Tecnologías Emergentes Simulación de armamento - Efectividad y eficiencia de cabezas de guerra Autores: José Manuel Múñez Fuentes, INTA-ISDEFE. Palabras clave: misil, simulador, probability of kill (PK), survivability. Líneas de Actuación Funcional y Metas Tecnológicas relacionadas: LF 1.1; LF 1.2; MT 6.4.3. De manera no categórica, las cabezas de guerra pueden dividirse en los siguientes tipos en función del mecanismo que empleen para infligir el daño1: • Explosivas: son aquellas que están diseñadas para conseguir daño principalmente mediante el efecto de la sobrepresión. Cuando un explosivo detona, se convierte casi instantáneamente en gas a muy alta presión y temperatura, en éstas condiciones la envoltura de la carga explosiva se expande y rompe en fragmentos. Como consecuencia de la discontinuidad de presión que se genera en el campo fluido alrededor de la cabeza de guerra, se produce una violenta onda de choque que se traslada en el espacio y que se atenúa con la distancia proporcionalmente a la expansión del volumen de los gases (1 / R3). El blanco se ve sometido a una sobrepresión seguida de una depresión, lo que genera un movimiento en primer lugar a favor de la onda y acto seguido en sentido contrario. La duración de la sobrepresión es lo que se conoce como la fase positiva de la onda de choque y la depresión como fase negativa o de succión. La fase positiva suele durar típicamente la cuarta parte de lo que dura la fase negativa; variando, entre otros factores, con la carga explosiva y la distancia al punto de la explosión. 1 Por ejemplo, véase: Fleeman, Eugen L. Tactical Missile Design, AIAA; Driels, Morris R. Weaponeering: Conventional Weapon System Effectiveness. 2nd Edition, AIAA; Cucharero Pérez F. Guiado y control de misiles. 1995 Ministerio de Defensa. El salto que se produce en las magnitudes físicas a ambos lados de la onda de choque, viene dado por las ecuaciones de Rankine-Hugoniot que son una particularización de las ecuaciones de conservación de masa, momento y energía de la mecánica de fluidos. Los valores típicos para caracterizar una onda expansiva son la sobrepresión y el impulso o la integral de la presión durante la fase positiva. Mientras que la sobrepresión representa una medida de la fuerza máxima que aparecerá sobre la superficie en la que impacte la onda, al ser la presión fuerza por unidad de área, el impulso representa una medida de la duración de la aplicación de dicha fuerza. Este fenómeno puede verse amplificado por reflexiones de la onda contra la estructura del blanco, en este sentido, puede interesar que la bomba detone a una cierta altura del suelo o Height of Burst (HOB). Normalmente este tipo de cabezas de guerra es empleado contra edificios no reforzados y blancos personales. Existen numerosas simulaciones sobre los efectos de una de sobrepresión en edificios, soldados, vehículos, etc., es un campo importante de investigación frecuentemente ligado con la protección de infraestructuras. • Fragmentación: un determinado porcentaje de la energía que se libera cuando un explosivo detona, se emplea en romper la envoltura de la cabeza de guerra en fragmentos que reciben una determinada cantidad Fig. 1. Forma típica de una onda de sobrepresión ideal. El área de la parte positiva de la onda se conoce como impulso y es el principal causante del daño. (Fuente: propia). de energía cinética haciendo que salgan disparados a muy alta velocidad. Dependiendo del diseño de la cabeza de guerra, la velocidad de los fragmentos irá disminuyendo con 1 / R2 o 1 / R como consecuencia de la fricción con el aire. De este modo, los fragmentos adelantan a la onda expansiva, lo que provoca que en la mayoría de los casos, el radio letal que se consigue con el efecto de fragmentación sea mayor que el conseguido con la onda de sobrepresión, siendo el nivel de daño función de la velocidad de los fragmentos y del tamaño de los mismos. Las cabezas de guerra de fragmentación, se caracterizan mediante ensayos reales conocidos como ensayos de arena o de aplastamiento de arena, si bien, en muchas ocasiones consisten en una serie de placas de acero con determinado espesor situadas en torno a la cabeza de guerra con el objeto de obtener una distribución polar de los fragmentos en función del tamaño, el número y Fig. 2. Simulación del mecanismo explosivo de una carga hueca. Realizado a partir de un modelo fluidodinámico basado en elementos finitos. (Fuente: Hydrosoft International). Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 53. Primer trimestre 2017 9
BOLETIN OBSERVACION TECNOLOGICA 53
To see the actual publication please follow the link above