結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真

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作者:auto-chen

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眾所周知,防空導(dǎo)彈,有陸基、艦載、潛艇發(fā)射的防空導(dǎo)彈,有遠程、中程、近程防空導(dǎo)彈,又有單兵肩扛式防空導(dǎo)彈,甚至微型專門用來對付無人機的防空導(dǎo)彈等,其尺寸、大小、重量、射程、射高、射速、飛行時間等,都是不一樣的。因此,不可能存在哪個國家的防空導(dǎo)彈最厲害一說,只能說某個國家在某個領(lǐng)域的防空導(dǎo)彈出類拔萃,相對來說作戰(zhàn)能力較為強悍。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖1  


美國、俄羅斯、中國、以色列、德國等國,都有各自在某個領(lǐng)域非常杰出的防空導(dǎo)彈,本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)公開的資料對艦載和陸地防空導(dǎo)彈進行簡單的介紹。重點介紹防空彈產(chǎn)生的破片對飛機不同位置侵徹過程進行仿真,以說明防空彈的威力。

限于作者研究領(lǐng)域有限和軟件操作習(xí)慣等因素,錯誤必然很多,對于文中不正確的地方,歡迎大家批評指正。


1、艦載導(dǎo)彈-RIM162增程海麻雀

比如艦載中程防空導(dǎo)彈中紅旗-16B射程有70公里左右,僅從射程來看遠勝美海軍的RIM162增程海麻雀,但卻存在導(dǎo)彈存在尺寸大,只能1彈1坑布置等問題,所以作為軍迷個人將最強艦載中程防空導(dǎo)彈的桂冠賦予了能實施“1彈4坑”布置的RIM162增程海麻雀。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖2  



2、陸基遠程防空導(dǎo)彈

陸基遠程防空導(dǎo)彈:美國THAAD“薩德”防空導(dǎo)彈系統(tǒng),就目前來看,最先進最牛叉的,除了防空導(dǎo)彈本身厲害以外,采用動能殺傷技術(shù),攔截彈的破壞機理則是“碰撞-殺傷”,以高速撞擊來引爆目標彈頭,作戰(zhàn)高度為40至150公里,最大射程300公里,可防衛(wèi)半徑200千米的區(qū)域。


最厲害的是其X波段雷達系統(tǒng),探測距離高達2000公里以上,能夠攔截射程為3500公里的彈道導(dǎo)彈,在870千米距離探測到雷達截面積較小的隱形目標,故具備相當(dāng)?shù)姆措[型戰(zhàn)機能力。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖3  


THAAD“薩德”系統(tǒng)能在580千米左右的距離精確評估目標彈頭的預(yù)計位置,并識別假彈頭;是唯一能在大氣層內(nèi)和大氣層外攔截彈道導(dǎo)彈的防空系統(tǒng),事實上屬于末段高空區(qū)域防御系統(tǒng)。(以上內(nèi)容引用知乎)以下是筆者對防空彈產(chǎn)生的破片對飛機不同位置侵徹過程進行仿真,說明防空彈的威力。


一、模型建立

根據(jù)飛機的尺寸建立仿真模型,如圖1所示,為了降低網(wǎng)格劃分周期及計算機的占用率,用3D對稱模型(即一半模型進行分析)。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖4  

圖1 仿真模型


二、網(wǎng)格劃分

首先對飛機進行網(wǎng)格劃分,然后在WORKBENCH中進行下一步的材料賦予,具體網(wǎng)格模型如圖2所示。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖5  

圖2 飛機網(wǎng)格模型


三、材料賦予

1、機頭材料

機頭材料采用鈦合金TI 6%AL4%V 

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖6  


2、機展材料

機展材料采用鋁合金AL7075-T6

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖7  


3、機身材料

機身材料材料復(fù)合材料復(fù)合材料種類很多這里用軟件自帶的玻璃鋼類的復(fù)合材料,POLYCARB。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖8  


4、機身上部材料

機身上部材料采用鋁合金AL7075-T6

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖9  


5、機翼材料

機翼材料采用同上3.3的復(fù)合材料POLYCARB

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖10  


6、垂尾材料

垂尾材料采用鋁合金AL7075-T6

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖11  


7、發(fā)動機材料

發(fā)動機材料采用鈦合金TI 6%AL4%V

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖12  


8、破片材料

破片材料采用鋼STEEL-1006,破片尺寸為10×10×10mm的立方體 

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖13  


四、侵徹仿真

10×10×10mm的立方體鋼塊分別以2000m/s的速度侵徹飛機的四個位置,包括機頭、機翼、垂尾、發(fā)動機。為了能更好的突出仿真結(jié)果,本次仿真對同一位置采用兩個破片對稱同時侵徹的方式進行。

1、發(fā)動機侵徹

發(fā)動機侵徹的破片位置的仿真圖如圖3所示,其中藍色為兩個對稱的破片。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖14  
結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖15  

圖3 侵徹發(fā)動機破片位置


2、發(fā)動機侵徹結(jié)果

發(fā)動機侵徹仿真結(jié)果見視頻1(發(fā)動機侵徹),侵徹過程破片的速度不斷衰減趨勢如圖4所示。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖16  

圖4 破片侵徹的速度衰減 

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖17  

發(fā)動機侵徹


3、機頭侵徹

機頭侵徹的破片位置的仿真圖如圖5所示,其中藍色為兩個對稱的破片。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖18  
結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖19  

圖5 侵徹機頭破片位置


4、機頭侵徹結(jié)果

機頭侵徹仿真結(jié)果見視頻2(機頭侵徹),由于機頭為鈦合金實體,因此侵徹效果不理想,立方體破片碰撞機頭后發(fā)生變形,機頭僅形成小塊凹坑。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖20  

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖21  

機頭侵徹


5、機翼侵徹

機翼侵徹的破片位置的仿真圖如圖6所示,其中藍色為兩個對稱的破片。 

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖22  
結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖23  


6、機翼侵徹結(jié)果

機翼侵徹仿真結(jié)果見視頻3(機翼侵徹),不難看出立方體破片先在機翼上形成很大的凹坑,在背面形成很大的鼓包,隨后穿透機翼。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖24  

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖25  

機翼侵徹


7、垂尾侵徹

垂尾侵徹的破片位置的仿真圖如圖7所示,其中藍色為兩個對稱的破片。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖26  


8、垂尾侵徹結(jié)果

垂尾侵徹仿真結(jié)果見視頻4(垂尾侵徹),也不難看出立方體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。

結(jié)構(gòu)專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖27  

垂尾侵徹


五、結(jié)論

由此可見,破片的速度大小、尺寸、材料相同的情況下,沖擊飛行不同位置造成的效果不同。




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