2024年5月26日发(作者：陀子童)

Ｖｏ１．３８．Ｎｏ．２　

火力与指挥控制　

第３８卷第２期　

Ｆｅｂ，２０１３　Ｆｉｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ＆Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　

２０１３年２月　

文章编号：１００２—０６４０（２０１３）０２—００７９—０４　

密闭空问战斗部爆炸冲击波的数值模拟　

朱战飞ｔ，石全ｚ，王广彦　，路航ｚ　

（１．解放军６３８９３部队，河南洛阳４７１０００；２．军械工程学院，石家庄０５０００３）　

摘要：地下目标腔室具有明显的“封闭效应”，通过分析典型地下目标的结构特点，构建了战斗部在某一单体　

目标内部爆炸的有限元模型，采用ＡＬＥ算法实现了冲击波对设备的力学加载。研究表明，该方法能够有效模拟冲击　

波的反射、绕流、衍射等现象，所得结论可为地下目标的结构设计和设备的有效防护提供依据。　

关键词：地下目标，冲击波，数值模拟　

中图分类号：０３８３　文献标识码：Ａ　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄａｍａｇｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　Ｓｈｏｃｋ　Ｗａｖｅ　ｏｆ　

Ｗａｒｈｅａｄ　Ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｉｎ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｏｂｔｕｒａｔｉｏｎ　Ｓｐａｃｅ　

ＺＨＵ　Ｚｈａｎ－ｆｅｉ。，ＳＨＩ　Ｑｕａｎ　，ＷＡＮＧ　Ｇｕａｎｇ－ｙａｎ　，ＬＵ　Ｈａｎｇ２　

（１．Ｕｎｉｔ　６３８９３。厂咒Ａ，Ｌｕｏｙａｎｇ　４７１０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｏｒｄｎａｎｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５０００３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｉｏｒ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｔａｒｇｅｔ　ｈａｓ　ｅｖｉｄｅｎｔ　ｏｂｔｕｒａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　

ｏｆ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｔａｒｇｅｔ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｗａｒｈｅａｄ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｉｏｒ　

ｏｆ　ｏｎｅ　ｍｏｎｏｍｅｒ　ｔａｒｇｅｔ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｓｈｏｃｋ　ｗａｖｅ　ｔｏ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｂｙ　ＡＬＥ　

ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ，　

ｃｉｒｃｕｍａｍｂｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｏｃｋ　ｗａｖｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｈａｖｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　

ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｔａｒｇｅｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｄｅｆｅｎｄ　ｏｆ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｔａｒｇｅｔ，ｓｈｏｃｋ　ｗａｖｅ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

