Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Khảo sát hiệu quả của các dạng cơ động tên lửa đối hải để vượt hỏa lực pháo phòng không trên tàu

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu: đánh giá hiệu quả của các dạng cơ động TLĐH để vượt hoả lực PPKTĐ trên tàu; đề xuất một số khuyến nghị về tính năng chiến kỹ thuật cho các tổ hợp TLĐH trong quá trình thiết kế sơ bộ để nâng cao hiệu quả chiến đấu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Khảo sát hiệu quả của các dạng cơ động tên lửa đối hải để vượt hỏa lực pháo phòng không trên tàu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN HANH HOÀN KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA CÁC DẠNG CƠ ĐỘNG TÊN LỬA ĐỐI HẢI ĐỂ VƯỢT HỎA LỰC PHÁO PHÒNG KHÔNG TRÊN TÀU Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 62 52 01 16 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2017
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ-BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Lê Kỳ Biên 2. PGS. TS. Phạm Đức Hùng Phản biện 1: PGS. TS. Lê Minh Thái Học viện Kỹ thuật quân sự Phản biện 2: PGS. TS. Nguyễn Văn Chúc Viện Khoa học và Công nghệ quân sự Phản biện 3: PGS. TS. Thái Doãn Tường Viện Kỹ thuật quân sự Phòng không - Không quân Luận án được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án tiến sĩ và họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi .....giờ, ngày.... tháng.....năm ..... Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Thư viện Quốc gia Việt Nam
1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: nâng cao tính năng chiến kỹ thuật của vũ khí trang bị kỹ thuật nói chung và tên lửa đối hải (TLĐH) nói riêng nhằm đáp ứng yêu cầu bảo đảm sẵn sàng chiến đấu luôn là nhiệm vụ quan trọng đặt ra cho quân đội. Đối với các TLĐH, khả năng vượt hỏa lực phòng không (HLPK) của tàu địch là một trong các yêu cầu chiến kỹ thuật chính. Việc nghiên cứu các biện pháp vượt HLPK của TLĐH luôn được quân đội các nước trên thế giới quan tâm và đã được áp dụng trong thiết kế và chế tạo nhiều loại tên lửa. Một trong các giải pháp được cho là hiệu quả, ít tốn kém và tương đối phù hợp là sử dụng các quỹ đạo cơ động phức tạp cho TLĐH nhằm vượt hỏa lực của hệ thống pháo phòng không tự động (PPKTĐ) trên tàu địch. Tuy nhiên, do lĩnh vực nghiên cứu mang tính đặc thù quân sự cao, nên các nghiên cứu về phương pháp vượt hỏa lực PPKTĐ của TLĐH thường không được công bố. Xuất phát từ các lý do đã nêu, đề tài “Khảo sát hiệu quả của các dạng cơ động tên lửa đối hải để vượt hỏa lực pháo phòng không trên tàu” được đặt ra nghiên cứu là rất cần thiết và có tính thời sự. Mục đích nghiên cứu: đánh giá hiệu quả của các dạng cơ động TLĐH để vượt hoả lực PPKTĐ trên tàu; đề xuất một số khuyến nghị về tính năng chiến kỹ thuật cho các tổ hợp TLĐH trong quá trình thiết kế sơ bộ để nâng cao hiệu quả chiến đấu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: TLĐH và tổ hợp PPKTĐ trên tàu. Tương tác hai chiều giữa TLĐH và PPKTĐ khi tên lửa bắn đơn và bắn loạt. Phạm vi nghiên cứu là tình huống tác chiến “một đối một”, tức là một TLĐH hoặc một loạt TLĐH tấn công một tàu địch có một tổ hợp PPKTĐ bảo vệ. Nội dung chính của luận án: tổng quan về các biện pháp nâng cao khả năng vượt hỏa lực pháo phòng không trên tàu của TLĐH; xây dựng mô hình động học mô tả cơ động của tên lửa đối hải trong giai đoạn tiếp cận mục tiêu và cơ sở bài toán tương tác bắn; xây dựng mô hình toán học đánh giá tương tác hai chiều giữa TLĐH và tổ hợp PPKTĐ trên tàu; đánh giá hiệu quả của các dạng cơ động TLĐH để vượt hoả lực PPKTĐ trên tàu. Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng “bắn thử nghiệm” trên máy tính nhằm đánh giá định lượng hiệu quả các dạng cơ động TLĐH để vượt hỏa lực pháo phòng không trên tàu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án: - Xây dựng được mô hình toán học đánh giá tương tác hai chiều giữa TLĐH và tổ hợp PPKTĐ trên tàu có xét đến các phương án cơ động phức tạp của tên lửa. Lập chương trình mô phỏng số đánh giá định lượng hiệu quả vượt hỏa lực của PPKTĐ của các dạng cơ động TLĐH.
