一种半穿甲战斗部综合毁伤威力测量装置及评价方法与流程

1.本发明涉及舰船毁伤和防护技术领域，尤其是一种半穿甲战斗部综合毁伤威力测量装置及评价方法。

背景技术：

2.半穿甲反舰导弹依靠动能侵彻进入舰船内部爆炸，形成的多种复合载荷可对舰船结构及设备耦合毁伤，是当前水面舰船面临的主要威胁。与敞开环境相比，舱室内爆对舰船结构的毁伤更为复杂，破坏效应更为明显。一方面舱室内爆过程中形成的载荷种类众多，既包含瞬态的强冲击载荷及壁面反射载荷，又包括由爆轰产物膨胀及后续燃烧引起的准静态压力载荷，还包括战斗部壳体自然破碎形成的高速破片载荷。另一方面舱室结构的损伤变形又会进一步影响载荷，结构的损伤变形与载荷存在很强的耦合关系。
3.试验是研究半穿甲战斗部毁伤威力最有效的方式，当前阶段，国内外的学者针对半穿甲战斗部开展了较多的试验研究，针对战斗部的高速破片载荷，利用破碎性试验开展了战斗部破片速度、质量分布、飞散特性研究；针对战斗部压力载荷，通常开展裸药的舱室内爆试验，研究了冲击波、准静态压力等载荷特性。现有的研究基本将半穿甲战斗部的载荷进行单独研究，鲜有试验装置可同时测量半穿甲战斗部的破片载荷、冲击波压力载荷、准静态压力载荷等；另一方面，由于半穿甲战斗部形成的载荷种类较多，既有高速破片的点打击毁伤，又有冲击波压力、准静态压力的面打击毁伤，目前阶段尚未有具体的指标可用于定量比较半穿甲战斗部的综合毁伤威力。

技术实现要素：

4.本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种半穿甲战斗部综合毁伤威力测量装置及评价方法，通过该测量装置可同时将待测战斗部的破片载荷、冲击波压力载荷、准静态压力载荷的重要参数全部测出，解决了传统试验难以同时测量带壳战斗部多毁伤载荷的大难题。且通过试验与理论相结合的方式提出的评价方法综合考虑了待测战斗部的各个载荷毁伤影响，给出了综合毁伤威力评估模型，解决了现阶段难以比较不同半穿甲战斗部综合毁伤威力定量比较的大难题。
5.本发明的技术方案如下：
6.第一方面，本技术提供了一种半穿甲战斗部综合毁伤威力评价方法，包括如下步骤：
7.根据测量得到的破片载荷沿轴向方向的初始速度vi和收集的破片质量m0，得到破片毁伤空间体积半径r1；
8.根据测量得到的冲击波压力载荷ii反推得到待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1，根据测量得到的准静态压力载荷pi反推得到待测战斗部的等效准静态压力载荷装药量m2；
9.将待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1和等效准静态压力载荷装药量m2代
入建立的整体变形计算公式，得到爆炸当舱各结构发生临界撕裂破坏时的结构毁伤空间体积半径r2；
10.根据破片毁伤空间体积半径r1和结构毁伤空间体积半径r2，建立待测战斗部的综合毁伤威力指标p，p＝k1r1+k2r2；
11.其中，i为传感器测点，k1、k2为权重系数，爆炸当舱各结构包括舱室的上下甲板和四周舱壁。
12.其进一步的技术方案为，根据测量得到的破片载荷沿轴向方向的初始速度vi和收集的破片质量m0，得到破片毁伤空间体积半径r1的方法包括：
13.将破片载荷沿轴向方向的初始速度vi的测点平均值和破片质量m0代入破片侵彻每一层结构后的剩余速度计算公式，令剩余速度vr为零从而计算得到破片密集分布区域对应的临界空间分散角度θ；剩余速度计算公式为：
[0014][0015]
根据爆炸当舱破片分布密集度函数确定爆炸当舱各结构的破片密集分布区域半径rj；
[0016]
根据θ＝2arctan(rj/rj)得到破片击穿爆炸当舱各结构的最大距离rj，取六个结构rj的平均值作为破片毁伤空间体积半径r1；
[0017]
