高超声速导弹攻防对抗及其试验数字化仿真研究.pdf
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1、舰 船 电 子 工 程2023 年第 8 期收稿日期:2023年2月7日,修回日期:2023年3月11日作者简介:张政超,男,硕士,工程师,研究方向:雷达试验、雷达对抗试验的总体设计。张德欣,男,高级工程师,研究方向:一体化试验的总体设计。于卫刚,男,硕士,工程师,研究方向:雷达试验、雷达对抗试验的总体设计。马亚涛,男,硕士,工程师,研究方向:雷达试验、雷达对抗试验的总体设计。1引言俄乌战争自2022年2月24日爆发以来,至今还在持续。在这场战争中,俄罗斯航空航天部队至少3次使用了“匕首”高超声速导弹,对乌克兰的大型军工厂、燃料库、弹药库等高价值目标实施了多次打击,其打击效果令人叹为观止。这是
2、人类历史上首次在实战中使用高超声速导弹,其重要意义不容忽视,如普京总统所言:“它们能够改变世界战争力量格局”。超高声速导弹武器由于其极高的速度和蛇形规避的机动能力,不但能够突破导弹防御系统,还有倍增的武器动能,使得其穿透力、毁伤效能成指数级增加。正是由于高超声速导弹优越的突防性能和良好的毁伤效果,世界各国对其研究方兴未艾,一方面致力于研制出性能更为先进的高超声速导弹,另一方面,也着力于研制能防御对抗高超声速导弹的措施和导弹防御系统。2国内高超声速导弹研究技术现状高超声速导弹指以高超声速飞行技术为基础、飞行速度超过5倍音速的导弹。高超声速导弹具有航程远、速度快、结构简单、性能优良等优点,能够准确
3、快速地打击目标,被誉为航空史上继螺旋桨、喷气推进其后的第3次革命。高超声速导弹主要包括制导炮弹、巡航导弹、钻地导弹等。在总体技术及目标关键技术等方面,张斌等1从气动特性、气动防热、操稳特性、结构性能等构建高超声速导弹攻防对抗及其试验数字化仿真研究张政超张德欣于卫刚马亚涛(63891部队 洛阳 471000)摘要综述了高超声速导弹研究技术现状,并对国外典型高超声速导弹系统进行了梳理剖析。在研究国外高超声速导弹的攻防对抗技术基础上,展望了高超声速导弹的发展趋势,并对高超声速导弹的发展提出了思考和建议。为提高高超声速导弹的研究效率,对高超声速导弹试验进行了数字化仿真,仿真结果表明,合理的试验规划和要
4、素设计等能有效支撑高超声速导弹等武器的试验。关键词高超声速;导弹;攻防对抗;发展趋势;数字化仿真中图分类号 TJ760DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2023.08.005Research on Attack-defensive Confrontation of Hypersonic Missileand Its Digitized SimulationZHANG ZhengchaoZHANG DexinYU WeigangMA Yatao(No.63891 Troops of PLA,Luoyang471000)AbstractResearch present si
5、tuation of hypersonic missile is analyzed,and classic systems of foreign hypersonic missile aresummarized in this paper.Then attack-defensive confrontation of foreign hypersonic missile and its reflection and suggestion are researched.For accelerating the research efficiency of hypersonic missile,di
6、gitized simulation test of hypersonic missile is put forward,simulation result shows proper planning and elements designation can support hypersonic missile test.Key Wordshypersonic,missile,attack-defensive confrontation,development trend,digitized simulationClass NumberTJ760总第 350 期2023 年第 8 期舰 船 电
