1、发射条件对智能雷毁伤概率的影响2003 年第 24 卷第 6 期华北工学院 Vo1.24No.62003篁箜!塑 JOURNALOFNORTHCHINAINSTITUTEOFTECHNOLOGY(sumNo.92)文章编号:1006.5431(2003)06.0464 04发射条件对智能雷毁伤概率的影响尹建平,阎思江,王志军(1.华北工学院机械电子工程系,山西太原 030051;2.沈阳工业学院弹药研究所,辽宁沈阳 110016)摘要:通过建立智能雷对机动目标毁伤概率计算的蒙特卡洛模型 ,运用计算机进行数值仿真,研究了发射条件对智能雷毁伤概率的影响.得到了智能雷武器系统在各种因素影响下对机动目
2、标的毁伤概率.并提出了提高智能雷毁伤概率能力的技术途径.关键词:智能雷;毁伤概率;数值仿真中图分类号:TJ512.2 文献标识码:AInfluenceofLaunchingConditionontheKillingProbabilitiesofIntelligentMineYINJianping,YANSijiang.,WANGZhi-jun(1.Dept.ofMechatronicEngineering,NorthChinaInstituteofTechnology,Taiyuan,030051,China;2.ResearchInstituteofAmmunition,ShenyangIn
3、stituteofTechnology,Shenyang110016,China)Abstract:BasedontheMonteCarlosimulationmodeloftheIntelligentMineweaponsystemagainstthemobiletarget,thecomputernumericalsimulationiScarriedout.At.thesametime,theinfluenceoflaunchingconditiononthekillingprobabilityofIntelligentMineisstudied.Thekillingprobabilit
4、iesofIntelligentMineweaponsystemagainstthemobiletargetiscalculatedwhilemanyrandominfluencingfactorsareconsidered.Finally,themeasuresforenhancingthekillingprobabilitiesoftheIntelligentMineareputforward.Keywords:intelligentmine;killingprobabilities;numericalsimulation0 引言在未来的战争中,坦克装甲车辆和武装直升飞机都是主要的突击力量
5、.面对大规模坦克装甲车辆的进攻和武装直升飞机的攻击,能否迟滞,阻碍并有效地摧毁它们已成为地面战场胜负的关键.随着复合装甲和主动装甲防护技术的迅速发展,坦克装甲车辆的防护能力不断提高,给正面攻击坦克的武器带来了巨大的困难,这就迫切需要运用各种方法来增加对坦克装甲车辆的攻击能力.随着高新技术的迅速发展,并不断在军事领域的应用,许多灵巧弹药,智能化的常规武器应运而生,反坦克智能雷就是一种新型的智能化反坦克顶甲武器系统.智能雷武器系统集高新技术为一体,集障碍,机动,火力与一身.它变被动防御为主动防御,使地雷概念发生了质的飞跃,它能自动预警,探测,识别并跟踪目标,在最佳时机对捕获到的目标实施攻击,造成最
6、大程度上的毁伤,是攻防兼备的新型智能武器系统,被称为第三代地雷.反坦克智能雷命中率高,并且具有可以选择攻击目标薄弱部位(攻顶装甲和侧装甲)的能力 ,是目前在国际上被广泛重视并已实施应用的一种先进的反坦克武器系统.根据国内外研究口,反坦克智能雷武器系统工作过程为: 智能雷武器系统探测并跟踪进入感知范围收稿日期,20021020 修回日期:20031009基金项目:华北工学院科学基金资助项目作者简介:尹建平(1975 一),男,讲师,硕士.主要从事弹药工程研究(总第 92 期) 发射条件对智能雷毁伤概率的影响(尹建平等)465的目标,当其运动到攻击半径内时,智能雷被赋予一定的弹射角,弹射速度,自转