式中，v0为各测点初始速度vi的平均值，d1为破片直径，h1为侵彻靶板的厚度，ρ为侵彻靶板的密度，k为侵彻靶板的材料相关参数；爆炸当舱破片分布密集度函数是通过拟合得到爆炸当舱各结构的破片分布数量与对应的分布区域半径r之间的关系。
[0018]
其进一步的技术方案为，根据测量得到的冲击波压力载荷ii反推得到待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1的方法包括：
[0019]
取测量得到的冲击波压力载荷ii的测点平均值作为冲击波冲量im：
[0020][0021]
参照冲击波冲量计算公式，根据比例爆距反推等效tnt装药量，作为待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1；
[0022][0023]
其进一步的技术方案为，根据测量得到的准静态压力载荷pi反推得到待测战斗部的等效准静态压力载荷装药量m2的方法包括：
[0024]
取测量得到的准静态压力载荷pi的测点平均值作为准静态压力峰值p
qs
；
[0025][0026]
参照准静态压力计算公式，根据爆炸当舱舱室体积v1反推等效tnt装药量，作为待
测战斗部的等效准静态压力载荷装药量m2；
[0027][0028]
其进一步的技术方案为，将待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1和等效准静态压力载荷装药量m2代入建立的整体变形计算公式，得到爆炸当舱各结构发生临界撕裂破坏时的结构毁伤空间体积半径r2的方法包括：
[0029]
假设爆炸当舱的长宽高三个方向的长度均放大α，采用基于能量法建立的冲击波压力载荷、准静态压力载荷耦合作用下爆炸当舱各结构的整体变形计算公式w＝w1+w2，计算爆炸当舱各个结构的整体变形刚好达到临界撕裂破坏的放大系数α
′
；取六个方向发生临界撕裂破坏时的长度平均值作为结构毁伤空间体积半径r2：
[0030][0031]
其中，w1为冲击波压力载荷作用下爆炸当舱各结构的整体变形最大挠度，w2为准静态压力载荷作用下爆炸当舱各结构的整体变形最大挠度，lj为爆炸当舱中第j个临界破坏结构与待测战斗部之间的距离；爆炸当舱各个结构的整体变形刚好达到临界撕裂破坏的条件为：当叠加后的整体变形最大挠度总和w超过结构短边跨距的20％时，视为该结构边界发生撕裂破坏。
[0032]
其进一步的技术方案为，w1的计算方法包括：在冲击波压力载荷作用下，爆炸当舱各结构的整体变形计算公式如下：
[0033][0034][0035]
w2的计算方法包括：在准静态压力载荷作用下，爆炸当舱各结构的整体变形计算公式如下：
[0036][0037][0038][0039]
联立ek求解出w1，联立w求解出w2；
[0040]
式中，ek为冲击波压力载荷作用在爆炸当舱各结构的初始动能，ρ为结构材料密度，h为结构厚度，(x,y)为结构上的测点位置，(xk,yk)为结构上第k个加筋的位置，σd为结构的材料动态屈服强度，a为结构长边的一半、b为结构短边的一半，a
xk
、a
yk
分别为横向加筋、
纵向加筋的截面积，m
xk
、m
yk
分别为横向加筋、纵向加筋的极限弯矩，w为准静态压力载荷做的功，p
qs
为爆炸当舱的准静态压力载荷，v1为爆炸当舱舱室体积。
[0041]
其进一步的技术方案为，该方法还包括：
[0042]
逐次改变等效准静态压力载荷装药量m2代入整体变形计算公式，将得到的w的理论结果，依次与依据试验测量得到的爆炸当舱各个结构的w的测量结果进行比对，得到两者相接近时的m
′2，作为等效准静态压力载荷装药量m2的修正值；执行将待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1和等效准静态压力载荷装药量的修正值m
′2分别代入建立的整体变形计算公式，得到爆炸当舱各结构发生临界撕裂破坏时的结构毁伤空间体积半径r2。