2 - Trong quá trình thiết kế, nghiên cứu cải tiến các TLĐH có thể sử dụng phương pháp dẫn kết hợp, lập trình cho máy tính trên khoang của tên lửa, điều khiển tên lửa cơ động phức tạp ở giai đoạn tiếp cận tàu địch (khoảng 1÷3 chu kỳ cơ động) sẽ tăng đáng kể xác suất vượt hỏa lực của PPKTĐ, nâng cao hiệu quả bắn cho tên lửa. Thiết lập công cụ hữu ích trợ giúp trong thiết kế sơ bộ các loại TLĐH. Kết quả nghiên cứu đáp ứng việc thực hiện nhiệm vụ đánh giá hiệu quả chiến đấu của tên lửa, phục vụ trực tiếp cho công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo tên lửa trong nước. Luận án gồm phần mở đầu, kết luận và 4 chương được trình bày trong 126 trang đánh máy khổ A4, 53 hình vẽ, đồ thị và 22 bảng, ngoài ra còn có phần phụ lục trình bày code chương trình. Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG VƯỢT HỎA LỰC PHÁO PHÒNG KHÔNG TRÊN TÀU CỦA TÊN LỬA ĐỐI HẢI Cho đến nay, các nghiên cứu được công bố trong và ngoài nước về các biện pháp nâng cao hiệu quả vượt HLPK trên tàu địch cho TLĐH chưa nhiều. Các công trình chủ yếu đi sâu vào đánh giá hiệu quả vượt hỏa lực của lớp tên lửa phòng không tầm thấp (TLPKTT). Ở cự ly gần (cách tàu 2÷7km), PPKTĐ có hiệu quả cao hơn so với TLPKTT trong việc chế áp TLĐH. Với tốc độ bắn lớn (hơn 4000 viên/phút), thời gian chuẩn bị ngắn (2÷4s) nhiều tổ hợp PPKTĐ có xác suất bắn trúng TLĐH dưới âm rất cao (gần bằng 1). Do vậy, để nâng cao hiệu quả chiến đấu của tên lửa, các nhà thiết kế cần tìm ra các biện pháp nhằm tăng khả năng vượt hỏa lực pháo phòng không trên tàu cho TLĐH. Qua phân tích tài liệu, biện pháp sử dụng các quỹ đạo cơ động phức tạp cho TLĐH là phương án khả thi và thích hợp đối với điều kiện của nước ta hiện nay. Các quỹ đạo cơ động của TLĐH có hiệu quả cao trong việc tránh hỏa lực PPKTĐ gồm: cơ động con rắn trong một mặt phẳng và cơ động xoắn ốc trong không gian. Cơ động xoắn ốc là dạng cơ động con rắn của tên lửa đồng thời trong hai mặt phẳng. Nếu chỉ sử dụng các phương pháp dẫn thông thường, thì tên lửa khó có thể thực hiện các quỹ đạo cơ động phức tạp. Vì vậy, luận án đề xuất phương pháp “dẫn kết hợp” trên cơ sở phương pháp dẫn tiếp cận tỷ lệ cổ điển. Yêu cầu khi cơ động, tên lửa phải đảm bảo tự dẫn tới mục tiêu. Để đánh giá hiệu quả bắn, thường sử dụng các phương pháp sau: bắn thử nghiệm trên thực địa, nghiên cứu lý thuyết (phương pháp giải tích và phương pháp mô phỏng thực nghiệm Monte-Carlo). Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo cho phép tính tới hầu hết các yếu tố ảnh hưởng đến quá
3 trình bắn gần sát với thực tế, phương pháp này phù hợp với điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam và được lựa chọn sử dụng trong luận án. Về cơ bản các loại TLĐH trên thế giới được chia làm ba lớp tương ứng với ba loại đường kính đặc trưng là: 0,2m (tên lửa chiến thuật), 0,4m (tên lửa chiến dịch - chiến thuật), 0,7m (tên lửa chiến dịch) và dải vận tốc bay hành trình: từ 100 m/s đến 1000 m/s. Những thông số này được dùng làm số liệu giả định phục vụ nghiên cứu khảo sát. Từ ưu nhược điểm, tính năng chiến kỹ thuật của các tổ hợp PPKTĐ, lựa chọn