引　言　

本文通过分析典型地下目标的结构特点，选取　

合理的材料模型，采用ＡＬＥ算法，构建单体目标的　

精确制导技术的不断提高以及钻地武器侵彻能　

有限元模型，再现爆炸冲击波的形成、传播以及遇　

力的日趋加强，使得钻地弹穿透掩体到达地下目标　

到设备阻挡时的绕流过程，对目标腔室内爆冲击波　

腔室内部爆炸成为可能。与地上的开放空间相比，地　

的传播特性、峰值压力变化特点、设备的动态变形情　

下目标的腔室内部是一个相对封闭的系统，具有明　

况进行详细分析。　

显的“封闭效应”。当战斗部在开放空间爆炸时，杀伤　

效应按作用距离由近到远，依次是热杀伤、冲击波杀　

１　几何模型的确立　

伤、破片杀伤。然而当战斗部在密闭空间中爆炸时，　

１．１地下目标分析　

破片会被四周墙壁、底面、顶面及防护装置阻挡，难　以军级坑道类指挥工程为例进行分析，其作为　

以对内部目标产生有效杀伤，而内爆炸产生的冲击　

一

种典型的地下目标，在信息化条件下的局部战争　

波遇到墙壁或其他障碍物阻拦时，会发生反射、叠　中发挥着重要作用，通常由主功能区、配套功能区、　

加、绕流等现象，并表现出超压峰值高、峰值次数多、　维护管理功能区以及生活辅助功能区等部分组成，　

持续时间长、杀伤无死角的特点［．－，因此，冲击波毁　每个功能区又由基本单元组成，基本单元的面积通　

伤就成为了对地下目标毁伤的最主要手段。　

常不会很大。单体目标通常由顶部防护层、侧墙、底　

收稿日期：２０１１－１２—１６　修回日期：２０１２—０１—２９　

作者简介：朱战飞（１９８５一　），男，河南焦作人，助理工程师，硕士研究生。研究方向：毁伤仿真、电子对抗朝ｌ练。　

・

７９・　

（总第３８—０２５８）　火力与指挥控制　２０１３年第２期　

板、通风口、入口、防护门、外部通讯、内部人员及设备　

（计算机、大屏幕指显、通讯设备等）等部分组成　］。　

考虑到研究对象结构复杂、工程庞大等特点，本文　

仅对战斗部在某一单体目标内部爆炸的冲击波传　

播规律及内部设备动态变形进行数值计算。　

１．２几何模型确定　

———　

文献［３—４］假定地面、坑道壁面为刚性界面，即　

＼Ｊ　●●　Ｉ　

二二二＝＝二二二二二二　

不通过弹塑性变形吸收爆炸能量，在ＬＳ—ＤＹＮＡ中通　

过约束空气质点的法向运动形成刚性边界，来模拟　

炸药在坑道内发生爆炸的工况。这时爆炸场只涉及　

爆轰产物和空气两种介质，大大简化了计算的复杂　

性。但由于缺乏对地面及四周墙壁的建模，使得爆炸　

所产生的能量在其中不存在衰减，故而造成所得结　

果较实际情况更为保守，且不能很好地实现冲击波　

传播过程中压力多峰值震荡这一现象。通常地下目　

标主房间（指挥室、会议室、通信机房等）的单间面积　

不超过１００　１１３：，房间高度不超过３　ｍ＿　。本文在利于　

研究又不失代表性的基础上，假定单体目标不设立　

通风口和防护门，顶部防护层、四周墙壁、地面均为　

混凝土材料，厚度均为３０　ｃｍ，内部空间为长方形六　

面体结构，长、宽、高分别为８００　ｃｍ、５００　ｃｍ、３００　ｃｍ。　

文献［１，５］通过建立合理的几何模型，研究了战　

斗部在密闭空间中爆炸冲击波的传播状态，但均没有　

考虑到目标腔室的内部设备，而实际上这些设备对冲　

击波的传播具有重大影响，且设备的动态毁伤效果、　

破坏程度也是关乎打击效果的关键指标。本文在充分　

分析腔室内部设备用途及结构的基础上，将设备简化　

为材料为钢、内部为空心的无底长方体，固定在腔室　

中心位置，长、宽、高分别为４００　ｃｍ、２００　ｃｍ、１５０　ｃｍ，　

四周及顶部等效钢板厚度均设定为１　ｃｍ。　

钻地弹穿透掩体到达目标腔室内部爆炸，恶劣　

的侵彻环境以及较大的侵彻深度要求弹体必须采　

用高强度材料且弹壁较厚，因而装药爆炸时弹体破　

碎和飞散所消耗的能量不容忽视。由于本文不研究　

破片的破坏作用，同时也不考虑破片对冲击波的影　

响，因而在去除用于战斗部外壳的破碎和飞散所需　

药量的基础上，为便于网格划分将战斗部简化为立　

方体装药，该部分爆炸所产生的能量全部用于冲击　

波的传播。其边长设定为３０　ｅｍ，上下表面中心同时　

起爆。为更贴近实际战斗部爆炸位置，装药质心距　

腔室侧面、底面的距离均设定为６５　ｃｍ。　

根据以上分析建立的几何模型如图ｌ所示。　

２　有限元模型的构建　

２．１模型参数选取　

ＴＮＴ炸药采用高能炸药爆轰模型ＭＡＴ＿ＨＩＧＨ一　

・

８Ｏ・　

图１几何模型不意图　

ＥＸＰＬＯＳＩＶＥ

—

ＢＵＲＮ和ＥＯＳ＿ＪＷＬ状态方程来描述，　

并假定爆轰前沿以常速率传播。根据文献［６］，本文计　

算中取炸药密度ｐ＝１．６３１　ｇ／ｃｍ３，爆速Ｄ＝６７１７ｍ／ｓ，爆轰　

波阵面压力　Ｆ１．８５ＧＰ　ＪＷＬ状态方程中主要输Ａ参数　

为：Ａ＝５４０．９　ＧＰ　，Ｂ＝９．３７３　Ｇ１）ａ，Ｒｌ－４．５，Ｒ２＝１．１，ｏｊ－－－０．３５。　

空气采用ＭＡＴ＿ＮＵＬＬ材料模型和线性多项式　

状态方程ＥＯＳ—ＬＩＮＥＡＲ＿ＰＯＬＹＮＯＭＩＡＬ进行描述，　

将其简化为非粘性理想气体，并假设冲击波的膨胀　

为绝热过程，由此得到空气的状态方程表达式为：　

（　一１）ｐ２Ｅｏ２１　，式中：相对密度Ｐ２＝１．２９×１０。ｇ／ｃｍ　，　

绝热指数ｙ＝１．４，空气内能Ｅ　＝０．２５　ＭＰａ。　

钢板采用ＭＡＴ＿ＪＯＨＮＳＯＮ—ＣＯＯＫ材料模型和　

ＥＯＳ

—

ＧＲＵＮＥＩＳＥＮ状态方程来描述，该模型被广泛　

应用于金属爆炸成型、弹体侵彻与冲击等问题的数　

值模拟。混凝土采用ＭＡＴ＿ＪＯＨＮＳＯＮ—ＨＯＬＭＱＵＩＳＴ＿　

ＣＯＮＣＲＥＴＥ材料模型来描述，即ＨＪＣ模型。钢板和　

混凝土模型参数众多，受篇幅限制，文中不对各参数　