[0043]
第二方面，本技术还提供了一种半穿甲战斗部综合毁伤威力测量装置，包括：待测战斗部、舰船靶标舱室、多普勒光纤探针、冲击波压力传感器、准静态压力传感器、破片收集板和计算机；舰船靶标舱室包括上舱室、下舱室，以及沿上舱室上下甲板的横向和纵向延伸设置的过渡段，待测战斗部、多普勒光纤探针、冲击波压力传感器和准静态压力传感器均布置于上舱室内，破片收集板布置在下舱室的下甲板上以及两相对过渡段的外侧，用于收集待测战斗部内爆产生的破片；计算机对测量得到的破片质量、破片载荷沿轴向方向的初始速度、冲击波压力载荷和准静态压力载荷进行处理时，实现如第一方面所述的方法的步骤；
[0044]
其中，过渡段的外侧是指与该过渡段垂直连接的舱壁的相对侧。
[0045]
其进一步的技术方案为，多普勒光纤探针围绕待测战斗部设置，用于测量待测战斗部内爆形成的破片载荷沿轴向方向的初始速度；冲击波压力传感器布置在舱内四周，且分别位于与待测战斗部距离一致的位置，冲击波压力传感器头均指向待测战斗部并与战斗部轴心处于同一高度位置，用于测量待测战斗部内爆形成的冲击波压力载荷；准静态压力传感器靠近舱内六个面布置，用于测量待测战斗部内爆形成的准静态压力载荷；其中，战斗部轴心与上舱室甲板平行。
[0046]
其进一步的技术方案为，上舱室、下舱室均包含上下甲板、四周舱壁和加筋；对于上舱室，其上甲板厚度大于下甲板厚度，且上下甲板的纵向加筋间距为横向加筋间距的2.5倍，前后舱壁的加筋间距与上下甲板的纵向加筋间距一致，左右舱壁的加筋间距与上下甲板的横向加筋间距一致；过渡段长度不低于上舱室的纵向加筋间距。
[0047]
本发明的有益技术效果是：
[0048]
1)本技术通过试验与理论相结合的方式提出的评价方法综合考虑了待测战斗部的各个载荷毁伤影响，给出了综合毁伤威力评估模型，可为后续战斗部综合毁伤威力的定量比较提供支撑；
[0049]
2)本技术设计的综合毁伤威力测量装置可同时测量待测战斗部的破片载荷的初始速度、冲击波压力载荷、准静态压力载荷等重要参数，有效提高了试验效率；
[0050]
3)本技术设计的综合毁伤威力测量装置中上舱室的变形可不受其他结构的干扰，并保证了边界的连续性，上舱室的变形毁伤充分反映了待测战斗部的综合毁伤效果，试验结果的可信度高。
附图说明
[0051]
图1是本技术提供的半穿甲战斗部综合毁伤威力测量装置示意图。
[0052]
图2是本技术提供的半穿甲战斗部综合毁伤威力评价方法流程图。
[0053]
图3是本技术提供的爆炸当舱结构破片击穿孔痕迹处理示意图。
[0054]
图中：1-待测战斗部，21-上舱室，22-下舱室，23-过渡段，3-多普勒光纤探针，4-冲击波压力传感器，5-准静态压力传感器，6-破片收集板，201-舱室上甲板，202-舱室下甲板，203-舱室左舱壁，204-舱室右舱壁，205-加筋。
具体实施方式
[0055]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
[0056]
如图1所示，本实施例提供了一种半穿甲战斗部综合毁伤威力测量装置，包括待测战斗部1、舰船靶标舱室、多个多普勒光纤探针(dps)3、冲击波压力传感器4、准静态压力传感器5、破片收集板6和计算机。
[0057]
