陳利斐，宗思光，楊劍波

(海軍工程大學 電子工程學院，湖北 武漢 430033)

0 引言

目前，國內(nèi)將橋梁作為作戰(zhàn)目標的空對地打擊研究較少，只有部分學者研究了精確制導武器打擊橋梁的可行性分析及毀傷效果分析，如文獻[2]用層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)法對公路橋梁在戰(zhàn)時遭受打擊的可能性進行了研究；文獻[3-4]運用三維有限元程序Ls-dyna對精確制導武器打擊下的大型橋梁毀傷進行了仿真研究；文獻[5]用Unity3D的物理引擎完成了橋梁模型的物理特性建模和爆炸仿真分析，給出精確制導打擊下的橋梁毀傷視景仿真系統(tǒng)設計?，F(xiàn)階段的研究主要依賴于仿真，其程序復雜，數(shù)值參數(shù)要求高，考慮到戰(zhàn)場環(huán)境的瞬息萬變，精準獲取被突擊方參數(shù)難度大，進行實時仿真受限多。

通過文獻檢索，目前缺少針對激光制導武器打擊跨江海大橋的方式研究。本文選取我國典型的跨江海大橋進行受力分析，根據(jù)“打擊點的受力越大，其破壞效果越佳”的原則，選取合適瞄準點，研究了空對地飛機的突擊方式、激光指示方法，研究成果可為空對地打擊橋梁運用提供參考。

1 橋梁作戰(zhàn)目標分析

美越戰(zhàn)爭中，為阻斷越軍軍用物質(zhì)的運輸，美軍將越南清化大橋視為重點打擊目標。美國空軍對越南清化大橋的轟炸動用了戰(zhàn)斗機、攻擊機和轟炸機，用了整整7年時間，損失了數(shù)十架戰(zhàn)機，仍然不能有效打擊清化大橋。在1972年，美軍使用26枚激光制導炸彈，擊傷清化大橋，使其無法通車[6]?？梢?，與其他武器相比，激光精確制導武器射程遠、作戰(zhàn)效費比強、精確度高，宜是作為打擊橋梁的主要武器[7]。

1.1 激光精確制導武器打擊目標分類

根據(jù)作戰(zhàn)目標面積大小，可將其分為面狀目標和點狀目標兩大類。面狀目標指一個目標區(qū)域，通常只有大量向該區(qū)域投射彈藥才能實現(xiàn)有效打擊。對面狀目標進行指示時，可使用激光指示器對準該區(qū)域中的一個特定目標或者整個目標區(qū)本身。點目標多為小目標，其面積小，打擊精度要求更高，要壓制或者摧毀點狀目標，必須精準投放彈藥。坦克、火炮、掩體、地對空導彈系統(tǒng)、橋梁、通信站和船只都是典型的點狀目標。激光精確制導武器打擊點目標比面目標精準度要求更高[8]。

作戰(zhàn)目標按機動程度可分為固定目標、移動目標和需再定位目標。激光制導武器對于固定目標能取得很好的攻擊效果，對于低速移動的目標，需考慮武器裝備、目標特性等因素，但對于快速移動的目標還無法精確打擊[9]。當作戰(zhàn)目標為移動目標時，先對目標運動的道路等進行打擊，使其由移動目標變?yōu)楣潭繕耍龠M行激光精確制導打擊。

1.2 橋梁作戰(zhàn)目標特性分析

橋梁結構復雜，種類繁多，破壞不同類型橋梁的難易程度不同，因此對各類型橋梁的打擊部位差異較大。一般來說，橋墩和橋面結合處是橋梁受力薄弱點[10]。橋梁目標相對樓房等面目標而言，因其結構特點，在空對地打擊目標特性歸屬上，屬于點目標打擊范疇，打擊難度大。在高技術偵察手段大量運用情況下，橋梁不易被隱蔽，其缺乏機動靈活性，屬于固定目標，易受到敵方攻擊。一般中大型橋梁作為固定點目標，結構強度與地下加固目標相當，加上屬于點目標打擊范疇，空對地打擊中對彈著點精度要求高，若彈著點誤差幾米以上，彈藥的毀傷效能將大大降低[11]。

1.3 跨江海橋受力分析

跨江海大橋作為重要的交通樞紐，具有較高的戰(zhàn)略打擊價值。一旦大橋毀傷嚴重，將直接阻礙軍用物資的運輸，增加運輸時間成本，影響作戰(zhàn)效能[12]。明確激光制導武器打擊跨江海大橋的方式，有利于我軍在激光對抗作戰(zhàn)訓練中針對橋梁薄弱點進行有效的兵力部署，提升對橋梁的保護能力。根據(jù)跨江海大橋的受力情況，研究激光制導武器攻擊跨江海橋梁時選取合適的瞄準點，是制定空對地打擊作戰(zhàn)行動的前提。