hai tổ hợp PPKTĐ phục vụ cho khảo sát của luận án là: tổ hợp Goalkeeper và tổ hợp Vunkal - Phalanx. Việc đánh giá kiểm chứng thuật toán đã xây dựng trong luận án được thực hiện qua việc so sánh kết quả mô phỏng số với thông số về hiệu quả tiêu diệt TLĐH của các tổ hợp PPKTĐ đã được công bố. Kết luận chương 1 Chương 1 phân tích những vấn đề tổng quan, qua đó khẳng định được tính mới, tính cần thiết và làm rõ mục đích, ý nghĩa, đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án. Qua đó thấy rằng: - TLĐH hiện đại buộc phải cơ động một cách hợp lí ở giai đoạn tiếp cận mục tiêu, nếu không sẽ bị tiêu diệt bởi hệ thống PPKTĐ với xác suất rất cao. Cơ động càng phức tạp với điều kiện đảm bảo các thông số cho phép của tên lửa, thì càng mang lại hiệu quả cao, đặc biệt là kiểu cơ động xoắn ốc trong không gian. Tuy nhiên phải có cơ sở khoa học và nền tảng công nghệ vững chắc để hiện thực hóa các kiểu cơ động này. - Trên cơ sở phân tích các phương pháp đánh giá hiệu quả bắn, lựa chọn phương pháp mô phỏng thực nghiệm Monte-Carlo để khảo sát tương tác giữa TLĐH và PPKTĐ trên tàu, từ đó đưa ra những đánh giá định lượng về hiệu quả vượt hỏa lực PPKTĐ trên tàu của các dạng cơ động TLĐH. - Để tiến hành so sánh, đánh giá hiệu quả của các dạng cơ động TLĐH, cần xây dựng các mô hình toán học mô tả tương tác hai chiều giữa tổ hợp PPKTĐ và TLĐH khi tên lửa bắn đơn và bắn loạt. Đây là các nội dung chính sẽ được tiến hành ở các chương tiếp theo của luận án. Chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC MÔ TẢ CƠ ĐỘNG CỦA TÊN LỬA ĐỐI HẢI TRONG GIAI ĐOẠN TIẾP CẬN MỤC TIÊU VÀ CƠ SỞ BÀI TOÁN TƯƠNG TÁC BẮN 2.1. Cơ sở xây dựng các mô hình động học Trường hợp tổng quát, nghiên cứu xây dựng mô hình động học mô tả cơ động xoắn ốc của tên lửa, cơ động con rắn là trường hợp riêng khi một trong hai gia tốc tạo cơ động theo phương ngang hoặc đứng bằng không.
4 2.2. Các hệ tọa độ sử dụng Khi xây dựng mô hình động học chuyển động tâm khối của TLĐH và đạn PPKTĐ, sử dụng các hệ tọa độ (HTĐ) chính sau: HTĐ mặt đất cố định (HTĐ quán tính) OIXIYIZI; HTĐ mặt đất di động OXI*YI*ZI*; HTĐ tương tác OXBYBZB; HTĐ vận tốc OXaYaZa; HTĐ liên kết OXYZ. Mối liên hệ giữa các HTĐ được mô tả trên hình 2.2. Z I* Za Z YI* X Ya Za VTL Xa Vtl A TLDH O XB a a Xa VTL O r RTL Tau B ZI YI RT Ya Y B OI XI * XI Hình 2.2. Mối liên hệ giữa các hệ tọa độ Phép chuyển giữa các HTĐ được thực hiện thông qua các phép tịnh tiến và phép quay tương ứng (biểu diễn bằng các ma trận chuyển). Ví dụ: do gốc tọa độ O của HTĐ tương tác và HTĐ vận tốc với gốc tọa độ OI của HTĐ quán tính không trùng nhau, nên phép chuyển từ HTĐ tương tác và HTĐ vận tốc sang HTĐ quán tính được thực hiện thông qua HTĐ mặt đất di động OXI*YI*ZI* (HTĐ giữ hướng trung gian). Trên cơ sở HTĐ giữ hướng này, xây dựng các ma trận chuyển giữa các HTĐ tương ứng. 2.3. Xây dựng mô hình động học mô tả cơ động phức tạp của tên lửa đối hải khi tiếp cận tàu địch ZI Vd aTL r o Tau VTL TLDH YI XI Hình 2.3. Mô hình tương tác “một đối một” của TLĐH và PPKTĐ Mô hình tương tác “một đối một” của TLĐH và tàu địch có trang bị một tổ hợp PPKTĐ được trình bày trên hình 2.3. Hệ phương trình tổng quát
