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摘 要：针对近程防空导弹拦截杀爆型炸弹的毁伤技术问题，经过对该类目标的易损性分析，进行对目标的毁伤技术研究，通过对不同战斗部毁伤技术方案的威力性能初步分析，对各毁伤技术方案特点进行综合比较，提出不同战斗部适用于近程防空导弹平台需求。
关键词：惰性破片战斗部；含能破片战斗部；多径向爆炸成形弹丸（MREFP）战斗部；引战配合仿真
引言
针对越来越多的精确制导炸弹目标威胁，近程防空导弹需要研究对该类目标的毁伤技术问题。精确制导炸弹装备的弹头包括侵彻型和杀爆型两种，对侵彻型炸弹目标的毁伤条件要求远超过近程防空导弹有效载荷的能力限制，因此，论文主要针对杀爆型炸弹目标进行毁伤技术研究。首先对杀爆型炸弹目标的易损性进行研究，在此基础上提出三种可供选择的战斗部毁伤技术方案，综合比较各毁伤技术方案的特点，提出各毁伤技术方案对近程防空导弹平台的适用性初步要求。
1 目标易损性分析
美军精确制导炸弹装备的典型的杀爆型弹头为MK-80系列炸弹，MK-80系列炸弹的主要性能指标见表1，其外形结构见图1。
杀爆型制导炸弹弹体材料大多为普通钢和低碳钢，装药为H6炸药、梯黑铝炸药或PBXN-109，其厚度一般为8mm～15mm。
2 战斗部毁伤技术方案
2.1 战斗部口径对破片初速度的影响
对于破片式战斗部，破片初速度和主装药装填系数的计算公式如下：
……（1）
……（2）
式中，D为主装药爆速，Ka为主装药装填系数，me为单圈破片剖面中装药的质量，mp为单圈破片剖面中破片的质量，mk为单圈破片剖面中壳体的质量。
战斗部分别装填钢破片和钨合金破片时，战斗部采用受力式结构，则战斗部口径对钢和钨合金破片初速度的影响见图2所示。
2.2 反制导炸弹破片设计
破片设计主要是优选合适的大破片质量、尺寸以及装填数量，大破片设计以破片穿透性能以及分布密度最优为目标函数，这取决于以下的因素：破片形状、单枚破片质量和破片初速。
引爆目标弹头时，破片引爆炸药的速度阈值随着壳体厚度的增加而增大，用球形或尖头形钢破片正向撞击装有B炸药的壳体，引发装药爆轰的速度阈值随壳体厚度的变化近似呈线性关系，此关系称为Jacobs判据，破片有着角时，可用如下修正公式描述[1]：
……（3）
利用公式3，分别计算钢破片和钨合金破片引爆15mmQ235A钢板屏蔽的B炸药时的对应的阈值速度、破片质量、撞击倾角等参数见图3。
（左：钢破片，右：钨合金破片）
从图可以看出，引爆炸弹目标时，对破片质量和初速度要求都很高，按照破片式战斗部设计思路，则对战斗部口径提出了很高的要求。近程防空导弹战斗部质量和口径都有限，战斗部总体设计需要权衡考虑该问题。
2.3 毁伤技术途径
2.3.1 惰性破片战斗部技术
战斗部装填的破片采用立方块钨合金或者钢破片，利用SPLIX-T软件建立计算模型。主装药为以奥克托金为主的高能压装药，钨合金战斗部的主装药装填系数为0.44，破片初速为1400m/s，钢破片战斗部的主装药装填系数为0.49，破片初速度为1900m/s。其中，钨合金破片战斗部飞散角宽度和穿甲能力计算结果见图4。
惰性破片战斗部设计时，一般通过设计聚焦型战斗部将破片的打击能量密度尽量提高，从而对目标造成一种类似切割的毁伤效应，在聚焦带很窄时，破片分布形成类似一条线的效果，根据前期试验和目标尺寸情况，要求破片的线密度不小于15枚/m。
2.3.2 含能破片战斗部技术
含能破片是一种主要由含能材料构成的新型破片，当破片侵入目标体时，含能材料发生燃烧或爆炸，释放出不小于高能炸药量级的热量，并产生高温，有效提高单枚破片毁伤目标内部零部件程度，从而形成对目标的高效毁伤。含能破片打击“易燃易爆”类目标可取得更好的效果，如目标导弹战斗部、飞机和导弹的燃料舱等。
根据需要，利用某承制厂研制的大质量含能破片进行引爆模拟靶弹试验，与16g钨合金破片的毁伤效果比较见表2。
试验证明，含能破片不论在较低或较高的速度下，对战斗部的引爆能力均明显优于惰性破片，用于拦截弹药目标时的优点比较明显。
2.3.3 MREFP战斗部技术
MREFP战斗部将EFP布置在战斗部周向外表面，由于具有较大的破片质量和较高的破片初速度，在超近程拦截炸弹目标方面具有较好的应用前景，战斗部结构示意见图8。
