刘延青，杨洪兵，张 戈

（92941部队93分队，辽宁 葫芦岛 125001）

0 引 言

当反舰导弹命中舰艇时，爆炸场环境特别恶劣，爆炸产生的振动、压力以及温度的剧烈变化等是影响舰艇结构、舰上人员设备最直接的因素。通过合理布置测点，用“测试站”技术真实地记录这些参数的变化情况，是反舰导弹对目标毁伤能力定量分析的一条新途径。目前，国内尚无水面舰艇毁伤评估、测量方面的记录，因此，研究导弹爆炸毁伤舰艇程度的测试方法是非常必要的，是海上靶场职能的完善与补充，也是试验鉴定任务的技术支撑。

随着靶场转型，其主要使命将由武器系统战技性能指标评定向有关战斗力及指战员生命的武器系统作战性能评定过渡。导弹能否毁伤目标及毁伤程度如何，是衡量导弹武器系统作战性能的重要指标，是作战使用的重要依据，对反舰导弹性能评定意义重大。

该文通过对水面舰艇易损性进行简要分析，确定舰艇毁伤评判标准、舰艇易损段划分和毁伤元对目标作用效应等；根据舰艇特点，提出导弹爆炸场动态参数测试方法，并给出测试数据的分析依据。

1 典型目标（舰艇）易损性

目标易损性是描述武器对目标毁伤作用的敏感性的一种特性，它是攻击武器的毁伤特性和目标物理特性及功能特性的函数[1]。目标几何结构是目标物理易损性分析中最重要的特性之一，通常按武器毁伤威力与目标的几何形状将目标划分为点、线、面及立体目标，并以此作为毁伤效果指标选取与计算的重要依据。目标功能易损性又可以称为目标效能易损性，是反映武器对目标功能毁伤作用的函数[2]。下面对舰艇易损性进行简要分析。

1.1 舰艇毁伤评判标准

常用的舰艇毁伤评判标准[3]共分为以下5类损伤：

（1）舰艇沉没，舰艇断裂或因严重火灾失控而弃船，为完全丧失战斗力。

（2）舰艇无作战、机动能力，漂浮水面，仍具有不沉性，为基本丧失战斗力。

（3）舰体或主要设备系统遭受损伤，但仍具有不沉性；在30 min内修复后，仍具有手动操作下的机动能力和主要防御作战能力，具有基本生命力。

（4）舰体或主要设备系统遭受损伤，但仍具有不沉性；在30 min内修复后，具有手动操作下的机动能力和主要防御作战能力，具有完全的生命力。

（5）舰艇完好，毫无损伤。

1.2 舰艇易损段划分

舰艇由许多要害部分组成，每个要害部分又包含了许多复杂的构件。导弹命中后，在舰的局部造成破坏，受破坏部分在全舰中重要程度的差异造成了导弹对目标毁伤的不同。舰艇部分要害舱段及其权重见表1。

表1 舰艇部分要害舱段及其权重

1.3 毁伤元对目标作用效应

根据目标特点，目前反舰导弹的战斗部采取半穿甲战斗部和聚能爆破战斗部2种形式。带有聚能爆破战斗部的导弹命中舰艇时，触发式延迟引信引爆战斗部，战斗部产生大量的高温、高速、高压的金属射流，舰艇结构在金属射流的作用下产生破孔。随即爆炸形成的冲击波随后到达，扩大了破坏效果。冲击波对目标引起破坏作用的主要因素是超压（ΔP）和比冲量（I）。试验表明，当冲击波压缩区正压作用时间与目标振动周期之比（t+/T）≥10时，目标的破坏由冲击波阵面的超压（ΔP）引起，对目标具有明显的击碎作用。如果冲击波正压的作用时间小于目标本身的振动周期时，目标的破坏主要由比冲量引起[4]。超压（ΔP）和比冲量（I）作用下目标的破坏程度见表2。

