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在精确制导技术高速发展的当下,反舰导弹作为一种兼顾侵彻穿甲能力和爆炸毁伤威力的反舰武器被广泛应用。水面舰船一旦遭受反舰导弹的打击,舰船局部结构必将遭受重创,而舰船纵向连续构件的局部毁伤势必造成船体总纵强度毁伤,进而使舰船生命力大幅降低。反舰导弹对水面舰船的打击主要分为侵彻穿甲和舱内爆炸两个阶段。一般认为战斗部爆炸阶段是导弹的终极毁伤作用,这也使得反舰导弹侵彻穿甲过程往往得不到足够的重视。对于半穿甲型反舰导弹,在打击目标过程中往往需要侵彻穿透舰船多层板架,直至舰船核心区域引爆才能实现对目标的高效毁伤。反舰导弹侵彻舰船板架留有的破口在战斗部爆炸阶段会起到泄爆作用,从而使反舰导弹的爆炸毁伤威力受到一定影响。在反舰导弹侵彻穿透舰船多层加筋板架过程中,弹体的姿态角度等弹道特性在多层板架和板架加强筋的联合作用下势必会发生改变,进而严重影响弹体的侵彻穿甲能力。因此,本文从反舰导弹与目标舰船相结合(弹目结合)的角度,有针对性地开展反舰导弹对目标舰船的侵彻特性研究,为反舰导弹侵彻毁伤的实战化评估方法提供参考。
各国海军基于不同的舰船设计规范设计制造的水面舰船,其舰船结构具体特征参数虽有不同,但必然存在一定的特征规律。本文基于公开资料对各国海军现代驱护舰主尺度等表征参数进行特征规律分析,并基于船舶原理对舰船表征参数进行深入“挖掘”,得到舰船模态参数、局部细化结构、剖面特性等参数特征规律。为获得目标舰船相关结构参数,开展基于舰船特征参数规律对比分析的目标舰船数值重构,最终得到的舰船数值重构模型可从舰船主尺度、局部结构、剖面特性以及模态响应等方面反映目标舰船的总体和局部细化结构特征,以此作为目标舰船侵彻毁伤评估靶标的设计依据。
本文重点对反舰导弹打击水面舰船目标过程中的毁伤特性进行研究,将导弹打击目标过程分为导弹命中阶段、导弹侵彻舰船板架结构阶段和导弹穿舱后舱内爆炸阶段。在导弹命中阶段,基于蒙特卡洛法模拟打靶得到目标舰船在反舰导弹靶平面内的各站结构部分的命中概率;在导弹侵彻阶段,对舰船加筋薄板板架的侵彻毁伤机理进行了探讨,并计及弹体初始攻角对侵彻毁伤模式的影响,对业内广泛应用的德·马尔-贝尔金半经验公式进行改进,进一步提升了公式计算的准确性和适用范围;在导弹舱内爆炸阶段,考虑反舰导弹侵彻舱室壁面后留有的破口以及冲击波斜反射和马赫反射的影响,提出改进的镜像法,得到适用于预置侵彻破口的战斗部舱内爆炸冲击波载荷的快速预报方法;同时对高速破片和局部振动冲击环境对目标舰船结构的毁伤影响范围进行分析。
通过已开展的弹靶试验结果对本文中的数值仿真计算方法进行有效性验证,以目标舰船板架结构为研究对象,开展反舰导弹侵彻舰船加筋板架的毁伤机理研究。通过对不同工况条件下的数值计算结果进行规律特性分析,得到弹体着靶速度、初始姿态角度、舰船板架材料属性和结构形式等因素对弹体的弹道特性和板架毁伤模式两方面的耦合影响关系,并拟合得到不同影响因素间的数值关系函数,得到德·马尔-贝尔金公式中弹体在靶面上的投影面积与实际破口面积的动态修正关系,进一步提升公式计算结果的准确性。同时,通过确定导弹侵彻目标舰船板架的极限侵彻毁伤工况,为目标舰船侵彻毁伤评估过程中的输入工况设计提供参考。
在目标舰船靶标系统设计过程中,本文提出基于三个层面的目标舰船靶标系统设计方法。这三个层面分别为:反舰导弹对目标舰船多层板架毁伤效能、靶板与目标舰船板架频谱相似关系、计及试验条件的靶标框架系统。以目标舰船的多层板架结构形式作为靶标系统中各层靶板的设计依据,通过对反舰导弹侵彻舰船多层加筋板、多层等效均厚板以及额定厚度的单层均厚板三种板架侵彻毁伤之间的差异,确定舰船靶标结构基本形式,并基于反舰导弹侵彻舰船多层加筋板架的弹着点位置关系,确定舰船靶标系统中各层靶板靶心位置;基于各层靶板与对应的目标舰船板架的应力波传播频谱特性相似关系,以及侵彻破口影响范围来确定各层靶板的边界尺寸、靶板与框架安装的边界条件;并从能量传递的角度对计及试验场地客观限制条件影响下的靶标框架系统与反舰导弹侵彻目标舰船过程中的能量传递规律进行验证,最终形成基于目标舰船结构特征的舰船靶标系统设计方法。