的具体意义及取值进行一一说明，详见文献［７－９］。　

２．２网格划分及算法选则　

合理的网格大小既要保证数值模拟的精度，又不　

会占用大量的计算资源，本文在试算后将炸药、空气　

及混凝土单元边长设定为１Ｏ，设备单元边长设定为　

３，统一采用ｃｍ—ｇ—Ｉ．Ｌ　ｓ—ｋ单位制。所有模型均选用８　

节点三维实体单元ＳＯＬＩＤ１６４进行映射网格划分。为　

使冲击波通过四周混凝土层外表面时透射出去而不　

产生反射效应，在外表面添加无反射边界条件。　

数值模型由炸药、空气、混凝土及设备４部分　

组成，其中炸药、空气及混凝土３种材料采用欧拉　

网格建模，单元使用多物质ＡＬＥ算法，使冲击波可　

以通过空气和四周混凝土介质传送；设备采用拉格　

朗日网格建模，建模时设备的网格与空气网格重叠　

交叉，通过定义Ｌａｇｒａｎｇｅ和ＡＬＥ的耦合实现爆炸过　

程中冲击波对设备力学加载的流固耦合模拟。　

３仿真结果与分析　

３．１　冲击波的形成、传播及绕流过程　

下页图２是炸药爆炸后不同时刻腔室内部等　

朱战飞，等：密闭空间战斗部爆炸冲击波的数值模拟　（总第３８—０２５９）　

压面变化情况。从图２（１）可以看出，由于爆炸产生　

的高温、高压爆轰产物急剧膨胀，把周围空气从原　

来位置迅速排挤出去，从而形成冲击波，由于炸药　

简化为立方体装药，且为上下表面中心同时起爆，　

因而初始波阵面近似表现为球形；当ｔ＝２４０　左右　

时，波阵面首先到达腔室左侧面及底面，爆炸冲击　

波与混凝土层相互作用，一方面冲击波穿过土层内　

表面向外层传播，另一方面受到土层的阻挡产生反　

射波，迎爆面上压力迅速增大，如图２（２）所示；当　

ｔ＝６ＯＯ／ｚｓ左右时，冲击波传播到设备左端位置，由　

于设备的存在，冲击波向右传播发生了截面突缩的　

传播过程，此时在设备左端面形成非稳定的环流，　

冲击波在对设备产生破坏作用的同时绕过左侧端　

面沿着设备与混凝土层之间的间隙传播，如图２（３）　

所示；当ｔ＝ｌ　２６０／ｚｓ左右时，波阵面到达腔室顶面及　

前后两侧面，并发生明显的反射效应，反射波与入　

射波叠加后向右迅速传播，并在迎爆面附近形成明　

显的高压区，如图２（４）所示；当ｔ＝６　５４０　ｓ左右时，　

冲击波沿着设备与混凝土层之间的间隙传播到设　

备右端面，较为混乱的流场也逐渐变化为较为稳定　

的平面冲击波，随后空气截面发生突扩，冲击波在　

此处产生衍射，衍射产生的冲击波在达到腔室底面　

时，又与底面发生反射，产生的反射波与入射波继　

续向右传播，如图２（５）所示；从图２（６）可以看出，　

此时冲击波已到达腔室右侧面，并与混凝土层发生　

反射作用，反射产生的冲击波向腔室左侧传播，当　

到达设备右侧面、左侧面时将分别再次发生绕流及　

衍射现象，如图２（７）、图２（８）所示，而后继续向左　

传播直至到达腔室左侧端面发生反射，如此反复，　

直至冲击波超压衰减为零。　

二：　：　二　

（１）　

蠢

（２）　

（４）　

图２冲击波等压面随时间变化图　

３．２冲击波超压分析　

通过观察上节中腔室内部冲击波传播过程中　

等压面变化情况可以看出，内部压力始终保持较明　

显的持续变化，并在混凝土层内表面发生极其复杂　

的反射、叠加现象，棱边、墙角处均保持较大的冲击　

波压力。为了进一步研究腔室内部不同位置处爆炸　

冲击波超压情况，在腔室内部垂直于宽度方向的中　

断面上选取了７个测点，单元号依次为：１２４２２９、　

１０９０２７、１０８８７３、１０８４５５、１０８０１　５、１０７７７３和１２４２８６。　

测点位置及各点超压时程曲线如图３所示。　

０　

—

０　

誉ｏ　

器ｏ　

０　

时间（１０’“ｓ）　

（２）　

２　

幽　

　．

时间（１Ｏ　ｓ）　

（３）　

８　

—

６　

砉　

４　

幽　

・

８ｌ　・　

（总第３８—０２６０）　火力与指挥控制　２０１３年第２期　

经历了反复反射后，爆炸能量的空间分布变得分散造　

成的，两点处第二次峰值是由于冲击波到达腔室右侧　

面时反射引起的，且Ｂ点处反射超压大于入射超压。　

３．３设备损伤分析　

１．４　

１　２　

ｌ　

０．８　

０．６　

０．４　

０２　

Ｏ　

Ｏ　５　１０　ｌ５　２Ｏ　２５　３Ｏ　

时问（１０　ＩＸ　ｓ）　

（２）　

时间（１０　ｕ　Ｓ）　

（３）　

时间（１０　¨ｓ）　

（４）　

图４节点位置及其位移时程曲线　

为描述冲击波在密闭空间中传播时遇到设备　

时的绕流及衍射现象，将设备等效成材料为钢、内　

部为空心的无底长方体，同时为了避免设备变形过　

大造成钢板单元失效，将钢板等效厚度设定较大。　

通过分析设备典型位置处节点的位移时程曲线可　

知，如图４所示。当波阵面到达设备左侧面时，在强　

冲击波的急剧作用下，由于设备结构的整体相关　

性，各节点处的位移均迅速上升至一个极大值；而　

・

８２・　

后随着波阵面的继续传播，冲击波强度逐渐变弱，　

各节点处位移有所回弹；但在冲击波压力长时间作　

用下，各节点处位移又经历了一个持续缓慢的增长　

过程。另外，从图４（２）可以看出，左侧面中心节点处　

的最大位移远大于其他表面中心节点，其原因主要是　

左侧面作为迎爆面受到的压力最大；从图４（３）、图４　

（４）还可以看出，无论设备哪一个表面，中心节点处的　

位移始终最大，这主要是因为炸药爆炸后形成的冲击　

波对设备表面的加载体现为面荷载，而靠近棱边处节　

点所受到其他表面的简支作用越强，故位移越小。　

４　结　论　

本文运用数值模拟的手段，再现了内爆炸条件　

下冲击波在密闭空间中的传播规律以及遇到设备　

阻挡时的绕流过程，分析了腔室内部不同位置处单　

元超压随时间的变化情况，最后通过比较设备表面　

不同位置处节点的位移，研究了设备在冲击波作用　