表2 超压（ΔP）和比冲量（I）作用下目标的破坏程度

2 测试方法设计

根据试验要求，且从提高可靠性角度出发对系统设计遵循如下原则[5]：

（1）在选择和布置测试点方面，要尽可能全面地覆盖整个目标，并选择有效测试参数，保证测试的全面、有效、可靠性等；

（2）在电路设计方面，满足功能要求前提下，以电路最简化设计为原则，极大地提高系统的可靠性；

（3）具有可靠保障措施，确保在任何环境下记录系统能可靠启动、可靠记录、可靠回收，系统具有高可靠性；

（4）在结构设计上具有可靠的防水性能；

（5）要有较强的环境适应性，且使用操作简便，测试结果可读性强。

2.1 测试站设计及工作原理

导弹爆炸场毁伤效果动态测试系统由传感器、采编单元、数据存储记录单元、实时无损压缩单元、无线数据收发单元、电源模块、防护组件、回收处理单元等8部分组成，如图1所示。

图1 测试站框图

系统选用压力传感器、温度传感器和加速度传感器。系统根据传感器来确定采编单元，采编单元的数据一路作为记录单元的输入，一路作为实时无损压缩单元压缩传输。系统采用高强度材料作为第一级防护，主要防护爆炸产生的高能弹片、瞬态高温、重物撞击。电源模块提供系统所需电源。回收处理单元包括记录完毕壳体脱离甲板部件、落水充气漂浮部件两部分。

爆炸场超压测量单元使用1 MHz频率采样，振动单元使用100kHz频率采样，温度使用100kHz频率采样，存储单元采用超大容量非易失性存储器。对爆炸场超压数据使用专用的多参数反滤波软件进行处理，可准确恢复超压信号[6]。

测量单元的结构设计如图2，测量电路使用高强度保护壳进行抗冲击保护，密封防水保护；使用缓冲材料减小爆炸冲击引起的冲击过载；存储记录单元作为记录部分的核心，是回收的关键，须单独进行保护。

图2 测试站结构示意图

工作流程：系统在导弹发射前仅基站工作，当接收到导弹发射信号后，根据导弹的飞行时间，确定系统开机时间。在导弹距离水面舰艇一定时间时，根据预设时间开启各测试站的存储记录单元开始记录数据。各测试站采用同步开启，这样能保证所有的测试站记录时间一致，便于分析各点冲击波、振动、温度的变化规律。系统记录完毕后，开启爆炸螺栓和充气气囊。

2.2 测试布点

由于试验场地选择在空旷的海面上，而导弹攻击靶船的具体位置不能确定，因此需对靶船结构分布及导弹的入靶点进行分析来确定传感器测点的分布。导弹为掠海飞行，飞行高度离海面大约3～5m，因此，导弹入靶点大约为3种情况：

（1）舰艏艉甲板上方的碰网。此情况下，导弹直接穿靶而过，得到的唯一信息是入靶位置。

（2）船舷位置并进入内部舱体。由于船体浮出海面为3m以下，因此，入靶点位置应在舱体顶部，并靠近甲板，能造成船体破损，设备受到冲击破坏，甚至发生火灾、进水现象。

（3）甲板上建筑位置。此种情况对舰船设备破坏程度严重，一般并不击穿船体结构，且考虑到导弹掠海飞行高度，此种机率较小。

按照导弹攻击目标参数分析，入靶点为第2种情况的概率最高，测试站的分布主要根据这种情况确定。

动态参数测试站布点如图3，动态参数测试站在每个隔离舱段布置两套，布置在每一个舱段的两端中心位置。导弹击中某一舱段后爆炸点的位置是不能确定的。假设爆炸时冲击波各向压力一致，要反映爆炸的威力，至少需要已知距离的2个点来确定爆炸位置，这样才能比较准确地测定爆炸产生的冲击波超压值。布置示意图如图4。