7、 子 工 程Ship Electronic EngineeringVol.43 No.821总第350期了高超声速导弹的总体性能指标体系,并在此基础上提出了面对高超声速挑战的指挥信息系统发展架构,包括联合指挥架构、预警探测体系、动态任务规划和拦截防御手段等四个方面。郭玥2则从基于结构方程模型(SEM)的方法,构建了反映高超声速飞行器使用能力指标与技术指标关系的结构方程模型,并进行了验证分析。也有学者对雷达探测临近空间高超声速目标关键技术3进行了研究,主要从临空高超目标轨道特性、运动特性、电磁散射特性对雷达探测带来的技术挑战出发,分析雷达探测临空高超目标需解决的关键技术问题,提出了在临空高超声速
8、导弹的高速、大机动、等离子鞘套带来的目标检测、跟踪、鞘套目标识别等问题的技术解决路径。在高超声速飞行器结构技术方面,马征以第六代战斗机、高超声速飞机等航空装备为重点,分析了国外先进飞机在速度性能、续航能力、处理任务方面、隐身性能、生命稳定性、经济成本等典型技术特征,并针对技术特征提出了先进飞机结构技术的发展需求,梳理了先进复合材料结构、变体结构、多功能结构、热防护结构等关键技术的发展现状4。在导航技术方面,文献 5 对比临近空间高超声速导弹的发展历程,梳理了高超声速导弹采用的惯性导航、GNSS、天文导航等技术方案;对各种导航技术运行的特性和局限性进行了探讨,分析了高超声速导弹面向复杂环境进行自
9、主导航应用的难点问题,给出了高超声速导弹自主导航技术的发展方向,即为改善抗干扰性能和保证系统的性能稳定和优越,从而对现有的导航技术进行合理拼接和有效复用。胥涯杰则针对目前惯性导航系统误差补偿模型对静态误差和动态误差处理能力不足的问题,为适应高超声速导弹长航时、高精度的惯性导航要求,提出了一种基于神经网络的加速度拟合模型6。陈凯等认为导航坐标系直接受到发射坐标系的限制和影响,但无论是原理还是实际运用的效果,不同的导航坐标系实质上都是对目标时空信息的度量,同时介绍了一种二子样发射系捷联惯导离散化算法,并且分析了发射坐标系导航的特点7。在制导技术方面,主要有协同制导方法的研究8,鲁棒轨迹优化、变体制
10、导、智能制导研究9,基于刚体/弹性模型的控制技术10。在弹道技术方面,孟夏莹针对临近空间中高超声速导弹的飞行弹道的规划和难以预估等现实问题,对高超声速导弹进行了纵平面运动轨迹建模、气动参数估计及攻角模型设计11。刘滔则从运动特性分析、机动目标跟踪和目标轨迹预测三个方面提出应重点加强的研究方向12。张君彪等人选取了气动加速度作为预测参数,提出了一种基于集合经验模态分解和注意力长短时记忆网络的HGV轨迹智能预测方法13。3国外高超声速导弹系统区别于常规弹道导弹,助推滑翔导弹、空射弹道导弹、吸气巡航导弹构成了目前各国发展的高超声速导弹类武器,由于其具有远射程、高速度以及强机动性的优良特性,所以具有重
11、要的战略意义。国外的高超声速飞行器,特别是导弹武器系统,主要集中在俄罗斯 1415、美国 1618、韩国、朝鲜、日本1921等国家。其中,助推滑翔式高超声速导弹主要以弹道导弹或助推火箭作为加速器,其弹头可以在大气层内高速滑翔一段时间,并且这个滑翔过程是可控的,弹道也是可变的。其弹头为乘波体结构高超声速飞行器,但其滑翔弹头是无动力的,或者具有小动力。俄罗斯“先锋”和美国AGM-183A高超声速导弹都是助推滑翔导弹的典型代表。3.1俄罗斯俄罗斯已成功地研制出“先锋”(陆基)、“匕首”(空基)、“锆石”(海基)高超声速导弹。“先锋”是超高声速滑翔导弹,其作战目标包括美国导弹发射井、指挥中心等坚固目标
12、,目前已成功完成最少5次试验,2019年12月已装备俄罗斯战略火箭兵部队。其最高速度可达20Ma,试验最大射程 6000km,可携带常规或核弹头,核当量150kt。“匕首”是超高声速空射弹道导弹,2017年已装备部队,其作战目标包括敌方的陆基、舰载平台等反导系统。其最高速度可达10Ma,试验最大射程2000km,可携带常规或核弹头,核当量10kt50kt,“匕首”导弹可由米格-31K载机携带发射,采用较强的助推加速能力实现作战性能的跨越式发展。“锆石”是超高声速巡航导弹,其在脱离前半段传统的火箭助推的弹道后进入后半段,导弹主体通过超燃冲压发动机获得相对持久的动力,从而实现大幅度提速。这种两阶段
13、的持续动力来源使得“锆石”高超声速巡航导弹“技高一筹”。此外,超燃冲压发动机使用的是吸气式发动机,无需携带氧化剂,因此从体积和重量层面提高了其适装性。“锆石”用于反舰作战,其最高速度可达9Ma,试验最大射程 1000km,可携带常规弹头,采用 Decilin-M高能燃料,增加导弹射程,并研制出一种新型金属合张政超等:高超声速导弹攻防对抗及其试验数字化仿真研究22舰 船 电 子 工 程2023 年第 8 期金,能承受高超声速飞行产生的高温。俄罗斯研制的典型高超声速导弹如图1图4所示。图1“先锋”高超声速导弹试射图2米格-31K机载Kh-47M2“匕首”高超声速导弹图33M22“锆石”高超声速巡航
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