结构专栏 | 防空弹碎片对飞机的侵彻仿真

作者：auto-chen

众所周知，防空导弹，有陆基、舰载、潜艇发射的防空导弹，有远程、中程、近程防空导弹，又有单兵肩扛式防空导弹，甚至微型专门用来对付无人机的防空导弹等，其尺寸、大小、重量、射程、射高、射速、飞行时间等，都是不一样的。因此，不可能存在哪个国家的防空导弹最厉害一说，只能说某个国家在某个领域的防空导弹出类拔萃，相对来说作战能力较为强悍。

美国、俄罗斯、中国、以色列、德国等国，都有各自在某个领域非常杰出的防空导弹，本文根据网络已经公开的资料对舰载和陆地防空导弹进行简单的介绍。重点介绍防空弹产生的破片对飞机不同位置侵彻过程进行仿真，以说明防空弹的威力。

限于作者研究领域有限和软件操作习惯等因素，错误必然很多，对于文中不正确的地方，欢迎大家批评指正。

1、舰载导弹-RIM162增程海麻雀

比如舰载中程防空导弹中红旗-16B射程有70公里左右，仅从射程来看远胜美海军的RIM162增程海麻雀，但却存在导弹存在尺寸大，只能1弹1坑布置等问题，所以作为军迷个人将最强舰载中程防空导弹的桂冠赋予了能实施“1弹4坑”布置的RIM162增程海麻雀。

2、陆基远程防空导弹

陆基远程防空导弹：美国THAAD“萨德”防空导弹系统，就目前来看，最先进最牛叉的，除了防空导弹本身厉害以外，采用动能杀伤技术，拦截弹的破坏机理则是“碰撞-杀伤”，以高速撞击来引爆目标弹头，作战高度为40至150公里，最大射程300公里，可防卫半径200千米的区域。

最厉害的是其X波段雷达系统，探测距离高达2000公里以上，能够拦截射程为3500公里的弹道导弹，在870千米距离探测到雷达截面积较小的隐形目标，故具备相当的反隐型战机能力。

THAAD“萨德”系统能在580千米左右的距离精确评估目标弹头的预计位置，并识别假弹头；是唯一能在大气层内和大气层外拦截弹道导弹的防空系统，事实上属于末段高空区域防御系统。（以上内容引用知乎）以下是笔者对防空弹产生的破片对飞机不同位置侵彻过程进行仿真，说明防空弹的威力。

根据飞机的尺寸建立仿真模型，如图1所示，为了降低网格划分周期及计算机的占用率，用3D对称模型（即一半模型进行分析）。

图1 仿真模型

首先对飞机进行网格划分，然后在WORKBENCH中进行下一步的材料赋予，具体网格模型如图2所示。

图2 飞机网格模型

机头材料采用钛合金TI 6%AL4%V 

机展材料采用铝合金AL7075-T6

机身材料材料复合材料复合材料种类很多这里用软件自带的玻璃钢类的复合材料，POLYCARB。

机身上部材料采用铝合金AL7075-T6

机翼材料采用同上3.3的复合材料POLYCARB

垂尾材料采用铝合金AL7075-T6

发动机材料采用钛合金TI 6%AL4%V

破片材料采用钢STEEL-1006，破片尺寸为10×10×10mm的立方体 

10×10×10mm的立方体钢块分别以2000m/s的速度侵彻飞机的四个位置，包括机头、机翼、垂尾、发动机。为了能更好的突出仿真结果，本次仿真对同一位置采用两个破片对称同时侵彻的方式进行。

发动机侵彻的破片位置的仿真图如图3所示，其中蓝色为两个对称的破片。

图3 侵彻发动机破片位置

发动机侵彻仿真结果见视频1（发动机侵彻），侵彻过程破片的速度不断衰减趋势如图4所示。

图4 破片侵彻的速度衰减 

发动机侵彻

机头侵彻的破片位置的仿真图如图5所示，其中蓝色为两个对称的破片。

图5 侵彻机头破片位置

机头侵彻仿真结果见视频2（机头侵彻），由于机头为钛合金实体，因此侵彻效果不理想，立方体破片碰撞机头后发生变形，机头仅形成小块凹坑。

机头侵彻

机翼侵彻的破片位置的仿真图如图6所示，其中蓝色为两个对称的破片。 

机翼侵彻仿真结果见视频3（机翼侵彻），不难看出立方体破片先在机翼上形成很大的凹坑，在背面形成很大的鼓包，随后穿透机翼。

机翼侵彻

垂尾侵彻的破片位置的仿真图如图7所示，其中蓝色为两个对称的破片。

垂尾侵彻仿真结果见视频4（垂尾侵彻），也不难看出立方体破片先在垂尾上形成很大的凹坑，在背面形成很大的鼓包，若破片速度再高即可穿透垂尾。

垂尾侵彻

由此可见，破片的速度大小、尺寸、材料相同的情况下，冲击飞行不同位置造成的效果不同。

 

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