汪汝根,韓曉明,吳振亞,陳俊杰

(空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院,西安 710051)

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定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估模型研究*

汪汝根,韓曉明,吳振亞,陳俊杰

(空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院,西安 710051)

定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部是一種新型反戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部。為了科學(xué)評(píng)估定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部的毀傷效能,分析了影響定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的相關(guān)因素,建立了毀傷效能綜合評(píng)估指標(biāo)體系,提出了一種基于端點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估模型;以美國(guó)M39戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈再入彈頭為研究對(duì)象,分析了定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部對(duì)其的毀傷效能,通過(guò)算例,驗(yàn)證了評(píng)估模型的合理性。

定向含能動(dòng)能桿;戰(zhàn)斗部;毀傷效能;評(píng)估

0 引言

定向含能動(dòng)能桿是一種新概念反TBM戰(zhàn)斗部,其具體構(gòu)想是預(yù)先在動(dòng)能桿內(nèi)部裝入特定的含能材料。當(dāng)防空導(dǎo)彈與來(lái)襲目標(biāo)相遇時(shí),含能動(dòng)能桿條將以巨大的相對(duì)速度毀傷來(lái)襲目標(biāo),并結(jié)合桿條的剩余的能量和與主裝藥的摩擦以及在碰撞過(guò)程中所產(chǎn)生的沖擊波等引爆來(lái)襲目標(biāo)彈頭內(nèi)的主裝藥,從而在目標(biāo)內(nèi)部形成高效毀傷效應(yīng)[1]。隨著高新技術(shù)武器的運(yùn)用、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜化及戰(zhàn)斗部發(fā)展步伐的加快,毀傷效能評(píng)估已經(jīng)成為衡量戰(zhàn)場(chǎng)上對(duì)各種目標(biāo)遭到攻擊后產(chǎn)生破壞程度的重要依據(jù)。然而定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能所涉及的因素多、范圍廣,如何對(duì)定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部的毀傷效能進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估,是廣大科研人員面對(duì)的重要課題。

1 定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能綜合評(píng)估指標(biāo)體系

戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估對(duì)戰(zhàn)斗部研究發(fā)展和改進(jìn)具有重要的作用。定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及的學(xué)科領(lǐng)域眾多,為了全面評(píng)估定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部的毀傷效能,必須對(duì)戰(zhàn)斗部的殺傷威力、目標(biāo)易損性、戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性和戰(zhàn)斗部的保障性[2]等四個(gè)方面進(jìn)行深入的研究。

1.1 定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部的殺傷威力

戰(zhàn)斗部殺傷威力是指在引戰(zhàn)配合的條件下,戰(zhàn)斗部在飛向目標(biāo)的過(guò)程中爆炸所產(chǎn)生各種毀傷元素對(duì)目標(biāo)造成結(jié)構(gòu)或功能損傷的程度。對(duì)定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部而言,能夠可靠的飛向TBM目標(biāo),適時(shí)的啟動(dòng)引信,依靠戰(zhàn)斗部?jī)?nèi)的炸藥爆炸后產(chǎn)生的高速毀傷物(桿條群)對(duì)來(lái)襲的TBM目標(biāo)進(jìn)行毀傷和破壞,主要的殺傷方式有沖擊波對(duì)TBM目標(biāo)殼體的殺傷,桿條對(duì)TBM殼體的洞穿和對(duì)TBM再入彈頭內(nèi)炸藥的擊爆[3]。殺傷威力的大小直接決定對(duì)毀傷效能大小值的判定,因此殺傷威力在定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估中具有非常重要的地位。對(duì)定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部的殺傷威力進(jìn)行深入細(xì)致的研究,建立可靠的殺傷威力評(píng)估指標(biāo)體系對(duì)最終的毀傷效能評(píng)估具有重要的意義。

1.2 TBM再入彈頭目標(biāo)易損性

目標(biāo)易損性是指在作戰(zhàn)情況下,目標(biāo)被攻擊方發(fā)現(xiàn)并受到打擊而受損的難易程度。目標(biāo)易損性通常包括兩方面內(nèi)容:戰(zhàn)術(shù)易損性和結(jié)構(gòu)易損性。戰(zhàn)術(shù)易損性是指某種裝備被目標(biāo)探測(cè)發(fā)現(xiàn)到的難易程度。結(jié)構(gòu)易損性是指某種裝備被目標(biāo)發(fā)現(xiàn)并受到攻擊發(fā)生損傷的難易程度。通常意義上目標(biāo)易損性指結(jié)構(gòu)易損性[4]。定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷目標(biāo)通常指的是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)裝置脫落后剩下的TBM再入彈頭。TBM再入彈頭目標(biāo)易損性是定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估的另一重要組成部分,建立TBM再入彈頭的目標(biāo)易損性模型并計(jì)算分析能夠?yàn)槎ㄏ蚝軇?dòng)能桿毀傷效能評(píng)估提供定量的參考依據(jù)。

