第 33 卷 第 2 期 四 川 兵 工 学 报 2012 年 2 月
【信息科学与控制工程】
飞机类目标易损性数据库软件设计
吴旭辉
( 海军驻重庆地区军事代表局，重庆  400042)
摘要: 主要介绍了飞机类目标易损性数据库软件系统的模块设计和主要功能，分析了目标结构模型、目标功能模型、目标毁
伤等级模型的等主要模块的功能设计及软件实现。通过部件毁伤—系统功能影响—飞机目标系统毁伤 2 次映射关系，建立 了有着数学逻辑关系的评估模型。基于“降阶态”方法的目标毁伤评估数学模型，实现了对目标毁伤状态的详细划分和准 确评估。
关键词: 易损性; 数据库; 飞机类目标 中图分类号: TP391
文献标识码: A
文章编号: 1006 － 0707( 2012) 02 － 0089 － 05
飞机目标易损性是把飞机作为受攻击的对象，研究飞机在 受到防空导弹攻击时，飞机受损伤的难易程度。飞机是一个复 杂系统，其易损性涉及到诸多因素，正是这些因素决定着飞机耐 受战斗损伤的能力。飞机目标易损性的研究可揭示出提高飞机 作战生存力的有效途径，也是武器对飞机目标毁伤评估
的基础。 飞机目标易损性研究是防空战斗部设计的依据，决定着战 斗部毁伤方式的选择及其威力设计，是武器终端毁伤效能评估 的基础。因此只有对目标特性作详细深入的研究，才能分析出 目标的薄弱结构，为导弹战斗部的论证、研制、毁伤效能评估提 供依据，使研制的战斗部能更加可靠、有效地毁伤目标，完成导 弹作战任务。
本软件系统通过部件毁伤—系统功能影响—飞机目标系统 毁伤 2 次映射关系，建立了有着数学逻辑关系的评估模型，并基 于“降阶态”方法的目标毁伤评估数学模型，实现了对目标毁伤 状态的详细划分、准确评估，以及由结构毁伤评估到功能毁伤评 估再到系统毁伤评估的目标易损性评估，具有更高的评估精度
和更细的评估层次。该系统在目标毁伤 / 战斗部威力评估结果
的精确性、全面性、真实性，以及仿真程序的可视化、操作界面， 平台适用性上等都具有显著优势。
图 1  目标易损性模型结构
本软件主要采用以上技术，包括目标结构模型构建、目标功
能模型构建、目标毁伤等级模型构建、目标毁伤准则
4 个功能模 块。在分析飞机类目标结构功能特点的基础上，完成结构模块、
功能模块和毁伤等级模型的构建，并利用毁伤准则和毁伤概率 模型，将部件和毁伤评估准则相关联，形成飞机类目标易损性数
据库系统。图
2 为飞机类目标易损性数据库系统框架。 软件的总体设计
1 目前对目标易损性描述模型，国内外采用的最新技术是基
于计算机仿真建模的高分辨率模型。采用在目标毁伤研究累积
的基础上提出“虚拟目标”的易损性建模方法开展目标易损性模
型构建。“虚拟目标”建模方法是基于“高分辨率模型”的概念， 通过将计算机三维建模技术、仿真技术、可视化技术、数据库构
建技术相结合，较全面地反映目标的几何结构、材料特征及部件
结构功能关系等。“虚拟目标”易损性模型结构如图 1 所示，由
3 部分组成: 目标几何模型、目标易损性数据和目标部件功能结构 树。3 方面信息构成一个完备、虚拟
的目标易损性模型，为最终 目标毁伤评估提供完整详细的目标信息。
图 2  飞机类目标易损性数据库系统模块框架
收稿日期: 2012 － 01 － 08
作者简介: 吴旭辉( 1975—) ，男，工程师，主要从事兵器工程研究。
目标结构模型构建模块设计
定了它的有效性能。按照 G J B 4855—2003 军用飞机系统
2． 1 2． 1． 1  功能
目标结构模型构建模块采用高精度目标建模方法，以目标 实际结构为依据，完成要求目标的舱段、分系统、设备、部组件的 几何结构构建，完成目标各部组件结构材料、密度、等效强度等 参数模型构建，实现对目标的几何描述和物理描述。
编码，飞机大致划分为 63 个功能子系统，主要有环控系统
飞行系统、通讯系统、电源系统、飞行操纵系统、液压系统 装置、导航系统、冷气系统、导航系统、机身、机翼、动力装
动机、燃油系统、引气 / 排气系统、武器系统、电子战系统数据库编辑软件
统。图
3 为飞机的功能结构。 图 3  飞机功能结构
2． 1． 3  目标结构模型
目标结构模型构建模块采用高精度目标建模方法和面元建 模技术( Mesh M o d e l ) ，以目标实际结构为依据，按系统( sy ste m ) 、 组件( co mp o n e n t ) 、部件( p art ) 、面元( face ) 、节点( n o d e ) 等层级 结构建立的面元化几何部件模型，实现目标的舱段、分系统、设 备、部组件的几何结构构建; 对几何模型赋予材料、密度、等效强