7、角速度并正对目标弹射出去.此后,在坦克目标按其作战意图机动行驶的同时,智能雷在空中飞行,并且其自身携带的扫描装置扫描地面.当智蕾糖带的扫描装置扫描到目标后,智能雷便爆炸形成高速自锻破片弹丸,飞向坦克顶甲将其毁伤,整个过程仅在几秒内完成(弹射,扫描,爆炸,攻顶).1 毁伤概率模型显然,智能雷系统对坦克的毁伤概率由系统各参数,参数散布规律,发射初始扰动,目标机动等因素决定,其中许多因素都是随机量,很难用解析法求解.本文采用蒙特卡洛法模拟智能雷系统对坦克目标的攻击过程.1)首先 ,建立描述智能雷飞行过程的系统运动方程组,包括运动微分方程组,目标运动方程组以及扫描运动方程3, 其中运动微分方程组的建立
8、是在一定基本假设.的前提下进行的.建立地面坐标系 0 一 yZ,然后以智能雷本体质心 C 为原点建立与智能雷固联且各轴平行于地面坐标系的平动坐标系 c 一 ,同时建立弹道速度坐标系 C-X:Y:z:,弹体坐标系 C-XYz,在此基础上,根据刚体动力学原理推导得到智能雷刚体动力学方程为(1+2)一一 1pCxvsin2 一 2pcx 口 c2 口 11,l,(1+m2)警一一吉旅 .s1c.s 一 ls=2ecx 口 c2 口 21,I(1+m2)訾一一(1+m2)一 1PCx 口丢 c.s#zsin1 一吉 2pcxVC2 口.1.J11(sin0sin+OcosOsin+inOcos+Oco
9、s 一 in)+q(J32q+J33r)一 r(J22q+J23r)一一(+)y.一(厶一 L2)y2+2pcx 口 c2(+)f.1 一(厶一 L2)f21,J22(幽 inOcos+OcosOcos 一 in0sinOsino 一 os)+.,23(如 OS0 一Osin0+JllPr 一户(32g+.,33r)一一(厶+L2)y1+1pcx 口 c2(厶+L2)f11,J32(幽 inOcos+OcosOcos 一 inOsin 一/)sino 一螗 OS+J33(cos0 一Osin0+p(J22g+Jz3r)一 JllPg 一(+)y1+1#Cxv(+)fl1.式中为迎风面积(智能雷
10、做小幅摆动,以纵切面积表示,并且本体部分的集中阻力对应,扫描器则对应);口 c 为质心速率;ID 为空气密度;Cx 为空气阻力系数;.,:为智能雷本体和扫描器的质量;.,:为速度坐标系相对平动坐标系的广义欧拉角;VC:为扫描器质心速度;, 锄,n.:为口 c:在地面坐标系中的投影;,0,为智能雷姿态的欧拉角;P,q,r 均为欧拉角的函数;L-,Lz 分别为本体和扫描器圆柱体的高;tt:.,t31 为在弹体坐标系中的投影;J(,一 1,2,3)为智能雷惯量张量矩阵在弹体坐标系中的投影阵.本文所述的智能雷采用的战斗部为 MEFP 战斗部, 当智能雷携带的扫描器扫描到目标后,智能雷便爆炸形成 MEF
11、P,飞向坦克顶甲对其毁伤 .建立 MEFP 智能雷攻击坦克顶甲的毁伤模型4,实际上就是求解弹丸飞向目标时的直线和地面交点的轨迹.设从智能雷中发射出个 EFP 弹丸,相对智能雷本体轴线的发射角为 a,命中目标前智能雷自转角度为,可导出弹着点 B 的轨迹方程fX 一 x.z.踹等等,1y 一z.等三 ,lz 一 o,466 华北工学院 2003 年第 6 期式中 Xc,yc,Zc 为智能雷本体质心 C 的坐标;a.,.,a.,.,y.由欧拉角确定.2)智能雷在发射和飞行中,分别受到各种扰动因素的作用,使其飞行轨迹,飞行姿态,扫描轨迹发生偏差.这些干扰通常都是随机的,如:发射初始扰动 ,弹体质量散布