其中，舰船靶标舱室为双舱室结构，包括上舱室21、下舱室22，以及沿上舱室21上下甲板的横向和纵向延伸设置的过渡段23，待测战斗部1、多普勒光纤探针3、冲击波压力传感器4和准静态压力传感器5均布置于上舱室21内，破片收集板6布置在下舱室22的下甲板202上以及两相对过渡段23的外侧，用于收集待测战斗部内爆产生的破片，从而得到破片载荷的质量分布；其中，过渡段23的外侧是指与该过渡段23垂直连接的舱壁的相对侧。具体的，上舱室21、下舱室22均包含上甲板201、下甲板202、前后舱壁(图中未示出)、左舱壁203、右舱壁204和加筋205，加筋205安装在甲板及舱壁上。对于作为爆炸当舱的上舱室201，为了防止待测战斗部内爆造成上甲板201破坏，设计上甲板厚度大于下甲板厚度，前后舱壁厚度一致，左右舱壁厚度一致，舱室纵向长度为舱室高度的6倍，横向宽度为舱室高度的4倍，上下甲板的纵向加筋间距为横向加筋间距的2.5倍，前后舱壁的加筋间距与上下甲板的纵向加筋间距一致，左右舱壁的加筋间距与上下甲板的横向加筋间距一致；还设计过渡段长度不低于上舱室21的纵向加筋间距。
[0058]
可选的，舰船靶标舱室结构为船用钢加工制作，优选945钢、921钢；破片收集板6优选松木板。
[0059]
其中，多普勒光纤探针3围绕待测战斗部1设置，主要围绕战斗部壳体柱身一定距离处布置多个轴向测点，用于测量待测战斗部内爆形成的破片载荷沿轴向方向的初始速度。冲击波压力传感器4布置在舱内四周，且分别位于与待测战斗部1距离一致的位置，冲击波压力传感器头均指向待测战斗部1并与战斗部轴心处于同一高度位置，用于测量待测战斗部内爆形成的冲击波压力载荷，以计算带壳战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1。准静态压力传感器5靠近舱内六个面布置，用于测量待测战斗部内爆形成的准静态压力载荷，以计算带壳战斗部的等效准静态压力载荷装药量m2。
[0060]
可选的，试验时将待测战斗部1放置在上舱室1正中心，战斗部轴心与上舱室甲板平行，战斗部头部可以随意指向任何位置。
[0061]
计算机对测量得到的破片载荷的破片质量、初始速度、空间及密度分布，还有冲击波压力载荷和准静态压力载荷进行处理，执行半穿甲战斗部综合毁伤威力评价方法，以获取待测战斗部1的综合毁伤威力指标。
[0062]
上述测量装置能同时测量待测战斗部内爆炸形成的破片载荷、冲击波压力载荷、准静态压力载荷，可用于定量比较半穿甲战斗部的综合毁伤威力，为后续战斗部综合毁
伤威力的定量比较提供支撑。其中，破片载荷的初始速度分布通过dps测量得到、质量分布通过松木板收集的破片质量获取、空间及密度分布通过爆炸当舱的破片击穿孔洞获取，冲击波压力载荷和准静态压力载荷则分别通过冲击波压力传感器、准静态压力传感器获取。
[0063]
如图2所示，本实施例还提供了一种半穿甲战斗部综合毁伤威力评价方法，包括如下步骤：
[0064]
步骤1：根据测量得到的破片载荷沿轴向方向的初始速度vi和收集的破片质量m0，得到破片毁伤空间体积半径r1，包括：
[0065]
步骤1.1：战斗部破片载荷数据分析。
[0066]
获取破片载荷沿轴向方向的初始速度vi的测点平均值v0：
[0067][0068]
破片载荷的空间及密度分布是通过勘测爆炸当舱各结构的破片击穿孔洞与战斗部相对位置获取，如图3所示，破片的空间分散角度计算如下：
[0069][0070]
其中，i为传感器测点，n为测点总数，d为战斗部与爆炸当舱结构之间的垂直距离，h为破片击穿孔洞与战斗部投影到爆炸当舱结构位置之间的距离；爆炸当舱各结构包括舱室的上下甲板和四周舱壁，共六个结构。
[0071]
以待测战斗部在爆炸当舱各结构的投影位置为圆心，统计各结构面上的破片分布数量与对应的分布区域半径r，通过拟合得到两者之间的关系作为爆炸当舱破片分布密集度函数。
[0072]
对收集回收的破片进行称重，采用weibull公式拟合得到破片的质量分布模型，从而得到破片质量m0。
[0073]
步骤1.2：将测点平均值v0和破片质量m0代入破片侵彻每一层结构后的剩余速度计算公式，令剩余速度vr为零从而计算得到90％破片密集分布区域对应的临界空间分散角度θ。其中，剩余速度计算公式为：
[0074][0075]
式中，d1为破片直径，h1为侵彻靶板的厚度，ρ为侵彻靶板的密度，k为侵彻靶板的材料相关参数。
[0076]
