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歼-10住进“新家”!Autodyn模拟仿真钻地弹侵彻工事过程

导读:近日,央视公开了我国歼-10战机所使用的机堡“新家”,引起发军事爱好者的关注,这种采用全新设计的新型加固机堡能在战机进行训练或是战备值班时为战机提供超强的防护能力。

歼-10住进“新家”!Autodyn模拟仿真钻地弹侵彻工事过程

据报道,这种新机堡的顶部厚度超过3米,能抵御钻地弹袭击,且前后都使用了跳板式的密闭门设计,关上之后能够形成一个全封闭的密闭空间,不仅能够进一步提升机堡的防御能力,也十分有利于战机平时的维护保养。
一、新机堡厚度3米能防钻地弹
众所周知,现代战争中,空军力量至关重要,保护自己的战机免受攻击也是一项极其重要的工作,因此对于各军事大国来说,建造更加牢固的机堡有十分重要的意义。而随着各国导弹威力不断提升,尤其是各种钻地弹诞生之后,普通的机堡根本无法对战机形成有效保护,因此才需要不断修建新型机堡,一旦发生战争,能够保证上千架战机免受攻击。作为一名军事兴趣爱好者,笔者为歼-10住进“新家”点赞!(欢迎分享哦),作为一位有限元分析工作者,笔者运用Autodyn进行钻地弹侵彻工事模拟,希望我们对钻地弹有更加清晰的认识。
歼-10住进“新家”!Autodyn模拟仿真钻地弹侵彻工事过程
二、“钻地弹”到底有多可怕
1、钻地弹发展史
钻地弹,又称深侵彻炸弹,主要用于反机场跑道、地面加固目标或地下坚固设施的对地攻击弹药,在所有的常规武器中,其穿透力排名第一。普通的炸弹一触地就会爆炸,但钻地弹打到地面时,不会立即爆炸,而是继续向下钻,当钻到一定深度后,才发生爆炸,从而将地下深处的目标摧毁。
钻地弹之所以引起人们的高度重视,是因为它能够满足一些国家在军事上的需求,完成普通炸弹无法完成的任务。

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美国是最先研制钻地弹的国家。20世纪70年代,美军在战场上经常遇到这样的情况:想摧毁敌人的地下工厂或实验室,但却不想对地面目标造成过大的破坏。由于用普通炸弹难以实现这样的需求,所以,专家们便把目光瞄向了能够钻地的弹头。试验证明,钻地弹与同等威力的普通炸弹相比,不仅体积小,而且重量轻,造成的附带损伤很小,不仅可以破坏敌方加固的地下军事目标,如导弹发射井、地下指挥所等,也可用于攻击藏在极深冰层下的敌方潜艇等目标。所以,美国研制钻地弹,可以用来对付利比亚、伊拉克和伊朗等国研制核武器、化学武器或生物武器的地下设施。
地下防御设施与热兵器发展渊源很深,但最初只是散兵坑、暗堡、地道、战壕等,核武器出现以后,特别是伴随着现代精确制导武器的大量运用,促使现代地下防御设施与技术取得了长足的进步。透视20世纪以来爆发的战争不难发现,战争中巧妙地利用地下防御设施保护人员、保存物资、与敌周旋,进而创造出以劣胜优战绩的经典战例并不少见。

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地下优势尤其在高技术条件下的信息化战争中,地下防御设施更显示出了其特有的效用。波黑战争中,塞族武装依托其隐蔽的地下防御设施,对北约进行了有力的对抗;而最值得关注的则是1999年的科索沃战争,在这场整整持续了78天的作战行动中,北约使用了20世纪最先进的侦察监视设备和空中打击兵器,而南联盟却充分发挥其地下防御设施的作用,有效地抵御了北约的持续轰炸,直至战争结束军队仍保持了相当的实力。
而地下防御设施在对抗侦察器材等方面,却有许多独到之处。地下防御设施可通过利用地表、水面以及附近相似地形等手段,达到一定程度上乱敌视听的目的。地下防御设施凭借其对各类穿透力较强的新概念武器具有很强的衰减作用,可以大大降低其杀伤效能;而以其良好的抗贯穿力,又可以使激光武器等望而却步。