12、,系统延迟时间等.模拟实验以前,需要对各种扰动因素(误差)进行细致深入的分析研究,并进行实验和测试,以确定分布规律和数字特征.本文假设这些扰动因素满足正态分布.3)在攻击过程中,坦克目标也在作机动行驶,其行驶速率口 r(f)及方向角 Or()变化满足一定随机分布规律,而这个分布规律是由坦克的作战意图,攻击战术以及战地情形决定的.本文假设坦克做集团冲锋,行驶速率和方向变化满足正态分布.4)按上述分布规律产生各初始参数的值,在计算机上编程模拟智能雷攻击坦克目标的过程.当智能雷按照捕获准则扫描捕获到目标之后,将爆炸形成高速弹丸飞向目标顶甲对其造成毁伤.当爆炸成型弹丸命中坦克不同部位时(动力舱,炮塔,
13、驾驶舱,履带,炮管等),可对其造成不同的毁伤级别5.5)进行多次仿真过程,根据建立的 MEFP 智能雷毁伤模型和坦克目标的坐标属性,判断弹着点是否为命中点,然后分别记录命中目标的次数 nl 和毁伤目标的次数 .,实际命中目标的概率 P 为命中目标的次数与总的模拟次数之比,即 P=/;造成目标某种毁伤的概率户 z 为毁伤目标的次数与总的模拟次数之比,即 z 一 z/.2 影向因素分析根据上述智能雷毁伤概率模型和刚体动力学方程,编制了相应的计算机仿真程序,本文以发射出单个 EFP 为例,对智能雷武器系统毁伤某坦克进行了数值仿真,其部分结果如下:2.1 质心速率的影响在保持发射其它初始条件不变的情况
14、下,随着智能雷初始质心速率均方差的增加,智能雷飞行速度散布加大,对命中目标概率和造成目标某种毁伤的概率影响将逐渐增大,导致实际命中概率和毁伤概率逐渐降低,如图 1 所示.2.2 进动角的影响图 I 质心速率的影响Fig.1Theinfluenceofmaterialcenterrate在保持发射其它初始条件不变的情况下,智能雷初始进动角越大,飞行越不稳定,扫描轨迹覆盖的横,纵向距离减小,对命中目标概率和造成目标某种毁伤的概率影响逐渐增大,毁伤目标的概率会逐渐降低,如图 2 所示.2.3 进动角速度的影响在保持发射其它初始条件不变的情况下,随着随机抽样中抽取的智能雷进动角速度的增大,扫描轨迹呈现
15、出振荡的状态,导致毁伤目标的概率在一定范围内变化.当进动角速度在一定范围内变化时,毁伤概率也确定在某一值周围波动,如图 3 所示.图 2 进动角的影响Fig.2Theinfluenceofprecessionangle(总第 92 期) 发射条件对智能雷毁伤概率的影响(尹建平等)467图 3 进动角速度的影响Fig.3Theinfluenceofangularvelocityofprecession2.4 章动角速度的影响在保持发射其它初始条件不变的情况下,随着随机抽样中抽取的智能雷章动角速度的增大,将对智能雷毁伤目标的概率产生影响.由图 4 可知,命中目标的概率和相应的毁伤概率按一定规律波动
16、减少.图 4 覃动角透厦的影响Fig.4Theinfluenceofangularvelocityofnutation3 结论1)对于智能雷武器系统,智能雷发射的初始条件的好坏直接影响到智能雷的飞行状况,姿态,从而影响扫描轨迹的纵横向幅度,最终导致毁伤概率的变化.2)从影响因素分析可知,质心速率的偏差愈大,毁伤概率愈小; 进动角越大,毁伤概率越小.进动角速度,章动角速度的影响是综合的,原因在于智能雷并非均质刚体,飞行中会有各种角运动,各种角运动的耦合作用使得扫描轨迹发生偏移,使系统的毁伤概率往复变化,需要综合考虑.3)要增加智能雷的毁伤概率可对发射装置进行优化设计,以减小质心速率均方差,进动角
17、,进动角速度以及章动角速度偏差等方面对智能雷毁伤目标概率的影响,并以此来指导智能雷武器系统的总体设计.参考文献:1郭美芳,王树魁 .美国 M93 式“大黄蜂“广域弹药 I-R-.北京: 中国兵器工业第 210研究所,1997.3538.2徐钟济.蒙特卡罗法 I-M.上海:上海科学技术出版社,1985.I-3-陈超,王志军.智能雷攻击坦克顶甲时的刚体扫描运动方程 l-J-.华北工学院,2001,22(3):l73175.I-4尹建平,王志军,陈超.MEFP 智能雷攻击坦克顶甲的毁伤模型 l-J-.弹箭与制导,2003,23(2):l37139.E53 赵国志,高森烈.终点弹道学 I-M.南京:华东工学院出版社 ,1980.4951.
