六分位探测引信战斗部起爆控制的建模及仿真

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2022.05.018

摘要/Abstract

摘要：

为了满足定向战斗部在引战配合时的起爆控制要求，针对定向战斗部预制破片的飞散规律，提出了一种基于六分位激光引信探测定位的起爆控制建模方法。该方法通过六分位激光探测模型对目标方位的准确识别，实现对定向战斗部起爆方位的控制。为了研究不同起爆方式对战斗部威力的影响，利用LS_DYNA有限元仿真软件，模拟研究了在不同起爆方式下战斗部的破片飞散规律，找到最佳起爆控制方位。仿真结果表明：偏心60°双线起爆下定向破片速度增益为9.32%，定向毁伤区域约为120°；偏心120°双线、三线和等距三线起爆下定向破片速度增益分别为8.44%、10.56%和11.53%，定向毁伤区域约为60°。建立的探测模型可以与定向战斗部的起爆控制有效配合，达到对目标的最佳毁伤。

关键词: 定向战斗部, 数值模拟, 激光引信, 引战配合, 六分位, 定向起爆控制

Abstract:

In order to meet the detonation control requirements of the aimable warhead during the fuze-warhead cooperation， a detonation control modeling method based on the detection and positioning of the hexagon laser fuze is presented for the dispersion rule of the prefabricated fragments of the aimable warhead. This method achieves the control of the detonation orientation of the aimable warhead by accurately recognizing the orientation of the target through the hexagon laser detection model. At the same time， in order to study the influence of different initiation methods on the performance of the warhead， the LS_DYNA finite element simulation software is used to simulate and study the fragments dispersion rule of the warhead under the different initiation methods and find the best initiation control position. Simulation results show that the directional fragment velocity gain under the eccentric 60° two lines Initiation is 9.32%， and the directional damage area is about 120°； the directional fragment velocity gains under eccentric 120° two lines， three lines and equidistant three lines initiation are 8.44%， 10.56% and 11.53%， respectively， and the directional damage area is about 60°. The established detection model can effectively cooperate with the detonation control of the aimable warhead to achieve the optimal damage effect on the target.

Key words: aimable warhead, numerical simulation, laser fuze, fuze-warhead cooperation, hexagon, directional detonation control

中图分类号:

TJ410

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图/表 21

图1 战斗部模型

Fig. 1 Warhead model

图2 圆柱形战斗部有限元模型

Fig. 2 Finite element model of cylindrical warhead

表1 主装药性能及状态方程参数

Table 1 Parameters of main charge property and equation of state

R₀/

（g·cm^-3）

PCJ/GPa

D_cr/

（m·s^-1）

GPa

R₁

R₂

表2 空气材料参数

Table 2 Parameters of air material

R₀/（g·cm^-3）	C₀	C₁	C₂	C₃	C₄	C₅
0.001 29	0	0	0	0	0.4	0.4

表3 衬筒和端盖材料参数

Table 3 Parameters of linear and cover material

R₀/（g·cm^-3）	E/GPa	PR	SIGY/GPa	BETA	FS
2.7	72	0.33	0.31	0.7	0.77

表4 破片材料参数

Table 4 Parameters of fragment material

R₀/（g·cm^-3）	E/GPa	PR
17.51	117	0.22

图3 偏心起爆速度分布模型校验

Fig. 3 Validation of asymmetrical initiation velocity distribution model

表5 破片最大速度的数值模拟和试验结果对比

Table 5 Comparison of numerical simulation and test results of maximum fragment velocity

起爆方式	破片最大速度/（m·s^-1）			仿真误差/%	试验误差/%
起爆方式	仿真结果^［13］	试验结果^［13］	本文仿真结果	仿真误差/%	试验误差/%
端面中心起爆	1 982.31	1 903.20	2 018.01	1.80	6.03
偏心双线起爆	2 431.88	2 475.24	2 318.66	-4.66	-6.33

图4 起爆方式示意图

Fig. 4 Schematic figure of initiation method

图5 破片径向速度矢量图

Fig. 5 Fragment radial velocity vector

图6 破片排布和速度对比图

Fig. 6 Fragment configuration and comparison of fragment velocity

图7 等距连位120°三线起爆模型和破片速度对比图

Fig. 7 Equidistant eccentric 120° three lines initiation model and fragment velocity comparison

图8 12等份破片径向飞散区域

Fig. 8 Twelve equal fragment radial dispersion region

图9 不同破片径向飞散区域内破片的平均速度和破片数量对比图

Fig. 9 Comparison of average velocity and number of fragments in different radial dispersion regions

表6 不同破片径向飞散区域内破片的平均速度增益情况 (%)

Table 6 Average velocity gain of fragments in different radial dispersion regions

起爆方式	不同破片径向飞散区域内破片的平均速度增益
起爆方式	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
中心一点起爆	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
偏心60°双线起爆	0.03	1.90	3.46	6.67	10.74	15.68	15.63	10.65	6.59	3.45	1.99	0
偏心120°双线起爆	4.03	3.81	2.07	3.54	4.99	11.58	11.45	4.96	3.48	2.14	3.84	4.36
偏心120°三线起爆	3.02	4.31	3.76	5.69	7.25	13.76	13.28	7.23	5.56	3.81	4.17	3.34
等距偏心120°三线起爆	1.52	1.49	1.78	4.46	7.57	15.38	14.67	7.67	4.29	1.84	1.2	1.92

表7 不同起爆方式下的破片速度分布 (枚)

Table 7 Fragment velocity distribution under different initiation methods

起爆方式	不同破片速度/（km·s^-1）
起爆方式	<1.2	1.2~1.4	1.4~1.6	1.6~1.8	1.8~2.0	≥2.0
中心一点起爆（120°）	23	30	96	430	327	2
偏心60°双线起爆（120°）	21	37	54	156	383	292
中心一点起爆（60°）	13	10	44	203	175	0
偏心120°双线起爆（60°）	10	17	31	72	209	140
偏心120°三线起爆（60°）	10	15	31	58	165	200
等距偏心120°三线起爆（60°）	10	15	28	55	170	198

图10 不同起爆方式下的定向毁伤区域

Fig. 10 Directional damage area under different initiation methods

图11 六分位激光引信视场示意图

Fig. 11 Hexagon laser fuze field of view

图12 各探测器扫描区域示意图

Fig. 12 Scanning area of each detector

图13 目标占据1和2个探测区域方位示意图

Fig. 13 The target occupies 1 and 2 detection area

图14 六分位探测引信定向战斗部引战配合示意图

Fig. 14 Fuze-warhead cooperation of aimable warhead by the hexagon-detection fuze

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