战斗部周向EFP成型过程见图9。
经过仿真，战斗部靠近起爆点的EFP成形效果和初速度均优于端部EFP，因此，该类战斗部需要设计多点或者线起爆装置。
2.3.4 MREFP战斗部引战配合仿真
典型目标为MK-84炸弹，选取合理的引战系统参数，弹道点部分参数见表3所示，针对弹道点进行引战配合效果仿真分析，各条典型弹道引战配合效果分别见图11～图12所示，图a）表示小脱靶量条件下目标要害在EFP動态飞散区内的位置；图b）表示大脱靶量条件下目标要害在EFP动态飞散区内的位置，图中，表示目标头部位置，*表示目标中心位置，□表示目标尾部位置。
从以上典型弹道的引战配合效果仿真图来看，在目标头部触发引信，以EFP飞散区后沿为延时设计基准时，战斗部破片动态飞散区能够覆盖目标的头部及靠后的位置，飞散区内的破片能够命中目标头部要害，从而能够毁伤弹药目标。
3 战斗部毁伤技术方案综合比较及结论
经过对以上战斗部毁伤技术方案的仿真和试验验证，总结各毁伤技术方案的特点如下：
1） 钨合金破片战斗部特点：战斗部装填破片数量多，威力半径处破片密度高，有利于在大脱靶量条件下拦截小尺寸的弹药类目标；在战斗部口径较小时，战斗部主装药装填系数低，导致破片初速度低，单枚破片打击动能较低，存在破片穿透目标壳体后的存速偏低的问题；
2） 钢破片战斗部特点：战斗部装填的破片数量相对钨合金破片战斗部方案较少，能够拦截小尺寸的弹药类目标；在战斗部口径较小时，战斗部装填系数较钨合金战斗部高，破片初速度高，单枚破片打击动能较高，但也存在破片穿透目标壳体后存速偏低的问题；
3） 含能破片战斗部特点：破片穿甲能力类似于普通钢破片（含能材料占比很小），对弹药目标的引爆作用明显优于一般惰性破片；在战斗部口径较小时，含能破片战斗部的装填系数比钨合金破片战斗部要高，破片穿透目标壳体后的二次爆炸能够引燃/引爆等效目标厚度钢板屏蔽的B炸药；
4） MREFP战斗部弹丸速度高，打击动能大，单枚弹丸命中目标要害的毁伤效果好，战斗部装填的弹丸数量有限，导致对制导精度要求高；根据战斗部爆炸后EFP轴向宽度大小，该类战斗部对引信的启动散布精度要求也高，需要配备窄波束的引信，才能够保证引战配合的精度。
参考文献
[1] 于宪锋.预制破片弹对导弹的毁伤研究[M〕.南京.南京理工大学.1996.
关键词：惰性破片战斗部；含能破片战斗部；多径向爆炸成形弹丸（MREFP）战斗部；引战配合仿真
引言
针对越来越多的精确制导炸弹目标威胁，近程防空导弹需要研究对该类目标的毁伤技术问题。精确制导炸弹装备的弹头包括侵彻型和杀爆型两种，对侵彻型炸弹目标的毁伤条件要求远超过近程防空导弹有效载荷的能力限制，因此，论文主要针对杀爆型炸弹目标进行毁伤技术研究。首先对杀爆型炸弹目标的易损性进行研究，在此基础上提出三种可供选择的战斗部毁伤技术方案，综合比较各毁伤技术方案的特点，提出各毁伤技术方案对近程防空导弹平台的适用性初步要求。
1 目标易损性分析
美军精确制导炸弹装备的典型的杀爆型弹头为MK-80系列炸弹，MK-80系列炸弹的主要性能指标见表1，其外形结构见图1。
杀爆型制导炸弹弹体材料大多为普通钢和低碳钢，装药为H6炸药、梯黑铝炸药或PBXN-109，其厚度一般为8mm～15mm。
2 战斗部毁伤技术方案
2.1 战斗部口径对破片初速度的影响
对于破片式战斗部，破片初速度和主装药装填系数的计算公式如下：
……（1）
……（2）
式中，D为主装药爆速，Ka为主装药装填系数，me为单圈破片剖面中装药的质量，mp为单圈破片剖面中破片的质量，mk为单圈破片剖面中壳体的质量。
战斗部分别装填钢破片和钨合金破片时，战斗部采用受力式结构，则战斗部口径对钢和钨合金破片初速度的影响见图2所示。
2.2 反制导炸弹破片设计
破片设计主要是优选合适的大破片质量、尺寸以及装填数量，大破片设计以破片穿透性能以及分布密度最优为目标函数，这取决于以下的因素：破片形状、单枚破片质量和破片初速。
引爆目标弹头时，破片引爆炸药的速度阈值随着壳体厚度的增加而增大，用球形或尖头形钢破片正向撞击装有B炸药的壳体，引发装药爆轰的速度阈值随壳体厚度的变化近似呈线性关系，此关系称为Jacobs判据，破片有着角时，可用如下修正公式描述[1]：
……（3）