下的损伤情况。根据研究可以得出结论：　

（１）通过建立包括炸药、空气、混凝土层、设备　

等多个对象在内的三维有限元模型，采用多物质　

ＡＬＥ算法，实现了冲击波在腔室内部复杂的反射、　

叠加、绕流、衍射等现象。结果表明，该方法综合考　

虑了炸药起爆、冲击波在腔室内部传播及其与设备　

的耦合作用，保证了爆炸荷载的真实性和正确性，　

较好的反映了腔室内爆情况下冲击波的传播规律。　

（２）通过选用ＨＪＣ材料模型对密闭空间地面及　

四周墙壁的建模，比通过约束空气质点的法向运动　

来形成刚性边界这一做法更好的实现了冲击波传播　

过程中压力多峰值震荡这一现象。经观察冲击波传　

播过程中腔室内部等压面变化情况发现，棱边、墙角　

处均保持较大的冲击波压力，因此在实际单体目标　

的构筑中，应格外注意棱边、墙角处的加固防护。　

（３）通过定义Ｌａｇｒａｎｇｅ和ＡＬＥ的耦合实现爆炸　

过程中冲击波对设备力学加载的流固耦合模拟，得　

到了设备各节点处的位移时间曲线。经分析可知，　

左侧面（迎爆面）上节点位移变化较大，在实际设备　

设计时应注意采用高强度材料或者进行加厚处理；　

另外所有表面中心节点处的位移均最大，应在设计　

时考虑对靠近设备表面中心位置的地方进行加厚　

处理或采取其他加强措施。　

参考文献：　

［１］王琦．温压战斗部爆炸冲击波毁伤小子样试验鉴定方　

法『Ｄ］．石家庄：军械工程学院，２０１０．　

（下转第８６页）　

（总第３８—０２６４）　火力与指挥控制　２０１３年第２期　

收设备口径、大气能见度，系统作用距离超过１．２　

ｋｍ时，询问设备处回波激光信号的能量密度将低　

于５　ｆＪ］ｍｍ２使询问设备接收回波信号非常困难。　

提到，分光镜分光系数可以达到０．９，在一定程度上　

提高了回波信号的能量密度。　

４　结　论　

本文的仿真计算结果表明对于无源激光敌我　

识别设备，系统作用距离较小，提高系统作用距离　

３　影响系统作用距离的因素分析　

通过前面仿真计算，验证了系统作用距离是限　

制无源激光敌我识别设备的主要因素之一。因此，提　

高系统作用距离是发展无源激光敌我识别设备的首　

要任务。下面分析影响系统作用距离各种因素。　

询问设备激光光束束散角是影响激光回波信　

号能量密度重要因素之一，因此，也是决定无源激　

光敌我识别设备的作用距离的指标之一。分别取束　

是发展无源激光敌我识别设备首要解决的问题。为　

了提高系统作用距离，可以采取减小光束束散角、　

提高发射功率、增大接收设备分光比等几条途径。　

其中，减小系统询问激光光束束散角是效果较好、　

切实可行的方法。在系统作用距离仿真计算过程　

中，只考虑了大气衰减，未考虑大气散射、大气湍流　

等因素。　

参考文献：　

散角为８　ｍａｒｄ、６　ｍｒａｄ、５　ｍｒａｄ，回波信号能量密度　

随系统作用距离变化关系如图５所示。当束散角　

／９０＝１　ｍｒａｄ时，在ｚ　＿ｚ２＝１　ｋｍ的情况下，可以计算得　

出询问设备周围０．５　ｍ半径范围内的能量密度可以　

达到６３．５４　ｐＪ／ｍｍ　。通过减小光束束散角提高系统　

作用距离的优点是不会很大程度上增大系统体积，　

是切实可行的方法。　

［１］施建良，王志兴，贺安之，等．激光束编码的敌我目标识　

别及其密码器设计［Ｊ］．上海交通大学学报，１９９８，３２　

（６）：１４８—１５２．　

提高询问设备激光发射功率也能提高激光敌　

我识别系统的作用距离。当发射功率达到２０　ＭＷ　

时，系统作用距离可以提高到２　ｋｍ左右，此时询问　

设备接收到的回波信号能量密度为８．１６　ｆＪ／ｍｍｚ。　

［２］　幺立蓉，杨万海．敌我识别系统的现状及发展［Ｊ１］．火控　

雷达技术，２００４，３３（２）：５３—５７．　

［３］　削ｌ顷旺，李升才，张长泉等．敌我识别系统及其进展［Ｊ］．　

火力与指挥控制，２００８，３３（１１）：５～７．　

［４］张向前．激光敌我识别中应答机系统的研究与设计［Ｄｊ．　

成都：电子科技大学，２００５．　

［５］尹福昌．激光敌我目标识别［Ｊ］．光学精密工程，１９９４，２　

（３）：３６—４０．　

对于被询问设备，可以通过增大脉冲接收设备　

口径、增大分光镜分光系数提高系统作用距离。但　

是增大被询问设备接收口径，不利于系统的小型　

化，每一套激光敌我识别设备会在不同方向上设置　

多个脉冲接收设备，因此，增大被询问设备接收口　

径会导致系统体积迅速增加；提高分光镜分光系　

数，使分光镜投射的光能减少，反射的激光能量增　

加，是提高系统作用距离的有效途径，在文献［４］中　

［６］吴健，杨春平，刘建斌．大气中的光传输理论［Ｍ］．北　

京：北京邮电大学出版社，２００５．　

［７］　吕百达．激光光学激光束的传输变换和光束质量控制　

［Ｍ］．成都：四川大学出版社，１９９２．　

（上接第８２页）　

２０１０．２４（２）：８１－８７，　

［２］梁国栋．钻地弹攻击地下目标的效能评估［Ｄ］．南京：南京　

理工大学，２００７．　

［７］王林，李彤华，李晓辉，等．人员目标特性的战斗部杀伤　

威力评价方法［ｊｊ＿四川兵工学报，２０１１，３２（１１）：　

１２２—１２４．　

［３］吴云泉，许金余，陈海天，等．坑道口部爆炸冲击波压力传　

播规律［ｎ空军工程大学学报，２００９，１０（５）：９０～９４．　

［４］朱建，王曙光，陆伟东．坑道内挡板对化爆冲击波消减　

［８］汪德武，高洪泉，杜海霞，等．斜侵彻弹体运动分析与仿真　

［Ｊ］．弹箭与制导学报，２００６，２６（３）：１２１—１２３．　

［９］Ｈｏｌｍｑｕｉｓｔ　Ｔ　Ｊ，Ｊｏｈｎｓｏｎ　Ｇ　Ｒ，Ｃｏｏｋ　Ｗ　Ｈ．Ａ　Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　

Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｔｒａｉｎｓ，　

作用的数值模拟［Ｊ］．爆破，２００８，２５（２）：２６—２９．　

［５］陈昊，陶钢，蒲元．温压药在有限空间内爆炸冲击　

波的实验研究及数值模拟［ｎ火炸药学报，２００９．３２（５）：　

４１－４６．　

Ｈｉｇｈ　Ｓｔｒａｉｎ　Ｒａｔｅｓ，ａｎｄ　Ｈｉｇｈ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ　ｌ　Ｃ　Ｊ／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　

ｔｈｅ　１４ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｂａｌｌｉｓｌｉｅｓ，Ｑｕｅｂｅｃ，　

［６］邓荣兵，金先龙，陈峻，等．爆炸冲击波对玻璃幕墙破坏　

１９９３．　

作用的多物质ＡＬＥ有限元模拟［Ｊ］．高压物理学报，　

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2024年5月26日发(作者：陀子童)

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文章编号：１００２—０６４０（２０１３）０２—００７９—０４　

密闭空问战斗部爆炸冲击波的数值模拟　

朱战飞ｔ，石全ｚ，王广彦　，路航ｚ　

（１．解放军６３８９３部队，河南洛阳４７１０００；２．军械工程学院，石家庄０５０００３）　

摘要：地下目标腔室具有明显的“封闭效应”，通过分析典型地下目标的结构特点，构建了战斗部在某一单体　

目标内部爆炸的有限元模型，采用ＡＬＥ算法实现了冲击波对设备的力学加载。研究表明，该方法能够有效模拟冲击　

波的反射、绕流、衍射等现象，所得结论可为地下目标的结构设计和设备的有效防护提供依据。　

关键词：地下目标，冲击波，数值模拟　

中图分类号：０３８３　文献标识码：Ａ　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄａｍａｇｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　Ｓｈｏｃｋ　Ｗａｖｅ　ｏｆ　

Ｗａｒｈｅａｄ　Ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｉｎ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｏｂｔｕｒａｔｉｏｎ　Ｓｐａｃｅ　

ＺＨＵ　Ｚｈａｎ－ｆｅｉ。，ＳＨＩ　Ｑｕａｎ　，ＷＡＮＧ　Ｇｕａｎｇ－ｙａｎ　，ＬＵ　Ｈａｎｇ２　

（１．Ｕｎｉｔ　６３８９３。厂咒Ａ，Ｌｕｏｙａｎｇ　４７１０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｏｒｄｎａｎｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５０００３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｉｏｒ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｔａｒｇｅｔ　ｈａｓ　ｅｖｉｄｅｎｔ　ｏｂｔｕｒａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　

ｏｆ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｔａｒｇｅｔ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｗａｒｈｅａｄ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｉｏｒ　

ｏｆ　ｏｎｅ　ｍｏｎｏｍｅｒ　ｔａｒｇｅｔ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｓｈｏｃｋ　ｗａｖｅ　ｔｏ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｂｙ　ＡＬＥ　

ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ，　

ｃｉｒｃｕｍａｍｂｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｏｃｋ　ｗａｖｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｈａｖｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　

ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｔａｒｇｅｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｄｅｆｅｎｄ　ｏｆ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｔａｒｇｅｔ，ｓｈｏｃｋ　ｗａｖｅ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