步骤1.3：根据爆炸当舱破片分布密集度函数确定爆炸当舱各结构的破片密集分布区域半径rj。
[0077]
步骤1.4：如图3所示，针对垂向的击穿范围，可假设外围的甲板按照与爆炸当舱参数一致的甲板进行等间距分布，左右舱壁(即纵向舱壁)可按照与前后舱壁的间距进行分布，前后舱壁(即横向舱壁)可按照左右舱壁的间距进行分布，根据θ＝2arctan(rj/rj)得到90％密集度的破片击穿爆炸当舱第j个结构的最大距离rj，取六个结构rj的平均值作为破片毁伤空间体积半径r1：
[0078][0079]
步骤2：根据测量得到的冲击波压力载荷ii反推得到待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1，包括：
[0080]
取测量得到的冲击波压力载荷ii的测点平均值作为冲击波冲量im：
[0081][0082]
参照冲击波冲量计算公式，根据比例爆距r反推等效tnt装药量，作为待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1；
[0083][0084]
步骤3：根据测量得到的准静态压力载荷pi反推得到待测战斗部的等效准静态压力载荷装药量m2，包括：
[0085]
取测量得到的准静态压力载荷pi的测点平均值作为准静态压力峰值p
qs
；
[0086][0087]
参照准静态压力计算公式，根据爆炸当舱舱室体积v1反推等效tnt装药量，作为待测战斗部的等效准静态压力载荷装药量m2；
[0088][0089]
步骤4：将待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1和等效准静态压力载荷装药量m2代入建立的整体变形计算公式，得到爆炸当舱各结构发生临界撕裂破坏时的结构毁伤空间体积半径r2，包括：
[0090]
步骤4.1：基于能量法建立冲击波载荷、准静态压力载荷耦合作用下爆炸当舱各结构的整体变形计算公式。
[0091]
a.在冲击波压力载荷作用下，爆炸当舱各结构的整体变形计算公式如下：
[0092][0093][0094]
联立式(1)、(2)求解出冲击波压力载荷作用下爆炸当舱各结构的整体变形最大挠度，记为w1。舱室结构的耗能主要为舱壁的拉伸变形能、舱壁的弯曲变形能、纵向加筋的拉伸变形能、纵向加筋的弯曲变形能、横向加筋的拉伸变形能、横向加筋的弯曲变形能，即对应式(2)的每一项。
[0095]
b.在准静态压力载荷作用下，爆炸当舱各结构的整体变形计算公式如下：
[0096][0097][0098]
联立式(3)、(4)求解出准静态压力载荷作用下爆炸当舱各结构的整体变形最大挠度，记为w2。同理，舱室结构的耗能主要为舱壁的拉伸变形能、舱壁的弯曲变形能、纵向加筋的拉伸变形能、纵向加筋的弯曲变形能、横向加筋的拉伸变形能、横向加筋的弯曲变形能，即对应式(4)的每一项。
[0099]
c.将w1和w2叠加得到冲击波压力载荷、准静态压力载荷耦合作用下爆炸当舱各结构的整体变形计算公式w＝w1+w2。
[0100]
式(1)-(4)中，ek为冲击波压力载荷作用在爆炸当舱各结构的初始动能，ρ为结构材料密度，h为结构厚度，(x,y)为结构上的测点位置，(xk,yk)为结构上第k个加筋的位置，σd为结构的材料动态屈服强度，a为结构长边的一半、b为结构短边的一半，a
xk
、a
yk
分别为横向加筋、纵向加筋的截面积，m
xk
、m
yk
分别为横向加筋、纵向加筋的极限弯矩，w为准静态压力载荷做的功。
[0101]
步骤4.2：对等效准静态压力载荷装药量m2进行修正。
[0102]
若爆炸当舱的甲板、舱壁出现整体撕裂破坏，逐次改变等效准静态压力载荷装药量m2代入步骤4.1中建立的两种载荷耦合作用下的整体变形计算公式得到w的理论结果。将w的理论结果，依次与依据试验测量得到的爆炸当舱各个结构的变形、破坏数据得到w的测量结果进行比对，得到两者相接近时的m2′