舰船靶标系统在试验场地的装配精度将影响反舰导弹毁伤评估结果的有效程度。因此,本文通过数值仿真方法对不同装配条件下的弹体的弹道特性进行预报,给出合理的靶标系统装配精度范围,确保反舰导弹对目标舰船侵彻毁伤评估顺利进行。通过火箭橇系统开展弹靶侵彻毁伤试验研究,基于对高速动态捕捉系统采集得到的试验数据进行分析,得弹体速度、姿态等弹道特性信息,并通过对试验后期的靶标系统进行勘验,得到靶板毁伤模式等试验数据。将试验数据与数值仿真方法和改进的德·马尔-贝尔金公式计算结果进行对比分析,由此验证弹体在大攻角输入工况条件下的德·马尔-贝尔金公式适用性以及本文数值预报结果的有效性。本文基于弹目结合的研究思想,从弹体的着靶速度、姿态角度等弹道特性以及目标舰船靶标系统毁伤模式两方面着手,对反舰导弹侵彻毁伤效能进行综合评估,由此形成弹目结合的反舰导弹侵彻毁伤评估方法。
各国海军基于不同的舰船设计规范设计制造的水面舰船,其舰船结构具体特征参数虽有不同,但必然存在一定的特征规律。本文基于公开资料对各国海军现代驱护舰主尺度等表征参数进行特征规律分析,并基于船舶原理对舰船表征参数进行深入“挖掘”,得到舰船模态参数、局部细化结构、剖面特性等参数特征规律。为获得目标舰船相关结构参数,开展基于舰船特征参数规律对比分析的目标舰船数值重构,最终得到的舰船数值重构模型可从舰船主尺度、局部结构、剖面特性以及模态响应等方面反映目标舰船的总体和局部细化结构特征,以此作为目标舰船侵彻毁伤评估靶标的设计依据。
本文重点对反舰导弹打击水面舰船目标过程中的毁伤特性进行研究,将导弹打击目标过程分为导弹命中阶段、导弹侵彻舰船板架结构阶段和导弹穿舱后舱内爆炸阶段。在导弹命中阶段,基于蒙特卡洛法模拟打靶得到目标舰船在反舰导弹靶平面内的各站结构部分的命中概率;在导弹侵彻阶段,对舰船加筋薄板板架的侵彻毁伤机理进行了探讨,并计及弹体初始攻角对侵彻毁伤模式的影响,对业内广泛应用的德·马尔-贝尔金半经验公式进行改进,进一步提升了公式计算的准确性和适用范围;在导弹舱内爆炸阶段,考虑反舰导弹侵彻舱室壁面后留有的破口以及冲击波斜反射和马赫反射的影响,提出改进的镜像法,得到适用于预置侵彻破口的战斗部舱内爆炸冲击波载荷的快速预报方法;同时对高速破片和局部振动冲击环境对目标舰船结构的毁伤影响范围进行分析。
通过已开展的弹靶试验结果对本文中的数值仿真计算方法进行有效性验证,以目标舰船板架结构为研究对象,开展反舰导弹侵彻舰船加筋板架的毁伤机理研究。通过对不同工况条件下的数值计算结果进行规律特性分析,得到弹体着靶速度、初始姿态角度、舰船板架材料属性和结构形式等因素对弹体的弹道特性和板架毁伤模式两方面的耦合影响关系,并拟合得到不同影响因素间的数值关系函数,得到德·马尔-贝尔金公式中弹体在靶面上的投影面积与实际破口面积的动态修正关系,进一步提升公式计算结果的准确性。同时,通过确定导弹侵彻目标舰船板架的极限侵彻毁伤工况,为目标舰船侵彻毁伤评估过程中的输入工况设计提供参考。
在目标舰船靶标系统设计过程中,本文提出基于三个层面的目标舰船靶标系统设计方法。这三个层面分别为:反舰导弹对目标舰船多层板架毁伤效能、靶板与目标舰船板架频谱相似关系、计及试验条件的靶标框架系统。以目标舰船的多层板架结构形式作为靶标系统中各层靶板的设计依据,通过对反舰导弹侵彻舰船多层加筋板、多层等效均厚板以及额定厚度的单层均厚板三种板架侵彻毁伤之间的差异,确定舰船靶标结构基本形式,并基于反舰导弹侵彻舰船多层加筋板架的弹着点位置关系,确定舰船靶标系统中各层靶板靶心位置;基于各层靶板与对应的目标舰船板架的应力波传播频谱特性相似关系,以及侵彻破口影响范围来确定各层靶板的边界尺寸、靶板与框架安装的边界条件;并从能量传递的角度对计及试验场地客观限制条件影响下的靶标框架系统与反舰导弹侵彻目标舰船过程中的能量传递规律进行验证,最终形成基于目标舰船结构特征的舰船靶标系统设计方法。
舰船靶标系统在试验场地的装配精度将影响反舰导弹毁伤评估结果的有效程度。因此,本文通过数值仿真方法对不同装配条件下的弹体的弹道特性进行预报,给出合理的靶标系统装配精度范围,确保反舰导弹对目标舰船侵彻毁伤评估顺利进行。通过火箭橇系统开展弹靶侵彻毁伤试验研究,基于对高速动态捕捉系统采集得到的试验数据进行分析,得弹体速度、姿态等弹道特性信息,并通过对试验后期的靶标系统进行勘验,得到靶板毁伤模式等试验数据。将试验数据与数值仿真方法和改进的德·马尔-贝尔金公式计算结果进行对比分析,由此验证弹体在大攻角输入工况条件下的德·马尔-贝尔金公式适用性以及本文数值预报结果的有效性。本文基于弹目结合的研究思想,从弹体的着靶速度、姿态角度等弹道特性以及目标舰船靶标系统毁伤模式两方面着手,对反舰导弹侵彻毁伤效能进行综合评估,由此形成弹目结合的反舰导弹侵彻毁伤评估方法。