5 mô tả chuyển động xoắn ốc trong không gian của TLĐH:  r  VTL cos  a cos a ;    r  y  VTL sin  a ;    r z  VTL cos  a sin a ;  aTLy tan  B sin  a cos a  a   (VTL cos a sin a )  VTL cos a rcos a (2.21)    sin  a sin a (V sin  )  1 (V cos sin ); TL a TL a a  rcos a r  z   aTL tan  B sin a cos a   a V  (VTL cos a sin a )  (VTL sin  a ),  TL r r Các thành phần x ,  y , z của véctơ vận tốc góc cự ly TLĐH- tàu: z 1 x   B sin  B  sin  B  tg B (VTL cos a sin a ), (2.22) cos B r   trong đó: r ,V TL - véctơ cự ly TLĐH - tàu và véctơ vận tốc tên lửa trong HTĐ quán tính;  a , B - góc nghiêng quỹ đạo của tên lửa trong HTĐ vận tốc và HTĐ tương tác; a - góc hướng của tên lửa trong HTĐ vận tốc;  aTL , aTLy , aTL z - véctơ gia tốc tổng và các giá trị gia tốc thành phần theo các trục OIYI, OIZI của TLĐH trong HTĐ quán tính. 2.4. Phương pháp xác định độ trượt giữa tâm khối đạn pháo và tên lửa Phương pháp xác định độ trượt của tâm khối đạn PPKTĐ và tâm khối TLĐH được mô tả trên hình 2.4. R*(t+ (t))=Rd (t+ (t)) TL VTL(t) R (t+ (t)) TL Vd (t) R(t) a (t) TL TL TLDH R(t) d PPKT D Hình 2.4. Xác định độ trượt giữa TLĐH và đạn PPKTĐ Độ trượt giữa tâm khối đạn PPKTĐ và tâm khối TLĐH được tính theo biểu thức: t  ( t ) s2 1 2  (t   (t ))    aTL ( s1 )ds1ds2  aTL (t )  (t )  t t 2
6     = RTL (t   (t ))  RTL* (t   (t ))  RTL (t   (t ))  R d (t   (t )) , (2.26)   * trong đó: RTL (t   (t )) , R TL (t   (t )) - véctơ vị trí dự đoán và véctơ vị trí thực tế của TLĐH tại thời điểm thời điểm đạn pháo bay tới vị trí bắn  đón (t   (t )) ; R d (t   (t )) - véctơ vị trí của đạn PPKTĐ tại thời điểm  (t   (t )) ; aTL (t) - véctơ gia tốc tức thời của TLĐH. 2.5. Phương pháp tạo cơ động xoắn ốc Gia tốc tổng của TLĐH khi cơ động tính theo gia tốc bay tự dẫn và thành phần gia tốc tạo cơ động qua biểu thức:    a (i )  a a , danTL (2.36) codong  Gia tốc bay tự dẫn a danTL của TLĐH tuân theo phương pháp dẫn tiếp  cận tỷ lệ và gia tốc tạo cơ động phức tạp a codong được mô tả trên hình 2.7. VTL XB aco dong VTL cd adanTL a cddanTL Hình 2.7. Giản đồ véctơ tạo cơ động Trên cơ sở phương pháp dẫn kết hợp, luận án luận giải và chứng minh khả năng cơ động xoắn ốc, cơ động con rắn của TLĐH trong điều kiện cho phép về giới hạn gia tốc cực đại (quá tải cực đại). Kết luận chương 2 Sử dụng phương pháp dẫn kết hợp trên nền tảng phương pháp dẫn tiếp cận tỷ lệ cổ điển, xây dựng được mô hình động học cơ động phức tạp của TLĐH trong giai đoạn tiếp cận mục tiêu, luận giải và chứng minh khả năng cơ động xoắn ốc, cơ động con rắn của TLĐH trong điều kiện cho phép về giới hạn gia tốc cực đại (quá tải cực đại) của tên lửa. Xây dựng mô hình tổng quát đánh giá tương tác giữa TLĐH và tổ hợp PPKTĐ trên tàu trong điều kiện tác chiến một đối một, cách xác định độ trượt giữa tâm khối đạn pháo và tâm khối tên lửa. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của chương 2, kết hợp với mô phỏng thực nghiệm, ở chương 3 luận án sẽ cụ thể hóa mô hình tương tác hai chiều giữa TLĐH và PPKTĐ trong các điều kiện tên lửa bắn đơn và bắn loạt.