，作为等效准静态压力载荷装药量m2的修正值。
[0103]
步骤4.3：假设爆炸当舱的长宽高三个方向的长度均放大α，采用步骤4.1中建立的两种载荷耦合作用下的爆炸当舱各结构的整体变形计算公式，计算爆炸当舱各个结构的整体变形刚好达到临界撕裂破坏的放大系数α
′
，结构的临界撕裂破坏的条件为：当叠加后的整体变形最大挠度总和w超过结构短边跨距b的20％时，视为该结构边界发生撕裂破坏。
[0104]
取六个方向发生临界撕裂破坏时的长度平均值作为结构毁伤空间体积半径r2：
[0105][0106]
其中，lj为爆炸当舱中第j个临界破坏结构与待测战斗部之间的距离。
[0107]
步骤5：根据破片毁伤空间体积半径r1和结构毁伤空间体积半径r2，建立待测战斗部的综合毁伤威力指标p：
[0108]
p＝k1r1+k2r2；
[0109]
其中，k1、k2为权重系数，在本实施例中，k1可取0.2，k2可取0.8。
[0110]
则各个半穿甲战斗部的综合毁伤威力可定量通过p进行比较。
[0111]
下面给出上述装置及方法的具体实施例，上舱室21结构中的上甲板厚度为12mm，横向加筋间距为0.5m，纵向加筋间距为1.25m，加筋尺寸为上舱室21下甲板
厚度为10mm，横向加筋间距为0.5m，纵向加筋间距为1.25m，加筋尺寸为上下甲板间距为2.5m；下舱室22结构中的下甲板厚度为10mm，横向加筋间距为0.5m，纵向加筋间距为1.25m，加筋尺寸为爆炸当舱前后舱壁间距(即上舱室21的纵向长度)为15m，舱壁板厚度为8mm，纵向加筋间距为1.25m，加筋尺寸为爆炸当舱左右舱壁间距(即上舱室21的横向宽度)为10m，舱壁厚度为8mm，加筋间距为0.5m，加筋尺寸为舱室结构材料为q355b，材料动态屈服强度σd取525mpa。
[0112]
待测战斗部1：战斗部壳体质量为150kg，装药量为100kgtnt，弹径为400mm，壳体厚度为20mm；
[0113]
待测战斗部2：战斗部壳体质量为100kg，装药量为150kgtnt，弹径为400mm，壳体厚度为16mm。
[0114]
战斗部1破片平均质量m0为56g，初始速度v0为1637m/s，破片在上舱室21的上下甲板、左右舱壁、前后舱壁的分散角度θ依次为75
°
、35
°
、20
°
。
[0115]
战斗部2破片平均质量m0为38g，初始速度v0为2144m/s，破片在上舱室21的上下甲板、左右舱壁、前后舱壁的分散角度θ依次为75
°
、35
°
、20
°
。
[0116]
破片毁伤空间体积计算：战斗部1形成的破片毁伤空间体积半径r1为20m，战斗部2形成的破片毁伤空间体积半径r1为20m。
[0117]
结构毁伤空间体积计算：战斗部1内爆下结构毁伤空间体积半径r2为6.75m，战斗部2内爆下结构毁伤空间体积半径r2为7.26m。
[0118]
半穿甲战斗部综合毁伤威力评估，其中战斗部1内爆下综合毁伤指标为：
[0119]
p1＝k1r1+k2r2＝9.4
[0120]
其中战斗部2内爆下综合毁伤指标为：
[0121]
p2＝k1r1+k2r2＝9.8
[0122]
综合对比可看出，待测战斗部2的综合毁伤威力相较待测战斗部1更强。
[0123]
以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种半穿甲战斗部综合毁伤威力评价方法，其特征在于，所述方法包括：根据测量得到的破片载荷沿轴向方向的初始速度v
i
和收集的破片质量m0，得到破片毁伤空间体积半径r1；根据测量得到的冲击波压力载荷i
i
反推得到待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1，根据测量得到的准静态压力载荷p
i
