
兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (10): 250583-.doi: 10.12382/bgxb.2025.0583
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收稿日期:2025-07-01
上线日期:2025-11-05
通讯作者:
ZHANG Kefan*(
), ZHANG Zixuan, LI Weina, DUAN Angxuan
Received:2025-07-01
Online:2025-11-05
摘要: 针对无人机集群毁伤评估中存在的部件级毁伤机理不明确、编队构型影响机制不完善等问题,提出了一种融合高精度部件级毁伤建模与编队动态分析的弹药对无人机集群毁伤效能评估方法。通过构建四旋翼无人机“物理毁伤→部件失效→功能毁伤”的毁伤计算链路,分析无人机目标易损性构效关系,结合杀爆弹威力场模型,量化不同毁伤元对无人机功能毁伤的动态影响。进一步考虑一字型、V字型、蛇型及圆型4种典型无人机集群编队构型特征,结合损伤百分比准则与弹目交会条件开展多工况仿真试验。结果表明:破片战斗部打击单无人机目标时,有效命中破片数量与爆炸距离负相关,近距离爆炸时冲击波毁伤效果更优,且无人机下方爆点毁伤效能更高;无人机集群毁伤结果受爆点位置和编队队形影响,其中编队队形影响更显著,圆型编队毁伤效能最大,蛇形编队最小。研究成果为杀爆弹打击无人机集群的毁伤评估提供方法支撑和思路参考,为无人机集群战术选择提供一定理论依据。
张克钒, 张子瑄, 李维娜, 段昂轩. 杀爆战斗部打击无人机集群的毁伤评估方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(10): 250583-.
ZHANG Kefan, ZHANG Zixuan, LI Weina, DUAN Angxuan. Research on Damage Effectiveness of Fragmentation-Explosive Warheads Against Drone Swarms[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(10): 250583-.
| 序号 | 目标位置 | 爆距/m | 爆点位置 |
|---|---|---|---|
| 1 | [0,0,0] | 1.5 | [0,1.5,0],[0,-1.5,0],[1.5,0,0],[-1.5,0,0],[0,0,-1.5],[0,0,1.5] |
| 2 | [0,0,0] | 5 | [0,5,0],[0,-5,0],[5,0,0],[-5,0,0],[0,0,-5],[0,0,5] |
| 3 | [0,0,0] | 10 | [0,10,0],[0,-10,0],[10,0,0],[-10,0,0],[0,0,-10],[0,0,10] |
| 4 | [0,0,0] | 15 | [0,15,0],[0,-15,0],[15,0,0],[-15,0,0],[0,0,-15],[0,0,15] |
| 5 | [0,0,0] | 20 | [0,20,0],[0,-20,0],[20,0,0],[-20,0,0],[0,0,-20],[0,0,20] |
表1 单无人机的仿真试验工况设计
Table 1 Simulation test condition design of single UAV
| 序号 | 目标位置 | 爆距/m | 爆点位置 |
|---|---|---|---|
| 1 | [0,0,0] | 1.5 | [0,1.5,0],[0,-1.5,0],[1.5,0,0],[-1.5,0,0],[0,0,-1.5],[0,0,1.5] |
| 2 | [0,0,0] | 5 | [0,5,0],[0,-5,0],[5,0,0],[-5,0,0],[0,0,-5],[0,0,5] |
| 3 | [0,0,0] | 10 | [0,10,0],[0,-10,0],[10,0,0],[-10,0,0],[0,0,-10],[0,0,10] |
| 4 | [0,0,0] | 15 | [0,15,0],[0,-15,0],[15,0,0],[-15,0,0],[0,0,-15],[0,0,15] |
| 5 | [0,0,0] | 20 | [0,20,0],[0,-20,0],[20,0,0],[-20,0,0],[0,0,-20],[0,0,20] |
| 装药密度/ (g·cm-3) | 炸药爆速/ (m·s-1) | 壳体 质量/kg | 壳体 厚度/mm | 壳体 内径/mm |
|---|---|---|---|---|
| 1.722 | 6700 | 13.75 | 12 | 81 |
表2 某型破片战斗部的结构参数
Table 2 Structural parameters of fragment warhead
| 装药密度/ (g·cm-3) | 炸药爆速/ (m·s-1) | 壳体 质量/kg | 壳体 厚度/mm | 壳体 内径/mm |
|---|---|---|---|---|
| 1.722 | 6700 | 13.75 | 12 | 81 |
| 爆距/m | FEM结果/个 | 工程算法结果/个 | 差值 |
|---|---|---|---|
| 1.5 | 18 | 16 | 2 |
| 5 | 13 | 12 | 1 |
| 10 | 2 | 2 | 0 |
| 15 | 1 | 1 | 0 |
| 20 | 1 | 1 | 0 |
表3 有限元计算和工程算法结果对比
Table 3 Comparison of finite element calculation and engineering algorithm results
| 爆距/m | FEM结果/个 | 工程算法结果/个 | 差值 |
|---|---|---|---|
| 1.5 | 18 | 16 | 2 |
| 5 | 13 | 12 | 1 |
| 10 | 2 | 2 | 0 |
| 15 | 1 | 1 | 0 |
| 20 | 1 | 1 | 0 |
| 爆距/m | 有限元计算时长/s | 工程算法计算时长/s |
|---|---|---|
| 1.5 | 600 | 0.2 |
| 5 | 1140 | 0.2 |
| 10 | 1920 | 0.3 |
| 15 | 2580 | 0.3 |
| 20 | 3060 | 0.3 |
表4 有限元计算和工程算法效率对比
Table 4 Comparison of efficiency between finite element calculation and engineering algorithm
| 爆距/m | 有限元计算时长/s | 工程算法计算时长/s |
|---|---|---|
| 1.5 | 600 | 0.2 |
| 5 | 1140 | 0.2 |
| 10 | 1920 | 0.3 |
| 15 | 2580 | 0.3 |
| 20 | 3060 | 0.3 |
| 编队队形 | 爆点方位 | 爆距/m | 爆点坐标 |
|---|---|---|---|
| 质心 | 0 | [0,0,0] | |
| 质心右侧 | 1.5 | [0,1.5,0] | |
| 质心上方 | 1.5 | [0,0,1.5] | |
| 一字型,Ⅴ字型,蛇型,圆型 | 质心前方 | 1.5 | [1.5,0,0] |
| 质心右侧 | 5 | [0,5,0] | |
| 质心上方 | 5 | [0,0,5] | |
| 质心前方 | 5 | [5,0,0] |
表5 无人机集群仿真试验工况设计
Table 5 Simulation test condition design of UAV swarm
| 编队队形 | 爆点方位 | 爆距/m | 爆点坐标 |
|---|---|---|---|
| 质心 | 0 | [0,0,0] | |
| 质心右侧 | 1.5 | [0,1.5,0] | |
| 质心上方 | 1.5 | [0,0,1.5] | |
| 一字型,Ⅴ字型,蛇型,圆型 | 质心前方 | 1.5 | [1.5,0,0] |
| 质心右侧 | 5 | [0,5,0] | |
| 质心上方 | 5 | [0,0,5] | |
| 质心前方 | 5 | [5,0,0] |
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