7 Chương 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐÁNH GIÁ TƯƠNG TÁC HAI CHIỀU GIỮA TÊN LỬA ĐỐI HẢI VÀ TỔ HỢP PHÁO PHÒNG KHÔNG TỰ ĐỘNG TRÊN TÀU 3.1. Giới hạn, phạm vi xây dựng các thuật toán đánh giá tương tác Bản chất tình huống tác chiến “một đối một” là một tên lửa (hoặc loạt tên lửa có quỹ đạo giống nhau phóng dãn cách đều) tấn công một tàu có một tổ hợp PPKTĐ bảo vệ (xem hình 3.2). Luận án không đề cập chi tiết đến uy lực của đầu đạn pháo, kết quả của tương tác hai chiều giữa TLĐH và PPKTĐ được đánh giá thông qua hiệu quả tiêu diệt tên lửa của loạt đạn pháo. Do hiện nay đa số đạn PPKTĐ đều sử dụng ngòi chạm nổ, các định luật tiêu diệt mục tiêu của đạn quy về số viên đạn trung bình cần bắn trúng tên lửa, vì vậy chỉ tiêu đánh giá tương tác hai chiều là số viên đạn trung bình ít nhất w (hay còn gọi là cấp độ bền vững) cần bắn trúng để tiêu diệt tên lửa. Thực tế góc ψ giữa hướng đạn (đường ngắm mục tiêu của pháo) và trục dọc của TLĐH có giá trị khá nhỏ, khoảng từ 2 đến 4 độ. Do vậy, có thể giả thiết gần đúng góc ψ ≈ 0. Khi đó, phạm vi tương tác hai chiều được xét là trực diện, tức là pháo sẽ được bắn theo kiểu bắn đón. Hình 3.2. Một loạt TLĐH và một PPKTĐ Bài toán đánh giá tương tác hai chiều giữa TLĐH và PPKTĐ trên tàu được xét trong cùng HTĐ mặt đất cố định OIXIYIZI với gốc toạ độ OI là điểm xuất phát của tàu. Như vậy, trong cùng HTĐ này, phải xây dựng hai hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của tâm khối đạn PPKTĐ và của TLĐH cũng như xét chuyển động của chúng từng bước thời gian thực dt. Các phương trình vi phân được giải bằng phương pháp Runge - Kutte với bước tính là 1ms. Tương tác tức thời giữa đạn pháo và TLĐH được xét trên mặt phẳng đặc trưng Q (chứa điểm bắn đón Ay và vuông góc với đường thẳng bắn đón) có tính đến tản mát của đạn pháo. Hệ tọa độ mặt đất cố định OIXIYIZI có hai trục OIXI và OIZI nằm trong mặt phẳng bắn đón B của tổ hợp pháo (tức là coi tàu đứng yên trong một loạt đạn). Sơ đồ véctơ giải bài toán bắn đón của pháo được mô tả trên hình 3.9.
8 Hình 3.9. Sơ đồ véctơ giải bài toán bắn TLĐH bởi tổ hợp PPKTĐ Để giải xác định tọa độ điểm bắn đón Ay của tổ hợp PPKTĐ, phải  0  giải phương trình (3.19) tìm nghiệm. Các biến cần tìm là V 0 và  . Phương trình này được giải trong HTĐ quán tính OIXIYIZI. 0  V01   (V 0  P)  r  0, (3.19) V0    V .(b  r TL ) trong đó: P 01 . (3.20) Vd 0 . 3.2. Hệ phương trình vi phân chuyển động của đạn pháo và tên lửa Quỹ đạo bay của tâm khối đạn pháo trong mô hình được mô tả dưới dạng hệ năm phương trình vi phân:   g cos d ;  d d   dt V  d  2  dV  c i ρ V D d  x d d d    g sin d ;  dt 8m   d  dx (3.21)   V cosd cos d ;  dt d  dy   V cos d sin d ;  dt d  dz   V sin d ,  dt d  trong đó: d - góc nghiêng quỹ đạo của đạn; Vd - vận tốc của đạn; cx - hệ số