引　言　

本文通过分析典型地下目标的结构特点，选取　

合理的材料模型，采用ＡＬＥ算法，构建单体目标的　

精确制导技术的不断提高以及钻地武器侵彻能　

有限元模型，再现爆炸冲击波的形成、传播以及遇　

力的日趋加强，使得钻地弹穿透掩体到达地下目标　

到设备阻挡时的绕流过程，对目标腔室内爆冲击波　

腔室内部爆炸成为可能。与地上的开放空间相比，地　

的传播特性、峰值压力变化特点、设备的动态变形情　

下目标的腔室内部是一个相对封闭的系统，具有明　

况进行详细分析。　

显的“封闭效应”。当战斗部在开放空间爆炸时，杀伤　

效应按作用距离由近到远，依次是热杀伤、冲击波杀　

１　几何模型的确立　

伤、破片杀伤。然而当战斗部在密闭空间中爆炸时，　

１．１地下目标分析　

破片会被四周墙壁、底面、顶面及防护装置阻挡，难　以军级坑道类指挥工程为例进行分析，其作为　

以对内部目标产生有效杀伤，而内爆炸产生的冲击　

一

种典型的地下目标，在信息化条件下的局部战争　

波遇到墙壁或其他障碍物阻拦时，会发生反射、叠　中发挥着重要作用，通常由主功能区、配套功能区、　

加、绕流等现象，并表现出超压峰值高、峰值次数多、　维护管理功能区以及生活辅助功能区等部分组成，　

持续时间长、杀伤无死角的特点［．－，因此，冲击波毁　每个功能区又由基本单元组成，基本单元的面积通　

伤就成为了对地下目标毁伤的最主要手段。　

常不会很大。单体目标通常由顶部防护层、侧墙、底　

收稿日期：２０１１－１２—１６　修回日期：２０１２—０１—２９　

作者简介：朱战飞（１９８５一　），男，河南焦作人，助理工程师，硕士研究生。研究方向：毁伤仿真、电子对抗朝ｌ练。　

・

７９・　

（总第３８—０２５８）　火力与指挥控制　２０１３年第２期　

板、通风口、入口、防护门、外部通讯、内部人员及设备　

（计算机、大屏幕指显、通讯设备等）等部分组成　］。　

考虑到研究对象结构复杂、工程庞大等特点，本文　

仅对战斗部在某一单体目标内部爆炸的冲击波传　

播规律及内部设备动态变形进行数值计算。　

１．２几何模型确定　

———　

文献［３—４］假定地面、坑道壁面为刚性界面，即　

＼Ｊ　●●　Ｉ　

二二二＝＝二二二二二二　

不通过弹塑性变形吸收爆炸能量，在ＬＳ—ＤＹＮＡ中通　

过约束空气质点的法向运动形成刚性边界，来模拟　

炸药在坑道内发生爆炸的工况。这时爆炸场只涉及　

爆轰产物和空气两种介质，大大简化了计算的复杂　

性。但由于缺乏对地面及四周墙壁的建模，使得爆炸　

所产生的能量在其中不存在衰减，故而造成所得结　

果较实际情况更为保守，且不能很好地实现冲击波　

传播过程中压力多峰值震荡这一现象。通常地下目　

标主房间（指挥室、会议室、通信机房等）的单间面积　

不超过１００　１１３：，房间高度不超过３　ｍ＿　。本文在利于　

研究又不失代表性的基础上，假定单体目标不设立　

通风口和防护门，顶部防护层、四周墙壁、地面均为　

混凝土材料，厚度均为３０　ｃｍ，内部空间为长方形六　

面体结构，长、宽、高分别为８００　ｃｍ、５００　ｃｍ、３００　ｃｍ。　

文献［１，５］通过建立合理的几何模型，研究了战　

斗部在密闭空间中爆炸冲击波的传播状态，但均没有　

考虑到目标腔室的内部设备，而实际上这些设备对冲　

击波的传播具有重大影响，且设备的动态毁伤效果、　

破坏程度也是关乎打击效果的关键指标。本文在充分　

分析腔室内部设备用途及结构的基础上，将设备简化　

为材料为钢、内部为空心的无底长方体，固定在腔室　

中心位置，长、宽、高分别为４００　ｃｍ、２００　ｃｍ、１５０　ｃｍ，　

四周及顶部等效钢板厚度均设定为１　ｃｍ。　

钻地弹穿透掩体到达目标腔室内部爆炸，恶劣　

的侵彻环境以及较大的侵彻深度要求弹体必须采　

用高强度材料且弹壁较厚，因而装药爆炸时弹体破　

碎和飞散所消耗的能量不容忽视。由于本文不研究　

破片的破坏作用，同时也不考虑破片对冲击波的影　

响，因而在去除用于战斗部外壳的破碎和飞散所需　

药量的基础上，为便于网格划分将战斗部简化为立　

方体装药，该部分爆炸所产生的能量全部用于冲击　

波的传播。其边长设定为３０　ｅｍ，上下表面中心同时　

起爆。为更贴近实际战斗部爆炸位置，装药质心距　

腔室侧面、底面的距离均设定为６５　ｃｍ。　

根据以上分析建立的几何模型如图ｌ所示。　

２　有限元模型的构建　

２．１模型参数选取　

ＴＮＴ炸药采用高能炸药爆轰模型ＭＡＴ＿ＨＩＧＨ一　

・

８Ｏ・　

图１几何模型不意图　

ＥＸＰＬＯＳＩＶＥ

—

ＢＵＲＮ和ＥＯＳ＿ＪＷＬ状态方程来描述，　

并假定爆轰前沿以常速率传播。根据文献［６］，本文计　

算中取炸药密度ｐ＝１．６３１　ｇ／ｃｍ３，爆速Ｄ＝６７１７ｍ／ｓ，爆轰　

波阵面压力　Ｆ１．８５ＧＰ　ＪＷＬ状态方程中主要输Ａ参数　

为：Ａ＝５４０．９　ＧＰ　，Ｂ＝９．３７３　Ｇ１）ａ，Ｒｌ－４．５，Ｒ２＝１．１，ｏｊ－－－０．３５。　

空气采用ＭＡＴ＿ＮＵＬＬ材料模型和线性多项式　

状态方程ＥＯＳ—ＬＩＮＥＡＲ＿ＰＯＬＹＮＯＭＩＡＬ进行描述，　

将其简化为非粘性理想气体，并假设冲击波的膨胀　

为绝热过程，由此得到空气的状态方程表达式为：　

（　一１）ｐ２Ｅｏ２１　，式中：相对密度Ｐ２＝１．２９×１０。ｇ／ｃｍ　，　

绝热指数ｙ＝１．４，空气内能Ｅ　＝０．２５　ＭＰａ。　

钢板采用ＭＡＴ＿ＪＯＨＮＳＯＮ—ＣＯＯＫ材料模型和　

ＥＯＳ

—

ＧＲＵＮＥＩＳＥＮ状态方程来描述，该模型被广泛　

应用于金属爆炸成型、弹体侵彻与冲击等问题的数　

值模拟。混凝土采用ＭＡＴ＿ＪＯＨＮＳＯＮ—ＨＯＬＭＱＵＩＳＴ＿　

ＣＯＮＣＲＥＴＥ材料模型来描述，即ＨＪＣ模型。钢板和　

混凝土模型参数众多，受篇幅限制，文中不对各参数　