度、毁伤模型等易损性特性，实现目标的结构模型构建和物理 描述。
所建立的各部件模型，通过设置相对应的部件名称与目标
易损性数据库及功能结构树关联，实现对数据库的参数驱动。 目标易损性数据包括结构模型数据( 目标面元编号、节点坐标、 所属部件等) ，目标易损性数据( 材料等效厚度、部件毁伤特性 等) ，以及提供三维可视化显示的材质特性参数( 颜、透明性) 等，为进一步的弹目交会、毁伤评估及结果数据处理提供详细的
对整个系统性能、易损性的影响程度评估。
图 4  目标模型的曲面描述和离散面元描述
2． 2． 2  飞机目标功能分析
飞机维持飞行和完成任务需要具备飞行基本功能和
吴旭辉: 飞机类目标易损性数据库软件设计
91                                                表 1 某飞机在主要任务阶段的飞行 / 任务基本功能
任务阶段
序号 系统基本功能
巡航 与目标交战
投放武器
返航 着陆 通讯 监视系统 提供升力 控制飞行 敌我识别 / 电子对抗
导航 定位 / 确定目标 使用武器 着陆
1
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表 2 执行基本功能的主要系统和子系统
相关系统
序 号
系统基本 功能 动力
装置 武器 系统 液压 系统 飞行 操纵 驾驶 员 座舱 仪表 电源 系统 电子 系统 起落 装置 燃油 系统 发动 机 冷气 系统 机体 结构 通讯 监视系统 提供升力 控制飞行 敌我识别 / 电子对抗
导航 定位 / 确定目标 使用武器 着陆
1
2
3
4
5
6
7
8
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目标功能树
关系，n 为系统数量; T 3j  = [ C 1 …C k ] 为组件向量，表征下级向量
与本级向量结构对应关系，
k  为组件数量; ……。这里表示到了 层级精度到组件级的 3 级矩阵结构，实际具体矩阵维数与建立 结构树的层级及底层部件数有关。 2． 2． 3 目标部件功能结构树( f un ct i o n tre e ) 采用了可靠性评估中的 失效树( fa u l t  tre e ) 概念，采用数据库形式，表示目标各部件的功 能、与上层组件、系统关系及对其影响的数据库，用于弹目交会 毁伤评估中在获得各部件的毁伤情况后对整个系统性能、易损 性的影响程度评估。采用传统树形结构的表示具有直观简洁的 特点。引入目标部件功能结构矩阵概念，以数学模型来描述目 标各部件功能的树形结构关系，为进一步的毁伤评估的数学模 型化提供基础。
目标部件功能结构矩阵为:
目标毁伤等级模型构建模块设计
2． 3 2． 3． 1  功能
目标毁伤等级模型构建模块根据目标可能的毁伤状态，结 合目标可能的任务剖面分析，建立能够提供不同细节层次的目
标毁伤等级描述模型及软件实现，实现对目标毁伤等级的划分 设置和定义。根据划分的目标毁伤等级，提供可以关联的功能 部组件软件实现模式。
⎡ T 11 =
⎢
⎣ T  i 1 T 12
T i 2
… T 1j ⎤ 目标毁伤等级划分
2． 3． 2 ( 1)
T i ，j  …      ⎥
目标毁伤等级的确定带有一定的主观性，主要考虑两方面
的因素: 首先是目标的战场功能和作战使命; 其次是目标研究的 背景需要，如攻击武器的作战目的和作战能力等。因此需要在 系统分析目标和研究背景两方面的基础上，给定毁伤等级划分 原则，建立毁伤
等级模型。
T ij ⎦
… 式中:
i 为功能数层级数; j 为最大底层层级的部件数量。T 1j  = [ 0…0 ] 为目标向量，表征下级向量与本级向量结构对应关系;
= [ S 1 …S n  ] 为系统向量，表征下级向量与本级向量结构对应
T 2j
分为若干个功能毁伤系统，每个毁伤系统具有完成某特定作战 任务的能力; 其次，在各功能系统中实
施 DS 定义( 功能毁伤等级 定义) ，每个 DS 均代表了该系统遭受一定程度的功能毁伤，且每 个杀伤系统内，除独立定义的 DS 外，还包括相互间可能的 DS  组合。