9 lực cản chính diện của đạn; id - hệ số hình dạng của đạn; ρ - mật độ không khí; Dd - cỡ đạn; md - khối lượng đạn; х - cự ly theo trục ngang OIXI; z - cự ly theo trục thẳng đứng OIZI; y - cự ly theo trục OIYI;  d - góc hình chiếu quỹ đạo lên mặt phẳng OIXIYI và trục OIXI. Điều kiện đầu vào để tính toán quỹ đạo đạn pháo: x(0)=x d0; y(0)=y d0; z(0)=z d0; Vd(0)=Vd0; d(0)=d0;  d (0)= d0, Hệ phương trình mô tả chuyển động của tâm khối TLĐH trong giai đoạn dẫn kết hợp được nêu trong các bảng 3.2, 3.3 ở chương 3 của luận án. 3.3. Mô hình toán học đánh giá tương tác giữa loạt phóng tên lửa đối hải và tổ hợp pháo phòng không tự động. Lưu đồ thuật toán đánh giá tương tác giữa loạt phóng TLĐH và tổ hợp PPKTĐ được trình bày trên hình 3.13. Các tham số ngẫu nhiên bao gồm: số tên lửa trong loạt phóng đi vào vùng chế áp của PPKTĐ, thời gian dãn cách phóng giữa các tên lửa trong loạt, thời gian sẵn sàng bắn của tổ hợp PPKTĐ, tọa độ điểm rơi của từng viên đạn trên mặt phẳng đặc trưng Q (xét trong HTĐ quán tính) do tản mát của đạn pháo gây ra. Trình tự giải: 1. Nhập số liệu ban đầu: - Các thông số về TLĐH: vận tốc bay hành trình VTL, đường kính đặc trưng Dtl của TLĐH, các thông số kiểu quỹ đạo (chu kỳ cơ động T, quá tải pháp tuyến khi cơ động ntl), độ dài loạt phóng R của các TLĐH. - Các thông số về pháo: sơ tốc của đạn, tốc độ bắn N, cỡ đạn Dd, khối lượng đạn md, số viên đạn trong một loạt bắn, sai số hệ thống m(yT ) , mz(T ) , tản mát kỹ thuật của đạn  y(T ) , z(T ) , cự ly bắn nhỏ nhất. - Số lượt thử nghiệm lớn nhất Ntn_max, số loạt bắn lớn nhất khi bắn vào một TLĐH Nmax. 2. Xác định tọa độ điểm bắn đón: tọa độ điểm bắn đón Ay trong HTĐ quán tính OIXIYIZI được xác định bằng phương pháp số giải hệ phương trình mô tả tương tác hai chiều gồm hệ phương trình vi phân chuyển động của đạn pháo (3.21) và các phương trình động học cơ động phức tạp của TLĐH nêu trong các bảng (3.2)÷(3.3). 3. Tạo lập biến ngẫu nhiên: - Thời gian dãn cách phóng Tj,j-1 giữa các TLĐH trong một loạt phóng phân phối theo quy luật phân phối đều (3.51): Tj,j-1=R.U(0,1) - Thời gian sẵn sàng bắn Tchuky phân phối theo quy luật phân phối đều (3.52): Tchuky=1,5 + 0,5.U 4. Tính chu kỳ bắn: theo loạt bắn thực tế đang xét (ứng với mục tiêu là TLĐH thứ j). So sánh Tj,j-1 với chu kỳ bắn Tchuky, nếu giá trị của chu kỳ bắn nhỏ hơn, thì lấy giá trị mới chu kỳ bắn Tchuky chính bằng Tj,j-1.
10 Bắt đầu Nhập dữ liệu đầu vào Vòng tính toán theo số lượt thử nghiệm: Ntn=Ntn +1 Vòng tính toán theo số lượng TLĐH: j=j+1 Tính khoảng thời gian giữa các loạt đạn bắn vào TLĐH j và j-1 Xác định Tchuky giữa các TLĐH j và j-1 sai Nloat≤Nmax đúng sai rj ≥rmin đúng Xác định xác suất tiêu diệt TLĐH của một loạt đạn sai TLĐH bị TD đúng Tính số TLĐH bị tiêu diệt: Ntd(j)= Ntd(j-1) +1 sai j=NTLĐH đúng sai Ntn=Ntn _max đúng Kỳ vọng toán học số TLĐH bị tiêu diệt: M=Ntd/Ntn Kết thúc Hình 3.13. Lưu đồ thuật toán đánh giá tương tác giữa loạt phóng TLĐH và tổ hợp PPKTĐ
11 5. Xác định tọa độ điểm rơi của đạn: tọa độ ngẫu nhiên điểm rơi viên đạn thứ k của loạt bắn thứ i trên mặt phẳng Q xét trong HTĐ quán tính OIXIYIZI có tính đến các yếu tố tản mát được biểu diễn qua các công thức: yd (Ty )  y (Ty )  m y (Ty )  N (0,1). y (Ty ); (3.44) zd (Ty )  z (Ty )  mz (Ty )  N (0,1). z (Ty ). (3.45) trong đó: N(0,1)- phân bố chuẩn kỳ vọng toán 0 và độ lệch chuẩn 1. (T ) (T ) mz (Ty )  mz(T ) rY ; m y (Ty )  m (yT ) rY ;  y (Ty )   y rY ; z (Ty )   z rY , 6. Tính xác suất trúng TLĐH của từng viên đạn trong loạt bắn: ( y  m y ( Ty ) ) ( z  mz ( T y ) ) 1  2 y2  2 z2 (3.46) pk ,i    ( yd , zd )dyd dzd   e dyd dzd , STL 2 y z STL ( y  m y ( Ty ) ) ( z  m z ( Ty ) )   1 2 y2 2 z2 (3.47) pk ,i   e dyd dzd , 2 y z STL 7. Xác định kỳ vọng toán số viên đạn trong loạt bắn thứ i gồm n viên đạn bắn trúng TLĐH thứ j theo công thức: n m   pk , j . (3.48) k 1 8. Kiểm tra điều kiện TLĐH thứ j có bị tiêu diệt bởi loạt đạn pháo gồm n viên theo điều kiện: m ≥ w. (3.49) 9. Đánh giá kỳ vọng toán số TLĐH bị tiêu diệt trong loạt khi bị các tổ hợp PPKTĐ chế áp: M=Ntd/Ntn. (3.53) Các điều kiện dừng khi mô phỏng: nếu Ntn >Ntn_max hoặc số TLĐH trong loạt lớn hơn 5 thì dừng mô phỏng, tiến hành lượt thử nghiệm mới. 3.4. Mô hình toán học đánh giá tương tác giữa loạt đạn tổ hợp pháo phòng không tự động trên tàu và tên lửa đối hải Lưu đồ thuật toán đánh giá tương tác giữa loạt đạn của tổ hợp PPKTĐ trên tàu và TLĐH được trình bày trên hình 3.15. Trình tự giải: 1. Nhập số liệu ban đầu: - Các thông số về TLĐH: vận tốc bay hành trình VTL, đường kính đặc trưng Dtl, quá tải pháp tuyến khi cơ động ntl, chu kỳ cơ động T. - Các thông số về tổ hợp pháo: sơ tốc của đạn, tốc độ bắn N, cỡ đạn Dd, khối lượng đạn md, số viên đạn trong một loạt bắn, sai số hệ thống m(yT ) , mz(T ) tản mát kỹ thuật của đạn  y(T ) , z(T ) , độ chính xác xử lý véctơ vận tốc mục tiêu  Vy(T )   Vz(T )   V(T ) . TL - Số lượt thử nghiệm lớn nhất Ntn_max. 2. Xác định tọa độ điểm bắn đón Ay trong HTĐ quán tính và thời gian Ty từ khi pháo bắt đầu bắn đến khi viên đạn đầu tiên gặp mục tiêu.
12 Bắt đầu Nhập dữ liệu Vòng tính toán theo số lần thử nghiệm: Nt=Ntn+1 Vòng tính toán theo số viên đạn: i=i+1 Xác định tọa độ điểm bắn đón Ay Tọa độ tâm khối viên đạn thứ i trong mặt phẳng Q Tọa độ tâm khối TLĐH trong mặt phẳng đặc trưng Q Xác định độ trượt của viên đạn i và TLĐH Số viên đạn trúng TLĐH: m(i)=m(i-1)+1 sai TLĐH bị tiêu diệt đúng Tính số trường hợp TLĐH bị tiêu diệt: S(i)=S(i-1)+1 đúng Ntn
13 3. Xác định tọa độ tâm khối của đạn: tọa độ thực tế tâm khối của viên đạn thứ i trên mặt phẳng Q xét trong HTĐ quán tính OIXIYIZI có tính đến các yếu tố tản mát được biểu diễn qua các phương trình (3.56) ÷ (3.59). ydi (Tyi )  yi (Tyi )  myi (Tyi )  N (0,1). y (Tyi ); (3.56) zdi (Tyi )  zi (Tyi )  mzi (Tyi )  N (0,1). z (Tyi ); (3.57) mzi (TYi )  mz(T ) rY , m yi (TYi )  m (yT ) rY ; (3.58)  y (TYi )   y(T ) rY ; z (TYi )   z(T ) rY . (3.59) 4. Xác định tọa độ tâm khối TLĐH trên mặt phẳng đặc trưng Q xét ở HTĐ quán tính OIXIYIZI có tính tới sai số bù vị trí (thông qua độ chính xác xử lý véctơ vận tốc mục tiêu) theo các phương trình: YTL (Tyi )  yTL (Tyi )   Vy(T ) .rY ; (3.60) ZTL (Tyi )  zTL (Tyi )   Vz(T ) .rY . (3.61) 5. Xác định độ trượt giữa tâm khối của viên đạn thứ i và tâm khối TLĐH trong mặt phẳng Q theo biểu thức: 2 2  (Tyi )  YTL (Tyi )  yd (Tyi )    ZTL (Tyi )  zd (Tyi )  . (3.62) 6. Kiểm tra điều kiện đạn trúng hay không trúng TLĐH theo điều kiện (3.63) và tính số lượng viên đạn trúng tên lửa theo (3.64). Nếu  (Tyi )  Dtl /2 – đạn trúng TLĐH (3.63) m(i)= m(i-1) +1. (3.64) 7. Đánh giá trạng thái của TLĐH theo điều kiện (3.65): m ≥ w - TLĐH bị tiêu diệt (3.65) - Nếu điều kiện (3.65) được thỏa mãn, thì cộng dồn số trường hợp TLĐH bị tiêu diệt theo công thức: S(i)=S(i-1)+1. (3.66) - Nếu không thỏa mãn, TLĐH không bị tiêu diệt, vòng tính toán chạy tới viên đạn i+1. Lặp lại các bước 2÷7. 