反推得到待测战斗部的等效准静态压力载荷装药量m2；将所述待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1和等效准静态压力载荷装药量m2代入建立的整体变形计算公式，得到爆炸当舱各结构发生临界撕裂破坏时的结构毁伤空间体积半径r2；根据所述破片毁伤空间体积半径r1和所述结构毁伤空间体积半径r2，建立待测战斗部的综合毁伤威力指标p，p＝k1r1+k2r2；其中，i为传感器测点，k1、k2为权重系数，爆炸当舱各结构包括舱室的上下甲板和四周舱壁。2.根据权利要求1所述的半穿甲战斗部综合毁伤威力评价方法，其特征在于，所述根据测量得到的破片载荷沿轴向方向的初始速度v
i
和收集的破片质量m0，得到破片毁伤空间体积半径r1的方法包括：将破片载荷沿轴向方向的初始速度v
i
的测点平均值和破片质量m0代入破片侵彻每一层结构后的剩余速度计算公式，令剩余速度v
r
为零从而计算得到破片密集分布区域对应的临界空间分散角度θ；所述剩余速度计算公式为：根据爆炸当舱破片分布密集度函数确定爆炸当舱各结构的破片密集分布区域半径r
j
；根据θ＝2arctan(r
j
/r
j
)得到破片击穿爆炸当舱各结构的最大距离r
j
，取六个结构r
j
的平均值作为破片毁伤空间体积半径r1；式中，v0为各测点初始速度v
i
的平均值，d1为破片直径，h1为侵彻靶板的厚度，ρ为侵彻靶板的密度，k为侵彻靶板的材料相关参数；所述爆炸当舱破片分布密集度函数是通过拟合得到爆炸当舱各结构的破片分布数量与对应的分布区域半径r之间的关系。3.根据权利要求1所述的半穿甲战斗部综合毁伤威力评价方法，其特征在于，所述根据测量得到的冲击波压力载荷i
i
反推得到待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1的方法包括：取测量得到的冲击波压力载荷i
i
的测点平均值作为冲击波冲量i
m
：参照冲击波冲量计算公式，根据比例爆距反推等效tnt装药量，作为待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1；
4.根据权利要求1所述的半穿甲战斗部综合毁伤威力评价方法，其特征在于，所述根据测量得到的准静态压力载荷p
i
反推得到待测战斗部的等效准静态压力载荷装药量m2的方法包括：取测量得到的准静态压力载荷p
i
的测点平均值作为准静态压力峰值p
qs
；参照准静态压力计算公式，根据爆炸当舱舱室体积v1反推等效tnt装药量，作为待测战斗部的等效准静态压力载荷装药量m2；5.根据权利要求1所述的半穿甲战斗部综合毁伤威力评价方法，其特征在于，所述将所述待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1和等效准静态压力载荷装药量m2代入建立的整体变形计算公式，得到爆炸当舱各结构发生临界撕裂破坏时的结构毁伤空间体积半径r2的方法包括：假设爆炸当舱的长宽高三个方向的长度均放大α，采用基于能量法建立的冲击波压力载荷、准静态压力载荷耦合作用下爆炸当舱各结构的整体变形计算公式w＝w1+w2，计算爆炸当舱各个结构的整体变形刚好达到临界撕裂破坏的放大系数α
′
；取六个方向发生临界撕裂破坏时的长度平均值作为结构毁伤空间体积半径r2：其中，w1为冲击波压力载荷作用下爆炸当舱各结构的整体变形最大挠度，w2为准静态压力载荷作用下爆炸当舱各结构的整体变形最大挠度，l
j
为爆炸当舱中第j个临界破坏结构与待测战斗部之间的距离；爆炸当舱各个结构的整体变形刚好达到临界撕裂破坏的条件为：当叠加后的整体变形最大挠度总和w超过结构短边跨距的20％时，视为该结构边界发生撕裂破坏。6.根据权利要求5所述的半穿甲战斗部综合毁伤威力评价方法，其特征在于，w1的计算方法包括：在冲击波压力载荷作用下，爆炸当舱各结构的整体变形计算公式如下：方法包括：在冲击波压力载荷作用下，爆炸当舱各结构的整体变形计算公式如下：w2的计算方法包括：在准静态压力载荷作用下，爆炸当舱各结构的整体变形计算公式如下：