1.3 定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性

定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性是指反導(dǎo)導(dǎo)彈在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到戰(zhàn)斗部爆炸這段時(shí)間內(nèi),戰(zhàn)斗部完成規(guī)定功能的能力。毀傷可靠性包括戰(zhàn)斗部的生存能力、戰(zhàn)斗部飛行時(shí)的可靠性、戰(zhàn)斗部引爆內(nèi)置炸藥時(shí)的可靠性。對(duì)定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性進(jìn)行研究,分析戰(zhàn)斗部在爆炸前的一系列過(guò)程中戰(zhàn)斗部是否具有穩(wěn)定的狀態(tài),確保戰(zhàn)斗部能夠?qū)BM目標(biāo)進(jìn)行有效的毀傷打擊。

1.4 定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部的保障性

定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部在平時(shí)貯存和運(yùn)輸過(guò)程中,戰(zhàn)斗部裝藥的各種化學(xué)成分是否發(fā)生了變化、各個(gè)零部件是否還能正常工作、在運(yùn)輸和勤務(wù)處理過(guò)程中是否被碰壞或損傷、戰(zhàn)斗部在貯存和運(yùn)輸過(guò)程中是否具有安全性等都會(huì)影響戰(zhàn)斗部的最終毀傷效能。對(duì)定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部的保障性加以分析研究,分析戰(zhàn)斗部在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、維護(hù)過(guò)程的可靠性,確保戰(zhàn)斗部在對(duì)TBM目標(biāo)進(jìn)行毀傷時(shí)不發(fā)生問(wèn)題。

1.5 定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估指標(biāo)體系

在對(duì)定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí),不同的判斷準(zhǔn)則會(huì)形成不同的評(píng)價(jià)體系,最終導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)論的不同。文中遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、綜合性、典型性的指標(biāo)體系構(gòu)建原則,全面分析了影響定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的相關(guān)因素,并在閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)和征求專家的意見(jiàn)后,構(gòu)建了主要由戰(zhàn)斗部的殺傷威力、TBM再入彈頭目標(biāo)易損性、戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性和戰(zhàn)斗部的保障性4大部分組成的定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估模型指標(biāo)體系,見(jiàn)圖1。

圖1 定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估體系

2 定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估模型

在反TBM戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估過(guò)程中,既有科研人員和系統(tǒng)分析人員所熟悉的白色信息,又有完全陌生的黑色信息,但更多的是科研工作者部分了解的灰色信息。因灰色系統(tǒng)理論善于處理貧信息,能在缺文獻(xiàn)、少信息條件下作出有效評(píng)估,因此嘗試運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論中的端點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)對(duì)反TBM導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部毀傷效能進(jìn)行綜合評(píng)估。文中利用灰色聚類評(píng)估中的基于端點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)的灰色評(píng)估方法,利用兩兩比較法確定和計(jì)算評(píng)估指標(biāo)的聚類權(quán)重,在此基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的綜合評(píng)估。

2.1 基于端點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)的戰(zhàn)斗部毀傷效能的灰色聚類評(píng)估模型

基于三角白化權(quán)函數(shù)的灰色評(píng)估方法的基本原理[5]是:在評(píng)估過(guò)程中,預(yù)設(shè)有n個(gè)對(duì)象,m個(gè)評(píng)估指標(biāo)和s個(gè)不同的灰類,利用樣本觀測(cè)值為xij(i為樣本中的一個(gè)對(duì)象,取值范圍為i=1,2,3,…,n;j為對(duì)象i所對(duì)應(yīng)的指標(biāo),取值范圍為j=1,2,3,…,m)對(duì)相關(guān)聯(lián)的對(duì)象i進(jìn)行評(píng)估。

具體計(jì)算步驟如下:

1)依據(jù)評(píng)估特點(diǎn)和需求,劃分s個(gè)評(píng)估灰類,將評(píng)估中的各指標(biāo)參數(shù)的取值范圍也對(duì)應(yīng)劃分為s個(gè)灰類數(shù),并對(duì)指標(biāo)j的取值范圍劃分為s個(gè),即:

[a1,a2]…[ak-1,ak]…[as…as+1]

式中:ak的取值一般根據(jù)實(shí)際需求或者專家、研究人員等定性研究后給出。

(1)

(2)

圖2 端點(diǎn)白化權(quán)函數(shù)示意圖

2.2 毀傷效能評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重

權(quán)重集是指由因素集中各因素的權(quán)重值所組成的集合。權(quán)重的確定在定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估中是非常重要的工作,權(quán)重不同,會(huì)造成最終評(píng)估的結(jié)果不同[6],文中采用兩兩比較法進(jìn)行權(quán)重的確定。兩兩比較法是由一定數(shù)量的專家對(duì)某一指標(biāo)體系中的指標(biāo)的重要程度兩兩比較,并進(jìn)行打分的方法。打分可采用0-1法或者(0,1,2,3,4)打分法。文中采用0-1打分法進(jìn)行權(quán)值的確定。0-1打分法是指如果評(píng)估專家認(rèn)為兩兩相比較的指標(biāo)因素u1的重要性大于u2,則因素u1記為1,因素u2記為0;如果評(píng)估專家認(rèn)為兩兩相比較的指標(biāo)因素u1的重要性與u2的相比差不多,則各記0.5。各指標(biāo)只與其他指標(biāo)相比較而自身不比較,對(duì)于每一個(gè)指標(biāo)因素的得分比上所有的指標(biāo)因素的累積得分,即為每一個(gè)指標(biāo)因數(shù)的權(quán)重系數(shù),將各因素的權(quán)重系數(shù)組成集合,即為所求的權(quán)值。

