結構專欄 | 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,防空導彈,有陸基、艦載、潛艇發射的防空導彈,有遠程、中程、近程防空導彈,又有單兵肩扛式防空導彈,甚至微型專門用來對付無人機的防空導彈等,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彈最厲害一說,只能說某個國家在某個領域的防空導彈出類拔萃,相對來說作戰能力較為強悍。

結構專欄 | 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,都有各自在某個領域非常杰出的防空導彈,本文根據網絡已經公開的資料對艦載和陸地防空導彈進行簡單的介紹。重點介紹防空彈產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。

限于作者研究領域有限和軟件操作習慣等因素,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、艦載導彈-RIM162增程海麻雀

比如艦載中程防空導彈中紅旗-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彈的桂冠賦予了能實施“1彈4坑”布置的RIM162增程海麻雀。

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖2  



2、陸基遠程防空導彈

陸基遠程防空導彈:美國THAAD“薩德”防空導彈系統,就目前來看,最先進最牛叉的,除了防空導彈本身厲害以外,采用動能殺傷技術,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,作戰高度為40至150公里,最大射程300公里,可防衛半徑200千米的區域。


最厲害的是其X波段雷達系統,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,故具備相當的反隱型戰機能力。

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖3  


THAAD“薩德”系統能在580千米左右的距離精確評估目標彈頭的預計位置,并識別假彈頭;是唯一能在大氣層內和大氣層外攔截彈道導彈的防空系統,事實上屬于末段高空區域防御系統。(以上內容引用知乎)以下是筆者對防空彈產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

根據飛機的尺寸建立仿真模型,如圖1所示,為了降低網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)。

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖4  

圖1 仿真模型


二、網格劃分

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

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖5  

圖2 飛機網格模型


三、材料賦予

1、機頭材料

機頭材料采用鈦合金TI 6%AL4%V 

結構專欄 | 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

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖7  


3、機身材料

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

結構專欄 | 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

結構專欄 | 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的復合材料POLYCARB

結構專欄 | 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

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖11  


7、發動機材料

發動機材料采用鈦合金TI 6%AL4%V

結構專欄 | 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 

結構專欄 | 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、發動機。為了能更好的突出仿真結果,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、發動機侵徹

發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。

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖14  
結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖15  

圖3 侵徹發動機破片位置


2、發動機侵徹結果

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

結構專欄 | 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 

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖17  

發動機侵徹


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。

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖18  
結構專欄 | 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、機頭侵徹結果

機頭侵徹仿真結果見視頻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生變形,機頭僅形成小塊凹坑。

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖20  

結構專欄 | 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。 

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖22  
結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖23  


6、機翼侵徹結果

機翼侵徹仿真結果見視頻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。

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖24  

結構專欄 | 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。

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖26  


8、垂尾侵徹結果

垂尾侵徹仿真結果見視頻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。

結構專欄 | 防空彈碎片對飛機的侵徹仿真的圖27  

垂尾侵徹


五、結論

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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