KLD-2Z兩段式滾筒烘絲機從停機狀態(tài)啟動后，蒸汽經(jīng)管路進入烘絲機滾筒薄板夾層，排出蒸汽在薄板夾層中形成的冷凝水，同時，隨著烘絲機滾筒薄板夾層蒸汽壓力的升高，滾筒薄板溫度升高。當薄板溫度達到預熱溫度設定值(由薄板夾層蒸汽壓力換算得到)后，烘絲機自動切換至準備狀態(tài)。當烘絲機收到來料信號并延時后，烘絲機由準備狀態(tài)切換至啟動狀態(tài)，在此過程中，當出口水分儀檢測到物料并延時后，烘絲機切換至生產(chǎn)狀態(tài)；若烘絲機入口煙絲中斷，但中斷時間小于設定延時，則烘絲機切換至重啟狀態(tài)，若中斷時間大于設定延時，則烘絲機切換至收尾狀態(tài)。待收尾結束后，烘絲機即進入準備狀態(tài)；當烘

跨江海大橋與普通橋梁相比而言，跨度更大，建造難度及成本更高；考慮到江海運輸涉及大型郵貨船，橋墩之間所需間隔較大，故跨海大橋多采用懸索式體系或斜拉式體系。斜拉式優(yōu)點在于對主梁進行多點彈性支撐，減小了主梁彎矩，使得斜拉橋能夠輕松突破橋梁極限跨徑瓶頸[10]。當前，我國跨江海大橋建造主要選用斜拉式體系，例如港珠澳大橋、武漢長江二橋、南京長江二橋、南京長江三橋等均選用斜拉式體系。

斜拉橋是將主梁通過多根拉索直接連接在橋塔上的一種橋梁，是由承壓的橋塔、受拉的斜拉索和承彎的梁體組合起來的一種結構體系。斜拉索立面圖如圖1，平面圖如圖2所示。

圖1 斜拉索立面Fig.1 Elevation of stay cables

圖2 斜拉索平面布置Fig.2 Plane layout of stay cables

為深入研究激光制導武器突擊橋梁瞄準點的選取，以我國某跨海大橋為例，進行斜拉索受力及角度分析，尋找適宜的激光制導武器攻擊點?？紤]到斜拉橋具有對稱性，現(xiàn)對斜拉橋索一側進行編號Ji，如圖3所示。

圖3 斜拉索Ji立面布置Fig.3 Elevation layout of stay cables Ji

分析梁端立面角度變化過程，以縱橋方向為x軸，橫橋方向為y軸，塔高方向為z軸建立三維坐標系，拉索投影于Oxy平面與x軸夾角為θ角，θ為梁端立面角(圖4)。

圖4 拉索三維立體Fig.4 Three-dimensional cable

已知Ji拉索梁端立面角θ的數(shù)據(jù)，為更直觀地觀察θ趨勢，進行曲線圖繪制，結果如圖5所示。

圖5 拉索Ji的梁端立面角度變化Fig.5 Changes in the angle of the end elevation of the cable beam of stay cables Ji

通過Ji的θ數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析，可得出θ值將由塔中心線向外側逐漸減小。

為減少數(shù)據(jù)誤差，使數(shù)據(jù)更具參考性，對某跨海大橋的最大成橋恒載索力值(塔端)和最小成橋恒載索力值(梁端)取均值進行分析。為更直觀地觀察成橋恒載索力平均值趨勢，進行曲線圖繪制，結果如圖6所示。

圖6 拉索Ji的成橋恒載索平均值趨勢Fig.6 Trend of the average value of dead load cables of stay cables Ji

根據(jù)材料力學特性，取某條斜索作為分析對象，成橋恒載索力由塔端至梁端受力逐漸遞減，同一條斜索塔端受力最大，梁端最小。根據(jù)Ji成橋恒載索平均值趨勢圖(圖6)，可得出成橋恒載索力平均值由塔中心線至外側總體逐漸上升的趨勢。

拉索梁端立面角度θ與成橋恒載索力平均值總體趨勢呈反相關，根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，通過曲線擬合方式獲得θ角與成橋恒載索力平均值的關系，結果如圖7所示。

圖7 拉索Ji的梁端立面角度與恒載索力平均值匯總Fig.7 Summary of the beam end elevation angle and the average value of the dead load cable force of stay cables Ji

R2衡量的是回歸方程整體的擬合度，表達因變量與所有自變量之間的總體關系。R2最大值為1，值越接近1，說明擬合程度越好，反之擬合程度越差。以拉索梁端立面角度θ為自變量，成橋恒載索力平均值為因變量，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計將θ與成橋恒載索力平均值進行曲線擬合，擬合曲線R2>0.8(R2>0.8較強相關性，0.8≥R2≥0.3較弱相關性，0.3>R2沒有相關性)，擬合效果較好。