利用公式3，分别计算钢破片和钨合金破片引爆15mmQ235A钢板屏蔽的B炸药时的对应的阈值速度、破片质量、撞击倾角等参数见图3。
（左：钢破片，右：钨合金破片）
从图可以看出，引爆炸弹目标时，对破片质量和初速度要求都很高，按照破片式战斗部设计思路，则对战斗部口径提出了很高的要求。近程防空导弹战斗部质量和口径都有限，战斗部总体设计需要权衡考虑该问题。
2.3 毁伤技术途径
2.3.1 惰性破片战斗部技术
战斗部装填的破片采用立方块钨合金或者钢破片，利用SPLIX-T软件建立计算模型。主装药为以奥克托金为主的高能压装药，钨合金战斗部的主装药装填系数为0.44，破片初速为1400m/s，钢破片战斗部的主装药装填系数为0.49，破片初速度为1900m/s。其中，钨合金破片战斗部飞散角宽度和穿甲能力计算结果见图4。
惰性破片战斗部设计时，一般通过设计聚焦型战斗部将破片的打击能量密度尽量提高，从而对目标造成一种类似切割的毁伤效应，在聚焦带很窄时，破片分布形成类似一条线的效果，根据前期试验和目标尺寸情况，要求破片的线密度不小于15枚/m。
2.3.2 含能破片战斗部技术
含能破片是一种主要由含能材料构成的新型破片，当破片侵入目标体时，含能材料发生燃烧或爆炸，释放出不小于高能炸药量级的热量，并产生高温，有效提高单枚破片毁伤目标内部零部件程度，从而形成对目标的高效毁伤。含能破片打击“易燃易爆”类目标可取得更好的效果，如目标导弹战斗部、飞机和导弹的燃料舱等。
根据需要，利用某承制厂研制的大质量含能破片进行引爆模拟靶弹试验，与16g钨合金破片的毁伤效果比较见表2。
试验证明，含能破片不论在较低或较高的速度下，对战斗部的引爆能力均明显优于惰性破片，用于拦截弹药目标时的优点比较明显。
2.3.3 MREFP战斗部技术
MREFP战斗部将EFP布置在战斗部周向外表面，由于具有较大的破片质量和较高的破片初速度，在超近程拦截炸弹目标方面具有较好的应用前景，战斗部结构示意见图8。
战斗部周向EFP成型过程见图9。
经过仿真，战斗部靠近起爆点的EFP成形效果和初速度均优于端部EFP，因此，该类战斗部需要设计多点或者线起爆装置。
2.3.4 MREFP战斗部引战配合仿真
典型目标为MK-84炸弹，选取合理的引战系统参数，弹道点部分参数见表3所示，针对弹道点进行引战配合效果仿真分析，各条典型弹道引战配合效果分别见图11～图12所示，图a）表示小脱靶量条件下目标要害在EFP動态飞散区内的位置；图b）表示大脱靶量条件下目标要害在EFP动态飞散区内的位置，图中，表示目标头部位置，*表示目标中心位置，□表示目标尾部位置。
从以上典型弹道的引战配合效果仿真图来看，在目标头部触发引信，以EFP飞散区后沿为延时设计基准时，战斗部破片动态飞散区能够覆盖目标的头部及靠后的位置，飞散区内的破片能够命中目标头部要害，从而能够毁伤弹药目标。
3 战斗部毁伤技术方案综合比较及结论
经过对以上战斗部毁伤技术方案的仿真和试验验证，总结各毁伤技术方案的特点如下：
1） 钨合金破片战斗部特点：战斗部装填破片数量多，威力半径处破片密度高，有利于在大脱靶量条件下拦截小尺寸的弹药类目标；在战斗部口径较小时，战斗部主装药装填系数低，导致破片初速度低，单枚破片打击动能较低，存在破片穿透目标壳体后的存速偏低的问题；
2） 钢破片战斗部特点：战斗部装填的破片数量相对钨合金破片战斗部方案较少，能够拦截小尺寸的弹药类目标；在战斗部口径较小时，战斗部装填系数较钨合金战斗部高，破片初速度高，单枚破片打击动能较高，但也存在破片穿透目标壳体后存速偏低的问题；
3） 含能破片战斗部特点：破片穿甲能力类似于普通钢破片（含能材料占比很小），对弹药目标的引爆作用明显优于一般惰性破片；在战斗部口径较小时，含能破片战斗部的装填系数比钨合金破片战斗部要高，破片穿透目标壳体后的二次爆炸能够引燃/引爆等效目标厚度钢板屏蔽的B炸药；
4） MREFP战斗部弹丸速度高，打击动能大，单枚弹丸命中目标要害的毁伤效果好，战斗部装填的弹丸数量有限，导致对制导精度要求高；根据战斗部爆炸后EFP轴向宽度大小，该类战斗部对引信的启动散布精度要求也高，需要配备窄波束的引信，才能够保证引战配合的精度。
参考文献
[1] 于宪锋.预制破片弹对导弹的毁伤研究[M〕.南京.南京理工大学.1996.