联立e
k
求解出w1，联立w求解出w2；式中，e
k
为冲击波压力载荷作用在爆炸当舱各结构的初始动能，ρ为结构材料密度，h为结构厚度，(x,y)为结构上的测点位置，(x
k
,y
k
)为结构上第k个加筋的位置，σ
d
为结构的材料动态屈服强度，a为结构长边的一半、b为结构短边的一半，a
xk
、a
yk
分别为横向加筋、纵向加筋的截面积，m
xk
、m
yk
分别为横向加筋、纵向加筋的极限弯矩，w为准静态压力载荷做的功，p
qs
为爆炸当舱的准静态压力载荷，v1为爆炸当舱舱室体积。7.根据权利要求5所述的半穿甲战斗部综合毁伤威力评价方法，其特征在于，所述方法还包括：逐次改变等效准静态压力载荷装药量m2代入整体变形计算公式，将得到的w的理论结果，依次与依据试验测量得到的爆炸当舱各个结构的w的测量结果进行比对，得到两者相接近时的m2′
，作为等效准静态压力载荷装药量m2的修正值；执行将所述待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量m1和等效准静态压力载荷装药量的修正值m2′
分别代入建立的整体变形计算公式，得到爆炸当舱各结构发生临界撕裂破坏时的结构毁伤空间体积半径r2。8.一种半穿甲战斗部综合毁伤威力测量装置，其特征在于，包括待测战斗部、舰船靶标舱室、多普勒光纤探针、冲击波压力传感器、准静态压力传感器、破片收集板和计算机；所述舰船靶标舱室包括上舱室、下舱室，以及沿上舱室上下甲板的横向和纵向延伸设置的过渡段，待测战斗部、多普勒光纤探针、冲击波压力传感器和准静态压力传感器均布置于所述上舱室内，所述破片收集板布置在下舱室的下甲板上以及两相对过渡段的外侧，用于收集待测战斗部内爆产生的破片；所述计算机对测量得到的破片质量、破片载荷沿轴向方向的初始速度、冲击波压力载荷和准静态压力载荷进行处理时，实现如权利要求1-7任一所述的方法的步骤；其中，过渡段的外侧是指与该过渡段垂直连接的舱壁的相对侧。9.根据权利要求8所述的半穿甲战斗部综合毁伤威力测量装置，其特征在于，所述多普勒光纤探针围绕待测战斗部设置，用于测量待测战斗部内爆形成的破片载荷沿轴向方向的初始速度；所述冲击波压力传感器布置在舱内四周，且分别位于与待测战斗部距离一致的位置，冲击波压力传感器头均指向待测战斗部并与战斗部轴心处于同一高度位置，用于测量待测战斗部内爆形成的冲击波压力载荷；所述准静态压力传感器靠近舱内六个面布置，用于测量待测战斗部内爆形成的准静态压力载荷；其中，所述战斗部轴心与上舱室甲板平行。10.根据权利要求8所述的半穿甲战斗部综合毁伤威力测量装置，其特征在于，所述上舱室、下舱室均包含上下甲板、四周舱壁和加筋；对于所述上舱室，其上甲板厚度大于下甲
板厚度，且上下甲板的纵向加筋间距为横向加筋间距的2.5倍，前后舱壁的加筋间距与上下甲板的纵向加筋间距一致，左右舱壁的加筋间距与上下甲板的横向加筋间距一致；过渡段长度不低于上舱室的纵向加筋间距。

技术总结

本发明公开了一种半穿甲战斗部综合毁伤威力测量装置及评价方法，涉及舰船毁伤和防护技术领域，该方法包括：根据测量得到的破片载荷沿轴向方向的初始速度和收集的破片质量，得到破片毁伤空间体积半径；根据测量得到的冲击波压力载荷得到待测战斗部的等效冲击波压力载荷装药量，根据测量得到的准静态压力载荷得到待测战斗部的等效准静态压力载荷装药量；将两种等效装药量代入建立的整体变形计算公式，得到爆炸当舱各结构发生临界撕裂破坏时的结构毁伤空间体积半径；根据破片毁伤空间体积半径和结构毁伤空间体积半径，建立待测战斗部的综合毁伤威力指标，为后续战斗部综合毁伤威力的定量比较提供了重要支撑。力的定量比较提供了重要支撑。力的定量比较提供了重要支撑。