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2、钻地弹的类型
钻地弹可分为复合弹头型和动能侵彻型。
第一类是使用串联式战斗部破坏防护层的钻地弹。其主要原理是在主战斗部前面加装一个聚能装药战斗部,它利用聚能装药产生的自煅弹丸打出一个较大的穿透孔,然后主战斗部通过这个孔侵入地下工事内部进行爆破。目前欧洲各国研制成功或者在研的大多是串联式钻地弹。
第二类是以动能进行侵彻的钻地弹。具有一定质量的两个物体,只要具有较大的相对速度,碰撞时就会具有巨大的破坏力。如果相撞的两个物体没有足够强度的外壳支撑,它们就会因承受不住这一外力而变形、毁坏。如果其中一个物体具有坚固的外壳,能够保护物体内部结构在碰撞过程中免遭破坏,那么,这个物体就不会被损坏,就可能对另一物体产生强大的挤压力而钻进被撞物体内部。其主要原理是利用发动机产生的高动能对目标进行撞击,侵彻地下设施的防护层。
动能钻地弹的主要特征是弹头比较尖,弹体成细长状,弹头和弹壳体采用了高强度、高硬度、高韧性的合金钢,在壳体的内外表面还要敷上防热层。巨型钻地弹的穿透力主要依靠自身巨大的质量,在1万米的高空投掷,仅仅炸弹具备的重力势能就高达13.3亿焦,差不多是133发坦克穿甲弹的炮口动能。而它撞击地面时自身的动量更是惊人,相当于20辆10吨级的大卡车以时速100公里猛烈撞击。
动能钻地弹的威力较之串联式钻地弹更大,对土壤的侵彻力能达到300米,也能穿透30米厚的混凝土防护层,因此受到美俄军方的热捧。
经过了几十年的研究与发展,截止目前已经研制和正在研制的钻地弹已达十余种类型数十个型号,其中比较典型的有:
GBU-28钻地弹( “宝石路”Ⅲ激光制导炸弹)是一种于1991年海湾战争期间研制、专门用于袭击伊拉克位于深层地下指挥中心的常规钻地弹,可钻透6米厚的钢筋水泥工事和30米厚的普通地面。 

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GBU-28钻地弹

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GBU-28钻地弹

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GBU28钻地弹毁伤岩土

GBU-39小直径炸弹(“钻石背”,Small Diameter Bomb,SDB)是美国近年来研发的一种低成本、高精确度和低附带毁伤的小直径炸弹,炸弹外形细长,仅1.75米,壳体采用硬度极高的材料制造,并采用了先进的抗干扰GPS/INS制导装置。尽管只装有22.7公斤炸药,但这种重 113公斤的炸弹与通常的 900公斤炸弹拥有同样的穿透能力。实验证实,GBU-39可穿透至少90厘米的钢筋混凝土,可用于恶劣天气,并可在110公里的敌防空区外投掷。

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GBU-39小直径炸弹(滑翔弹翼和尾部弹翼收纳状态)

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GBU-39滑翔弹翼和尾部弹翼展开状态的GBU-39

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GBU-39毁伤效果(动图)

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GBU-39毁伤效果

GBU-57巨型钻地弹是一种由美国空军制定的大型精确制导钻地炸弹,因预估其威力可能超过俄罗斯的炸弹之父,故有媒体称其为炸弹之祖。它的性能超越了最强大的掩体粉碎机—2268公斤的GBU28,可能是其威力十倍以上,爆炸当量为俄罗斯炸弹之父FOAB的近3倍。
GBU-57巨型钻地弹,重量为13.6吨,是美国空军使用的一种巨型炸弹。这种炸弹既能够由B-2轰炸机搭载,也可以由B-52轰炸机来投放,弹头装药2.3吨烈性炸药,可以穿透60米厚的钢筋混凝土或40米厚的山岩。
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GBU-57巨型钻地弹

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B2轰炸机投放GBU-57巨型钻地弹

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几种钻地弹对比

三、钻地弹侵彻混凝土工事模拟仿真
接下来,笔者通过三维制图软件creo绘制简易导弹模型(忽略导弹外形,随便画的没那么多讲究)及工事模型,随后通过hypermesh软件对模型网格进行划分,生成k文件后通过AUTODYN软件进行材料条件定义及求解,观察导弹对C40混凝土的侵彻毁伤效果。
第一步:用creo软件建模

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导弹三维模型
第二步:将模型导入hypermesh

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第三步:进行四分之一模型切分 
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第四步:用solidedit将模型切分成各个可以映射的part

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第五步:划分网格

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最后在hypermesh中生成全模型网格,消除自由边、清理2D网格、合并共同点,生成一个part(这样可以避免导入autodyn中有多个part,需要在autodyn中连接、固定)。
将生成的k文件导入autodyn,模型如图示:

歼-10住进“新家”!Autodyn模拟仿真钻地弹侵彻工事过程

对工事进行同样的操作,结果如下:
歼-10住进“新家”!Autodyn模拟仿真钻地弹侵彻工事过程
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K文件导入后,对part赋予材料,导弹用steel 4340并修改材料参数,工事选用C40混凝土,选择侵蚀并定义初始条件导弹落速400m/s,由于弹目接触时间短,故不考虑导弹转速问题,设定接触(由于都是非结构网格,可以用t接触,非结构网格相对求解速度快),设定求解时间及文件保存时间。

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混凝土工事损伤情况

四、Autodyn仿真实践和交流

最后,为了帮助大家掌握这种Autodyn仿真分析能力,我把本文的源文件放到文章末尾的阅读源文,供大家下载和实践,也欢迎大家在仿真秀平台的同步文章下方给我留言,我都会选择性回复大家问题。

来源:仿真秀App



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