3 算例及分析

3.1 原始數(shù)據(jù)

以美軍戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈M39為定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部的毀傷目標(biāo),通過(guò)查閱資料,得到具體數(shù)據(jù),見(jiàn)表1。

表1 指標(biāo)具體數(shù)據(jù)

3.2 評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的確定

按照評(píng)估指標(biāo)體系確定的層次結(jié)構(gòu),進(jìn)行專家調(diào)查,對(duì)20名相關(guān)領(lǐng)域的專家發(fā)出兩兩比較法的調(diào)查問(wèn)卷表,構(gòu)造判斷矩陣,通過(guò)計(jì)算和歸一化處理,得到戰(zhàn)斗部殺傷威力各層次指標(biāo)的權(quán)重如表2所示。

3.3 評(píng)估灰類的確定

鑒于盡可能反映定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能大小的情況,文中采用5個(gè)評(píng)估灰類,灰類序號(hào)為k,k=1,2,3,4,5,分別表示低、較低、中、較高、高,結(jié)合專家的意見(jiàn)確定各指標(biāo)所屬的灰類見(jiàn)表3。

表2 戰(zhàn)斗部殺傷威力指標(biāo)權(quán)重

表3 戰(zhàn)斗部殺傷威力評(píng)估指標(biāo)灰類

3.4 評(píng)估指標(biāo)取數(shù)域拓展值

結(jié)合設(shè)計(jì)的定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部和M39導(dǎo)彈的實(shí)際情況,對(duì)各評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行延拓,表4表示戰(zhàn)斗部殺傷威力各指標(biāo)值延拓值。

表4 評(píng)估指標(biāo)值的延拓值

3.5 計(jì)算指標(biāo)白化權(quán)聚類系數(shù)

3.6 計(jì)算結(jié)果及分析

利用式(2)計(jì)算得出定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部殺傷威力的聚類系數(shù),見(jiàn)表6。

表5 評(píng)估指標(biāo)白化權(quán)聚類系數(shù)

表6 戰(zhàn)斗部殺傷威力的聚類系數(shù)

運(yùn)用上述的方法,同理計(jì)算可得到目標(biāo)易損性、戰(zhàn)斗部的毀傷可靠性和戰(zhàn)斗部的保障性指標(biāo)的聚類系數(shù),見(jiàn)表7。

表7 指標(biāo)聚類系數(shù)

根據(jù)表7所得聚類系數(shù)最終可以得到表8所示的定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的綜合聚類系數(shù)。

表8 定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的綜合聚類系數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

文中在對(duì)影響定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的相關(guān)因素分析的基礎(chǔ)上建立了定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能綜合評(píng)估指標(biāo)體系,并運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論對(duì)定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能進(jìn)行評(píng)估,建立了基于端點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類的綜合毀傷評(píng)估模型。通過(guò)算例驗(yàn)證,灰色聚類評(píng)估模型適合用于定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的評(píng)估,較好的解決了定向含能動(dòng)能桿戰(zhàn)斗部毀傷效能的評(píng)估問(wèn)題,該模型對(duì)今后戰(zhàn)斗部的毀傷效能評(píng)估也將具有一定的參考價(jià)值。

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[6] SUN Lu. A min-max optimization approach for weight determination in analytic hierarchy process [J]. Journal of Southeast University, 2012, 28(2): 245-250.

Study on Damage Efficiency Evaluation Model of Direction Energetic KE-rod Warhead

WANG Rugen,HAN Xiaoming,WU Zhenya,CHEN Junjie

(Air and Missile Defense College, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China)

Direction energetic KE-rod warhead is a new type of anti-tactical ballistic missile (TBM) warhead. To scientifically evaluate damage efficiency of direction energetic KE-rod warhead, the factors affecting damage efficiency of direction energetic KE-rod warhead were analyzed, the index system of damage efficiency was built, warhead damage efficiency evaluation based on end-point triangular whitenization weight function of grew clustering theory was put forward. Then the damage efficiency of direction energetic KE-rod warhead via TBM target of M39 missile was calculated. Rationality of the model was verified through example analysis.

direction energetic KE-rod; warhead; damage efficiency; evaluation

2015-07-07

汪汝根(1993-),男,湖北荊州人,碩士研究生,研究方向:裝備管理與決策。

TJ760.2

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