飞机非核武器威胁下易损性定量计算方法研究

论文摘要

飞机易损性定量计算可分为以下六个研究方面：易损性建模、目标几何描述、非爆穿透物单次打击的易损性、非爆穿透物多次打击的易损性、导弹喷射碎片打击的易损性、爆炸冲击波威胁下的易损性。本文主要针对后五个目前尚未解决或解决得不够理想的方面进行深入地研究，提出了一些计算方法及改进，形成了以‘平面及曲面射击线扫描法’、‘考虑威胁跳弹现象’、‘重叠区域易损面积分解’、‘放球入盒模型’、‘改进的等效单一易损面积计算’、‘基于飞机独立存在状态且考虑部件重叠的马尔可夫链法及树图法’、‘解决组合爆炸问题的数值模拟法’、‘爆炸冲击波易损性包线绘制的圆周扫描法’等为主要特征的一整套飞机在非核武器威胁下的易损性定量计算方法，并开发了相应的软件包。 全文共分为八章，其中第二章到第七章为论文的核心部分。 第二章中，在有限元模型的基础上，基于目前广泛采用的非爆穿透物沿着平行射击线打击飞机的基本假设，提出了一种用于飞机几何描述的方法——‘平面射击线扫描法’。 所提出的几何描述方法对已往的方法进行了如下改进：(1) 考虑了威胁的跳弹现象，使后续章节的易损性计算更加反映真实情况。(2) 将易损性分析程序FASTGEN(美国射击线发生程序)和COVART(美国易损面积及维修时间计算程序)的部分功能融为一体，这样提供的几何描述结果比FASTGEN简单，易于分析人员使用。(3) 解决了目前几何描述方法的通用性问题，可以进行飞机在遭受任意威胁方向攻击时的部件之间存在任意重叠情况的几何描述。 在本章中，将飞机的独立存在状态划分为杀伤状态、中间状态和无部件杀伤状态，并给出了重叠易损区域遭受威胁打击后的飞机独立存在状态分析方法——‘易损面积分解法’，为后续章节的解决部件之间存在重叠时的多击中易损性计算方法(第四章)以及飞机等效单一易损面积计算方法(第五章)提供了前提和基础。 在第三章中，首先给出了飞机26个标准威胁攻击方向的定义。然后应用第二章的几何描述结果进行飞机及部件单次打击下考虑威胁‘跳弹’现象的杀伤概率及易损面积计算。所给出的部件单次打击下的易损面积可以提供飞机不同部件的易损性定量对比结果，从而可以为部件易损性减缩设计提供指导意见。最后，给出了飞机单击中易损性的直观表示——飞机‘等杀伤概率图谱’的绘制方法。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 飞机易损性基本概念以及定量计算方法研究现状
• 1.1.1 飞机易损性建模
• 1.1.2 飞机几何描述方法
• 1.1.3 非爆穿透物单次打击易损性
• 1.1.4 非爆穿透物多次打击易损性
• 1.1.5 导弹威胁下的易损性
• 1.2 本文的工作
• 1.3 今后易损性研究的主要方向预测
• 第二章 飞机的通用几何描述方法
• 2.1 易损性定量计算对飞机几何描述的基本要求
• 2.2 平面射击线扫描法
• 2.2.1 建立有限元模型
• 2.2.2 建立投影坐标系
• 2.2.3 确定平面网格的范围并产生射击线
• 2.2.4 判断射击线是否击中飞机或部件
• 2.2.5 穿透及跳弹方程
• 2.2.6 网格单元内飞机独立存在状态分析方法
• 2.2.7 射击线停机准则
• 2.2.8 几何描述数据计算
• 2.3 算例及分析
• 2.3.1 算例1
• 2.3.2 算例2
• 2.3.3 算例3
• 2.3.4 算例4
• 2.4 小结
• 第三章 考虑跳弹现象的飞机单击中易损性定量计算方法
• 3.1 26个标准攻击方向定义
• 3.2 飞机单次打击的易损性通用计算方法
• 3.3 部件单次打击的易损性定量计算方法
• 3.4 飞机单次打击下的‘等杀伤概率图谱’绘制
• 3.5 算例
• 3.5.1 算例1
• 3.5.2 算例2
• 3.5.3 算例3
• 3.6 小结
• 第四章 非爆穿透物多次打击的飞机易损性定量计算方法
• 4.1 考虑部件重叠的多击中易损性精确计算方法
• 4.1.1 基于飞机独立存在状态的Markov-Chain法
• 4.1.2 基于飞机独立存在状态的Tree-Diagram法
• 4.2 解决组合爆炸问题的多击中易损性计算的数值模拟法
• 4.2.1 建立‘放球入盒’分析模型及参考坐标系
• 4.2.2 部件杀伤判据
• 4.2.3 飞机杀伤判据
• 4.2.4 数值模拟法计算飞机多击中易损性
• 4.3 算例
• 4.3.1 算例1
• 4.3.2 算例2
• 4.3.3 算例3
• 4.3.4 算例4
• 4.4 小结
• 第五章 飞机等效单一易损面积的定量计算方法
• 5.1 基本概念
• 5.2 问题的提出
• 5.3 目前的飞机等效单一易损面积计算公式
• 5.3.1 一组相同易损面积的多重易损部件情形
• 5.3.2 多组相同易损面积的多重易损部件情形
• 5.4 简单情形下的一种等效单一易损面积计算方法
• 5.5 通用的等效单一易损面积数值计算方法
• 5.5.1 建立‘放球入盒’分析模型及参考坐标系
• 5.5.2 部件杀伤判据
• 5.5.3 飞机杀伤判据
• 5.5.4 数值模拟法计算等效单一易损面积
• 5.6 基于飞机多次打击杀伤概率的等效单一易损面积计算方法
• 5.7 算例
• 5.7.1 算例1
• 5.7.2 算例2
• 5.7.3 算例3
• 5.7.4 算例4
• 5.7.5 算例5
• 5.7.6 算例6
• 5.8 小结
• 第六章 导弹喷射碎片威胁下的飞机易损性定量计算方法
• 6.1 外部爆炸导弹威胁下的飞机易损性
• 6.2 导弹碎片喷射状弹道情况下的易损性定量计算方法
• 6.2.1 基本输入数据
• 6.2.2 碎片初速度及衰减规律
• 6.2.3 碎片与飞机交会分析
• 6.2.4 ‘曲面射击线扫描法’进行飞机几何描述
• 6.2.5 网格大小确定
• 6.2.6 喷射碎片多次打击易损性计算
• 6.3 一种改进的简易化方法
• 6.4 几点说明
• 6.5 算例
• 6.5.1 算例1
• 6.5.2 算例2
• 6.6 小结
• 第七章 飞机爆炸冲击波易损性包线绘制方法
• 7.1 引言
• 7.2 爆炸冲击波威胁下的飞机杀伤准则
• 7.3 飞机爆炸冲击波易损性包线的绘制方法
• 7.3.1 飞机原始模型建立
• 7.3.2 典型爆炸平面的选择
• 7.3.3 飞机表面面元致命性半径的确定
• 7.3.4 典型爆炸平面内截圆的绘制
• 7.3.5 ‘圆周扫描法’绘制易损性包线
• 7.4 算例
• 7.4.1 算例1
• 7.4.2 算例2
• 7.4.3 算例3
• 7.5 小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢
• 附录A—飞机几何模型有限元数据文件
• 附录B—飞机部件模型有限元数据文件
• 附录C—飞机易损性定量计算软件系统简介