,才能夠得到某一目標(biāo)的毀傷閾值。

研究中使用的效應(yīng)靶標(biāo)僅作為典型潛艇結(jié)構(gòu)的抽象等效物,并沒有具體作戰(zhàn)功能特征。因此,嚴(yán)格來講,僅依照靶標(biāo)的實體破壞特征對其進(jìn)行毀傷等級的劃分是沒有意義和根據(jù)的。為了演示和驗證2.2節(jié)提出綜合毀傷威力指數(shù)計算方法和其對毀傷效應(yīng)的量化結(jié)果,結(jié)合對模型靶標(biāo)的易損性分析專題研究,給出的基于單一毀傷效應(yīng)的效應(yīng)靶破壞等級判據(jù)和毀傷閾值具體如表4所示。

表4 試驗靶標(biāo)毀傷等級與毀傷閾值

表5 模擬戰(zhàn)斗部毀傷不同結(jié)構(gòu)靶標(biāo)的威力指數(shù)

將表5中數(shù)據(jù)繪制成圖12,直觀對比3種不同類型戰(zhàn)斗部對單層殼體靶標(biāo)的毀傷威力。其中3種戰(zhàn)斗部對單層殼體均達(dá)到了Ⅰ級毀傷,而爆破和聚爆戰(zhàn)斗部的威力指數(shù)相差不大,與第4節(jié)中對試驗結(jié)果定性分析結(jié)論一致。

圖12 不同類型戰(zhàn)斗部對單層殼體靶標(biāo)的毀傷威力Fig.12 DPI of different warheads against single-hull targets

圖13 不同類型戰(zhàn)斗部對雙層殼體靶標(biāo)的毀傷威力Fig.13 DPI of different warheads against double-hull targets

圖14 戰(zhàn)斗部對不同類型靶標(biāo)的威力指數(shù)比Fig.14 DPI ratio of the warhead against different targets

因為1.3節(jié)所提出的用于模擬雙層殼體靶標(biāo)并未考慮非耐壓殼體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,僅考慮了雙層殼體結(jié)構(gòu)中水層對戰(zhàn)斗部毀傷效應(yīng)的影響。水層的存在使戰(zhàn)斗部相對耐壓殼體的爆距增加,戰(zhàn)斗部爆破威力降低,這也是爆破和聚爆戰(zhàn)斗部對雙層殼體靶標(biāo)的威力指數(shù)顯著下降(下降幅度達(dá)到80%～90%)的最主要原因。

聚能戰(zhàn)斗部侵徹體的破甲能力當(dāng)然也會因為彈目間距的增加而降低,但總體受影響幅度并不大(單、雙層靶標(biāo)迎爆面靶板穿孔直徑分別為81 mm和73 mm),威力指數(shù)降低不到20%。雖然,1.3節(jié)中提出的試驗靶標(biāo)并未考核聚能類戰(zhàn)斗部的侵徹能力(穿透靶板層數(shù)),從評價指標(biāo)上一定程度地弱化了聚能類戰(zhàn)斗部的毀傷威力。但試驗結(jié)果和上述量化分析結(jié)果仍然足以從側(cè)面說明,聚能戰(zhàn)斗部在水下爆炸后所產(chǎn)生的爆破毀傷效應(yīng)能量利用率并不高。聚爆戰(zhàn)斗部中聚能、爆破裝藥的藥量較單一效應(yīng)戰(zhàn)斗部都分別有所降低,但能量利用效率顯著提高,因此能夠?qū)?、雙層殼體靶標(biāo)產(chǎn)生更好的毀傷結(jié)果。

綜上所述,戰(zhàn)斗部綜合毀傷毀傷威力指數(shù)實現(xiàn)了對戰(zhàn)斗部威力更加直觀的量化表征,解決了不同類型戰(zhàn)斗部在針對不同結(jié)構(gòu)以及不同破壞模式條件下的威力分析和比較問題。最重要的是,這種表征方法能夠清晰反映定性分析無法體現(xiàn)的關(guān)鍵細(xì)微差別,能夠明確解答定性分析中模糊不清關(guān)鍵問題。

5 結(jié)論

本文提出一種歸一化的戰(zhàn)斗部綜合毀傷威力量化表征與評估方法,在此基礎(chǔ)上設(shè)計了單/雙層殼體結(jié)構(gòu)的毀傷效應(yīng)靶標(biāo),進(jìn)行了聚能、爆破和聚爆3型模擬戰(zhàn)斗部的海上試驗,分別獲得了戰(zhàn)斗部綜合毀傷威力指數(shù),并進(jìn)行了3型戰(zhàn)斗部綜合毀傷威力的量化對比與分析。得出主要結(jié)論如下:

1)所提出的戰(zhàn)斗部綜合毀傷威力表征與評估方法可量化分析同一戰(zhàn)斗部對不同艇體結(jié)構(gòu)以及不同戰(zhàn)斗部對同一艇體結(jié)構(gòu)的毀傷威力差別;

2)同等條件下,爆破和聚能戰(zhàn)斗部分別對單層殼體和雙層殼體靶標(biāo)具有相對更大的毀傷威力,聚爆戰(zhàn)斗部對兩種類型結(jié)構(gòu)的毀傷威力均優(yōu)于單純的爆破戰(zhàn)斗部或聚能戰(zhàn)斗部;

3)不同戰(zhàn)斗部對雙層殼體靶標(biāo)較單層殼體靶標(biāo)的毀傷威力均有所下降,其中爆破戰(zhàn)斗部下降90%以上,聚爆戰(zhàn)斗部下降近80%,而聚能戰(zhàn)斗部下降只有不到20%。