的具体意义及取值进行一一说明，详见文献［７－９］。　

２．２网格划分及算法选则　

合理的网格大小既要保证数值模拟的精度，又不　

会占用大量的计算资源，本文在试算后将炸药、空气　

及混凝土单元边长设定为１Ｏ，设备单元边长设定为　

３，统一采用ｃｍ—ｇ—Ｉ．Ｌ　ｓ—ｋ单位制。所有模型均选用８　

节点三维实体单元ＳＯＬＩＤ１６４进行映射网格划分。为　

使冲击波通过四周混凝土层外表面时透射出去而不　

产生反射效应，在外表面添加无反射边界条件。　

数值模型由炸药、空气、混凝土及设备４部分　

组成，其中炸药、空气及混凝土３种材料采用欧拉　

网格建模，单元使用多物质ＡＬＥ算法，使冲击波可　

以通过空气和四周混凝土介质传送；设备采用拉格　

朗日网格建模，建模时设备的网格与空气网格重叠　

交叉，通过定义Ｌａｇｒａｎｇｅ和ＡＬＥ的耦合实现爆炸过　

程中冲击波对设备力学加载的流固耦合模拟。　

３仿真结果与分析　

３．１　冲击波的形成、传播及绕流过程　

下页图２是炸药爆炸后不同时刻腔室内部等　

朱战飞，等：密闭空间战斗部爆炸冲击波的数值模拟　（总第３８—０２５９）　

压面变化情况。从图２（１）可以看出，由于爆炸产生　

的高温、高压爆轰产物急剧膨胀，把周围空气从原　

来位置迅速排挤出去，从而形成冲击波，由于炸药　

简化为立方体装药，且为上下表面中心同时起爆，　

因而初始波阵面近似表现为球形；当ｔ＝２４０　左右　

时，波阵面首先到达腔室左侧面及底面，爆炸冲击　

波与混凝土层相互作用，一方面冲击波穿过土层内　

表面向外层传播，另一方面受到土层的阻挡产生反　

射波，迎爆面上压力迅速增大，如图２（２）所示；当　

ｔ＝６ＯＯ／ｚｓ左右时，冲击波传播到设备左端位置，由　

于设备的存在，冲击波向右传播发生了截面突缩的　

传播过程，此时在设备左端面形成非稳定的环流，　

冲击波在对设备产生破坏作用的同时绕过左侧端　

面沿着设备与混凝土层之间的间隙传播，如图２（３）　

所示；当ｔ＝ｌ　２６０／ｚｓ左右时，波阵面到达腔室顶面及　

前后两侧面，并发生明显的反射效应，反射波与入　

射波叠加后向右迅速传播，并在迎爆面附近形成明　

显的高压区，如图２（４）所示；当ｔ＝６　５４０　ｓ左右时，　

冲击波沿着设备与混凝土层之间的间隙传播到设　

备右端面，较为混乱的流场也逐渐变化为较为稳定　

的平面冲击波，随后空气截面发生突扩，冲击波在　

此处产生衍射，衍射产生的冲击波在达到腔室底面　

时，又与底面发生反射，产生的反射波与入射波继　

续向右传播，如图２（５）所示；从图２（６）可以看出，　

此时冲击波已到达腔室右侧面，并与混凝土层发生　

反射作用，反射产生的冲击波向腔室左侧传播，当　

到达设备右侧面、左侧面时将分别再次发生绕流及　

衍射现象，如图２（７）、图２（８）所示，而后继续向左　

传播直至到达腔室左侧端面发生反射，如此反复，　

直至冲击波超压衰减为零。　

二：　：　二　

（１）　

蠢

（２）　

（４）　

图２冲击波等压面随时间变化图　

３．２冲击波超压分析　

通过观察上节中腔室内部冲击波传播过程中　

等压面变化情况可以看出，内部压力始终保持较明　

显的持续变化，并在混凝土层内表面发生极其复杂　

的反射、叠加现象，棱边、墙角处均保持较大的冲击　

波压力。为了进一步研究腔室内部不同位置处爆炸　

冲击波超压情况，在腔室内部垂直于宽度方向的中　

断面上选取了７个测点，单元号依次为：１２４２２９、　

１０９０２７、１０８８７３、１０８４５５、１０８０１　５、１０７７７３和１２４２８６。　

测点位置及各点超压时程曲线如图３所示。　

０　

—

０　

誉ｏ　

器ｏ　

０　

时间（１０’“ｓ）　

（２）　

２　

幽　

　．

时间（１Ｏ　ｓ）　

（３）　

８　

—

６　

砉　

４　

幽　

・

８ｌ　・　

（总第３８—０２６０）　火力与指挥控制　２０１３年第２期　

经历了反复反射后，爆炸能量的空间分布变得分散造　

成的，两点处第二次峰值是由于冲击波到达腔室右侧　

面时反射引起的，且Ｂ点处反射超压大于入射超压。　

３．３设备损伤分析　

１．４　

１　２　

ｌ　

０．８　

０．６　

０．４　

０２　

Ｏ　

Ｏ　５　１０　ｌ５　２Ｏ　２５　３Ｏ　

时问（１０　ＩＸ　ｓ）　

（２）　

时间（１０　ｕ　Ｓ）　

（３）　

时间（１０　¨ｓ）　

（４）　

图４节点位置及其位移时程曲线　

为描述冲击波在密闭空间中传播时遇到设备　

时的绕流及衍射现象，将设备等效成材料为钢、内　

部为空心的无底长方体，同时为了避免设备变形过　

大造成钢板单元失效，将钢板等效厚度设定较大。　

通过分析设备典型位置处节点的位移时程曲线可　

知，如图４所示。当波阵面到达设备左侧面时，在强　

冲击波的急剧作用下，由于设备结构的整体相关　

性，各节点处的位移均迅速上升至一个极大值；而　

・

８２・　

后随着波阵面的继续传播，冲击波强度逐渐变弱，　

各节点处位移有所回弹；但在冲击波压力长时间作　

用下，各节点处位移又经历了一个持续缓慢的增长　

过程。另外，从图４（２）可以看出，左侧面中心节点处　

的最大位移远大于其他表面中心节点，其原因主要是　

左侧面作为迎爆面受到的压力最大；从图４（３）、图４　

（４）还可以看出，无论设备哪一个表面，中心节点处的　

位移始终最大，这主要是因为炸药爆炸后形成的冲击　

波对设备表面的加载体现为面荷载，而靠近棱边处节　

点所受到其他表面的简支作用越强，故位移越小。　

４　结　论　

本文运用数值模拟的手段，再现了内爆炸条件　

下冲击波在密闭空间中的传播规律以及遇到设备　

阻挡时的绕流过程，分析了腔室内部不同位置处单　

元超压随时间的变化情况，最后通过比较设备表面　