綜上所述，可得出以下結論：在同一條拉索中，最大受力點為塔端。隨著拉索梁端立面角度θ逐漸增大，成橋恒載索力平均值具有總體逐漸減小的趨勢。根據(jù)“打擊點的受力越大，其破壞效果越佳”的原則，敵方選取激光制導武器突擊橋梁瞄準點的可能性由塔中心線至外逐漸遞增。

1.4 激光制導武器突擊橋梁瞄準點的選取

考慮到真實戰(zhàn)場環(huán)境的瞬息萬變，時機即先機，跨海大橋結構復雜，其模型設計密級程度較高，敵軍獲取情報數(shù)據(jù)有限，在短時間內(nèi)做到實時計算結構最大受力點較為困難，多選用有效范圍作為打擊重點。激光制導武器命中精度高，圓概率誤差多小于5 m，可根據(jù)受力大小設計選取激光制導突擊橋梁瞄準點。根據(jù)“攻擊受力較大的斜拉索，對大橋的影響較大”的原理，結合曲線擬合結論，最佳攻擊方位為橋塔端，并且盡可能打擊外側拉索(圖8)。

表1 拉索Ji梁端立面角度與恒載索力數(shù)值Table 1 Vertical angle of the beam end and the value of the dead load cable force of stay cables Ji

圖8 激光制導武器打擊橋梁可能性Fig.8 Possibility of laser-guided weapons hitting bridges

2 空對地打擊橋梁突擊方法

2.1 飛機突擊方向

以河流為參照物，順著河流進行突擊其優(yōu)點在于容易發(fā)現(xiàn)目標，但當攻擊時面對的橋面是一條直線。順著橋方向進行突擊，其難點在于難以發(fā)現(xiàn)目標。綜合考慮優(yōu)缺點，結合美軍在科索沃中的戰(zhàn)法，從45°方向進行突擊既有益于發(fā)現(xiàn)目標，又有助于攻擊目標[13]。攻擊方式如圖9所示。

圖9 飛機突擊方向Fig.9 Direction of the aircraft assault

2.2 激光目標指示范圍

飛機在突擊過程中應處于最安全搜索區(qū)域內(nèi)，結合最優(yōu)突擊方向45°[13]，推導激光目標指示范圍。

安全區(qū)是為減少反射散射的問題，減少錯誤目標指示的可能性，定義的一個以目標至激光指示器連線為中心線，半頂角為10°的錐形區(qū)域。最安全搜索區(qū)域為去除安全區(qū)外，半頂角為60°的錐形區(qū)域內(nèi)的相交區(qū)域[14]。為能安全發(fā)現(xiàn)擊中目標，當飛機從45°方向進行突擊時，此時應當處于最安全搜索區(qū)域內(nèi)(圖10)。

圖10 最安全搜索區(qū)域Fig.10 The safest search area

飛機從45°方向進行突擊時為最佳進攻角度(圖11中，AO和BO方向)，為確保飛機安全性，提升激光接收的精準性，其飛行角度處于最安全搜索區(qū)域內(nèi)?？紤]到在橋梁道路上架設激光目標指示器難以確保人員安全，指示器產(chǎn)生的較強信號易使飛行員產(chǎn)生誤判，以橋梁目標一側為攻擊對象，激光目標指示范圍處于最優(yōu)飛行方向左右10°之外，如圖11中紅色陰影部分。

圖11 激光目標指示器范圍Fig.11 Laser target indicator range

2.3 激光制導武器“投籃”戰(zhàn)術

用飛機投放激光制導武器需在最低飛行安全高度以上投放，才能確保飛機安全。最低飛行高度與投放距離之間存在動態(tài)關系，投放距離越小，飛行最小安全高度越低，飛機暴露可能性越大，如表2[15]。

表2 在20°安全區(qū)之上飛機的最低安全高度Table 2 The minimum safe altitude of an aircraft outside the 20° cafe zone

激光制導武器投放空間是一個類似于“籃子”的空間(圖12)，將飛機航線看作一條直線，飛機穿過籃子時，航線必然被“籃子”截取一段，在截取段航線內(nèi)投放激光制導武器，武器根據(jù)激光目標指示

圖12 “投籃”戰(zhàn)術示意圖Fig.12 “Shooting” tactics diagram

器的指引，經(jīng)過自身校正可擊中目標。激光制導炸彈與導彈均使用“投籃”戰(zhàn)術[13]，兩者區(qū)別主要在于“籃子”形狀不同，激光制導導彈的籃子體積大于炸彈籃子體積。

3 結束語

跨江海橋梁屬于固定點狀目標，是激光制導武器重要的突擊目標。激光制導武器在打擊跨江海橋梁時，激光目標指示的安全范圍在于最優(yōu)飛行方向左右10°之外、180°之內(nèi)。根據(jù)斜拉受力分析可知橋梁的薄弱點，即被打擊點及被指示點，最佳指示方位為橋塔端，并且盡可能向外側拉索指示。飛機以45°方向飛向橋梁，在“籃子”區(qū)域內(nèi)投擲武器，根據(jù)激光目標指示打擊橋梁薄弱點。