通过部件毁伤—系统功能影响—飞机目标系统毁伤 2 次映 射关系，建立有着数学逻辑关系的评估模型，构建更为详细的目 标毁伤等级划分方法，使之更准确的反映实际情况，进一步与毁 伤树结合，从而有着更为严格的数学意义，而非毁伤评估表法所
提供数据的概念模糊。基于“降阶态”方法的目标毁伤评估数学 模型，实现了对目标毁伤状态的详细划分、准确评估。 2． 4  目标毁伤准则
针对破片式战斗部对飞机目标的毁伤，常用的毁伤准则主
要有冲击波超压和比冲量联合准则，单枚破片引燃、引爆、洞穿 准则，多枚破片能量流密度结构毁伤准则。
软件系统简介
3 图 6  创建目标结构模型
3． 1  主界面功能设计
主界面的设置力求简单明了。采用标准 Wi nd ows  程序界面 风格，主工作界面如图 5 所示。
主菜单包括文件、编辑结构模型、目标模型管理、定义模型 间关系等，左侧的目标树形结构可实现目标结构树、功能树和毁 伤树的构建以及目标易损特性和毁伤模型的设置。
对已建立的结构部件，可进行毁伤模型、公共参数( 名 损特征、材质等) 、几何节点参数等的设置和修改，也可实
子节点删除等功能，如图 7 所示。
目标毁伤模型是以单枚破片杀伤概率为计算目标毁 的基础。采用概率计算方法，通过界面设置相关参数。 片式战斗部对飞机目标的毁伤，常用的毁伤准则主要有
超压和比冲量联合准则，单枚破片引燃、引爆、洞穿准则，
片能量流密度结构毁伤准则。易损性准则的选取主要取 标部件的易损特性和破片威力参数。
图 5  工作界面
构建目标结构树、功能树、毁伤树的功能介绍
3． 2
吴旭辉：飞机类目标易损性数据库软件设计93
图8  目标功能模型构建
采用树形结构来表示飞机目标的功能结构关系，具有直观
简洁的特点。引入目标部件功能结构矩阵概念，以数学模型来
描述目标各部件功能的树形结构关系，为进一步的毁伤评估的
数学模型化奠定了基础。
目标毁伤等级模型的构建采用树形结构的搭建方式实现
( 图9)。目标毁伤等级模型构建是根据目标可能的毁伤状态，
结合飞机目标的任务剖面，建立反映不同细节层次的目标毁伤
等级描述模型及软件实现，实现对目标毁伤等级的划分设置和
定义。
图10  虚拟评估界面
结束语
4
本文主要介绍了飞机类目标易损性数据库软件系统的模块
设计和主要功能，分析了目标结构模型、目标功能模型、目标毁
伤等级模型的等主要模块的功能设计及软件实现。通过部件毁
伤—系统功能影响—飞机目标系统毁伤2 次映射关系，建立了
有着数学逻辑关系的评估模型。基于“降阶态”方法的目标毁伤
评估数学模型，实现了对目标毁伤状态的详细划分、准确评估。
图9  目标毁伤等级模型构建
参考文献:
“目标模型管理”菜单功能
该模块是分别实现对已构建好的目标结构树、功能树、毁伤
树的隶属关系的归类和调整。特别是对于导入的结构模型的归
类和调整，非常方便和快捷。该菜单下设“编辑结构树模型”、
“编辑功能树模型”、“编辑毁伤树模型”以及“结构材料管理”等
多个功能选项。
3．3
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杨云斌，钱立新，卢永刚．战斗部威力/目标易损性评估软
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卢军民．固定翼飞机在破片式战斗部作用下易损性评估及
仿真研究［D］．南京：南京理工大学，2006．
［2］
“定义模型间关系”菜单功能
该菜单下设“结构模型与功能模型关系”和“功能模型和毁
伤模型关系”2 个功能选项，可根据评估需求建立目标结构模
型、目标功能模型和目标毁伤模型的对应关系，实现由结构毁伤
评估到功能毁伤评估的逐步递进。通过部件毁伤—系统功能影
响—飞机目标系统毁伤2 次映射关系，建立起评估模型的数学
逻辑关系，为毁伤评估做准备。
3．5  “虚拟评估”模块的功能
完成飞机目标的结构模型、功能模型、毁伤等级模型构建及
三者间的映射关系定义后，可通过软件的“虚拟评估”模块，开展
目标毁伤的虚拟评估工作。界面如图10 所示。
3．4
［3］
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［5］
［6］
( 责任编辑刘舸)

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