不同位置处节点的位移，研究了设备在冲击波作用　

下的损伤情况。根据研究可以得出结论：　

（１）通过建立包括炸药、空气、混凝土层、设备　

等多个对象在内的三维有限元模型，采用多物质　

ＡＬＥ算法，实现了冲击波在腔室内部复杂的反射、　

叠加、绕流、衍射等现象。结果表明，该方法综合考　

虑了炸药起爆、冲击波在腔室内部传播及其与设备　

的耦合作用，保证了爆炸荷载的真实性和正确性，　

较好的反映了腔室内爆情况下冲击波的传播规律。　

（２）通过选用ＨＪＣ材料模型对密闭空间地面及　

四周墙壁的建模，比通过约束空气质点的法向运动　

来形成刚性边界这一做法更好的实现了冲击波传播　

过程中压力多峰值震荡这一现象。经观察冲击波传　

播过程中腔室内部等压面变化情况发现，棱边、墙角　

处均保持较大的冲击波压力，因此在实际单体目标　

的构筑中，应格外注意棱边、墙角处的加固防护。　

（３）通过定义Ｌａｇｒａｎｇｅ和ＡＬＥ的耦合实现爆炸　

过程中冲击波对设备力学加载的流固耦合模拟，得　

到了设备各节点处的位移时间曲线。经分析可知，　

左侧面（迎爆面）上节点位移变化较大，在实际设备　

设计时应注意采用高强度材料或者进行加厚处理；　

另外所有表面中心节点处的位移均最大，应在设计　

时考虑对靠近设备表面中心位置的地方进行加厚　

处理或采取其他加强措施。　

参考文献：　

［１］王琦．温压战斗部爆炸冲击波毁伤小子样试验鉴定方　

法『Ｄ］．石家庄：军械工程学院，２０１０．　

（下转第８６页）　

（总第３８—０２６４）　火力与指挥控制　２０１３年第２期　

收设备口径、大气能见度，系统作用距离超过１．２　

ｋｍ时，询问设备处回波激光信号的能量密度将低　

于５　ｆＪ］ｍｍ２使询问设备接收回波信号非常困难。　

提到，分光镜分光系数可以达到０．９，在一定程度上　

提高了回波信号的能量密度。　

４　结　论　

本文的仿真计算结果表明对于无源激光敌我　

识别设备，系统作用距离较小，提高系统作用距离　

３　影响系统作用距离的因素分析　

通过前面仿真计算，验证了系统作用距离是限　

制无源激光敌我识别设备的主要因素之一。因此，提　

高系统作用距离是发展无源激光敌我识别设备的首　

要任务。下面分析影响系统作用距离各种因素。　

询问设备激光光束束散角是影响激光回波信　

号能量密度重要因素之一，因此，也是决定无源激　

光敌我识别设备的作用距离的指标之一。分别取束　

是发展无源激光敌我识别设备首要解决的问题。为　

了提高系统作用距离，可以采取减小光束束散角、　

提高发射功率、增大接收设备分光比等几条途径。　

其中，减小系统询问激光光束束散角是效果较好、　

切实可行的方法。在系统作用距离仿真计算过程　

中，只考虑了大气衰减，未考虑大气散射、大气湍流　

等因素。　

参考文献：　

散角为８　ｍａｒｄ、６　ｍｒａｄ、５　ｍｒａｄ，回波信号能量密度　

随系统作用距离变化关系如图５所示。当束散角　

／９０＝１　ｍｒａｄ时，在ｚ　＿ｚ２＝１　ｋｍ的情况下，可以计算得　

出询问设备周围０．５　ｍ半径范围内的能量密度可以　

达到６３．５４　ｐＪ／ｍｍ　。通过减小光束束散角提高系统　

作用距离的优点是不会很大程度上增大系统体积，　

是切实可行的方法。　

［１］施建良，王志兴，贺安之，等．激光束编码的敌我目标识　

别及其密码器设计［Ｊ］．上海交通大学学报，１９９８，３２　

（６）：１４８—１５２．　

提高询问设备激光发射功率也能提高激光敌　

我识别系统的作用距离。当发射功率达到２０　ＭＷ　

时，系统作用距离可以提高到２　ｋｍ左右，此时询问　

设备接收到的回波信号能量密度为８．１６　ｆＪ／ｍｍｚ。　

［２］　幺立蓉，杨万海．敌我识别系统的现状及发展［Ｊ１］．火控　

雷达技术，２００４，３３（２）：５３—５７．　

［３］　削ｌ顷旺，李升才，张长泉等．敌我识别系统及其进展［Ｊ］．　

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成都：电子科技大学，２００５．　

［５］尹福昌．激光敌我目标识别［Ｊ］．光学精密工程，１９９４，２　

（３）：３６—４０．　

对于被询问设备，可以通过增大脉冲接收设备　

口径、增大分光镜分光系数提高系统作用距离。但　

是增大被询问设备接收口径，不利于系统的小型　

化，每一套激光敌我识别设备会在不同方向上设置　

多个脉冲接收设备，因此，增大被询问设备接收口　

径会导致系统体积迅速增加；提高分光镜分光系　

数，使分光镜投射的光能减少，反射的激光能量增　

加，是提高系统作用距离的有效途径，在文献［４］中　

［６］吴健，杨春平，刘建斌．大气中的光传输理论［Ｍ］．北　

京：北京邮电大学出版社，２００５．　

［７］　吕百达．激光光学激光束的传输变换和光束质量控制　

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（上接第８２页）　

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Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｔｒａｉｎｓ，　

作用的数值模拟［Ｊ］．爆破，２００８，２５（２）：２６—２９．　

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ｔｈｅ　１４ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｂａｌｌｉｓｌｉｅｓ，Ｑｕｅｂｅｃ，　

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作用的多物质ＡＬＥ有限元模拟［Ｊ］．高压物理学报，　

・

８６・