图3 测量单元布置简图

图4 测试站布置示意图

无线数据收发基站在船头和船尾各设一套，两套基站同时接收每一动态参数测试站的数据，以不同的频率发送给岸基基站。

2.3 数据记录与传输

系统对采集的爆炸场动态数据通过2种途径处理：（1）采用存储模式，将采集的数据记录在Flash存储器中，数据可以长时间保持[7]；（2）将采集的数据通过实时无损压缩后，通过无线收发单元将数据发送给地面接收站。

无线传输系统的任务是实现计算机和测量单元之间指令和数据的无线传输。根据连接对象的不同，分为3部分：测量单元内嵌的无线传输单元、舰载从控系统、连接计算机的岸基主控系统，如图5所示。

图5 无线传输系统总体框图

2.4 装置回收

测量单元的回收是整个试验成功的关键，试验完毕之后必须回收测量单元读取数据。因此必须考虑测量单元的可靠回收，首先测量单元必须有很好的防水性能，其次必须保证在靶船被击沉后可以可靠找回测量单元。

试验过程中，导弹爆炸可能将链接基站的数据毁坏，因此无线发送数据不成功的站点可以通过回收来获取存储记录单元中的数据。为确保测试单元容易回收，采用的手段：（1）使用爆炸螺栓将测试单元与舰体固定，在数据记录完毕后使测试单元与舰体分离；（2）在装置上安装充气气囊，当装置进入水中后自动对气囊充气使装置漂浮水面。装置回收后，打开外壳，取出存储记录单元使用计算机和读数电缆从存储记录单元读取存储数据，在专用软件上进行数据处理、绘制曲线、打印结果等操作。

3 测试数据分析方法

对测量数据进行误差分析、时域、频域分析，得到动态环境参数的时域幅值、频率分布情况和能量分布情况等相关数据。

3.1 振动测量数据的分析

为了解振动信号的频率成分与分布范围（幅值与能量分布），需要进行谱分析，谱分析有频谱分析及功率谱分析两种方法：

3.1.1 频谱分析

设F（ω）是f（t）的傅里叶变换，根据逆变换定理得

作周期振动的函数f（t）是由无数个幅值F（ω）dω的谱波分量组成，故F（ω）称之为f（t）的频谱。幅值谱：

相位谱

3.1.2 功率谱分析

设频谱函数为

取其共轭复数乘积为

3.2 压力测量数据的分析

式中：p0——标定的压力值，N/m2；

Vp0——标定的压力值所对应电压幅值，mV；

Vpc——测量的压力值所对应电压幅值，mV；

pc——测量的压力值，N/m2。

3.3 温度测量数据的分析

根据测量时测量系统的冷端温度，在所用热电偶传感器的“分度特性表”上查出冷端温度对应的冷端热电势值；测量点补偿后的热电势值为

式中：VL——冷端热电势值，mV；

Vc——测量点测得的热电势值，mV；

VS——测量点补偿后的热电势值，mV。

4 结束语

目前，国内尚无成熟的水面舰艇毁伤测试方法，该文所提出的爆炸场毁伤测试方法尚处于初期研究阶段，其设计可靠性、实际可行性及测试结果反映毁伤效果的真实性，都需要后续的大量试验工作进行验证。随着海军靶场在此方面试验研究的深入展开，该测试方法会不断完善，并将最终成为试验鉴定任务的技术支撑，同时该方法也可为有关舰船毁伤方面的研究提供参考。

[1] 王凤英.毁伤理论与技术[M].北京：北京理工大学出版社，2009.

[2] 吴新宏，许诚.舰空导弹典型目标易损性模型[J].战术导弹技术，2002（3）：37-41.

[3]盖京波.舰船结构在爆炸冲击载荷作用下的局部破坏研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2005.

[4] 黄祥兵，朱锡.非接触空爆对舰艇结构的破坏作用分析[J].海军工程大学学报，2003（6）：62-64.

[5]张燕.导弹攻击舰船毁伤效果测评技术研究[D].太原：中北大学，2008.

[6] 黄正平.爆炸与冲击电测技术[M].北京：国防工业出版社，2006.

[7] 许辉.基于Flash的大容量记录器的设计[D].太原：中北大学，2007.