8. Kiểm tra số lượt thử nghiệm: nếu số lượt vẫn nhỏ hơn giá trị max cho trước, thì mô hình tính toán quay lại ở vòng tính theo lượt thử nghiệm. Nếu số lượt thử nghiệm đạt max, đánh giá xác suất TLĐH bị tiêu diệt theo công thức: P=S/Ntn. (3.78) Điều kiện dừng khi mô phỏng: nếu số lượt thử nghiệm lớn hơn số lượt thử nghiệm cực đại Ntn_max thì dừng mô phỏng, đánh giá kết quả. 3.5. Xây dựng chương trình mô phỏng số và kiểm chứng mô hình Chương trình mô phỏng số đánh giá hiệu quả các dạng cơ động TLĐH để vượt hỏa lực PPKTĐ trên tàu được xây dựng bằng ngôn ngữ Delphi trên cơ sở hai thuật toán đã xây dựng. Luận án sử dụng các thông số
14 của hai tổ hợp pháo AK-630M và Mk.15 để tiến hành đánh giá tính đúng đắn của mô hình thuật toán, vì theo công bố xác suất tiêu diệt TLĐH kiểu Kh-35 của AK-630M khi tên lửa bay thẳng với vận tốc không đổi nằm trong dải 0,3÷0,4 và xác suất tiêu diệt TLĐH kiểu Harpoon của Mk.15 nằm trong dải 0,2÷0,3. Trên bảng 3.6 trình bày kết quả mô phỏng số với phương án bắn đón ở cự ly từ 1000m đến 4500m, TLĐH bay bằng với vận tốc 280 m/s. Bảng 3.6. Xác suất tiêu diệt mục tiêu của AK-630M, Mk.15 qua mô phỏng số Xác suất AK-630M tiêu diệt Xác suất Mk.15 tiêu diệt Cự ly bắn, m mục tiêu Kh-35E mục tiêu Harpoon 1000 0,46 0,35 1500 0,42 0,32 2500 0,41 0,3 3000 0,38 0,29 3500 0,36 0,28 4000 0,3 0,26 4500 0,26 0,21 So sánh các giá trị xác suất tiêu diệt TLĐH của AK-630M, Mk.15 trên bảng 3.7 với các thông số tiêu diệt mục tiêu của 2 loại pháo này, cho thấy kết quả khảo sát của chương trình mô phỏng số và các thông số kỹ thuật đã được công bố lệch nhau không nhiều hơn 10%. Bước đầu có thể khẳng định thuật toán đã xây dựng ở chương 3 có tính hợp lý và có thể sử dụng trong việc đánh giá định lượng hiệu quả của các dạng cơ động TLĐH để vượt hỏa lực PPKTĐ trên tàu. Kết luận chương 3 Trong chương 3, luận án xây dựng mô hình toán học đánh giá tương tác hai chiều giữa tổ hợp PPKTĐ trên tàu và TLĐH khi tên lửa bắn đơn và bắn loạt. Trên cơ sở mô hình thuật toán, lập chương trình mô phỏng số phục vụ khảo sát hiệu quả của các dạng cơ động TLĐH để vượt hỏa lực PPPKTĐ. Kiểm chứng tính đúng đắn của chương trình mô phỏng số bằng cách so sánh các thông số xác suất tiêu diệt TLĐH của một số tổ hợp PPKTĐ đã được công bố với số liệu mô phỏng. Qua việc khảo sát mô phỏng thực nghiệm Monte-Carlo, xác định được các yếu tố sau: - Xác suất tiêu diệt TLĐH bởi tổ hợp PPKTĐ khi các thông số kỹ thuật của tên lửa thay đổi và trong các trường hợp tên lửa thực hiện cơ động phức tạp; - Quan hệ của kỳ vọng toán số TLĐH bị tiêu diệt trong loạt phóng khi bị các tổ hợp PPKTĐ chế áp với các yếu tố cơ động phức tạp của tên lửa đối hải.
15 Chương 4. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC DẠNG CƠ ĐỘNG TÊN LỬA ĐỐI HẢI ĐỂ VƯỢT HỎA LỰC PHÁO PHÒNG KHÔNG TỰ ĐỘNG TRÊN TÀU 4.1. Các thông số đầu vào của mô hình tính toán Sử dụng chương trình mô phỏng số đã lập trình để đánh giá hiệu quả các dạng cơ động TLĐH nhằm vượt hỏa lực PPKTĐ trên tàu khi tên lửa bắn đơn và bắn loạt. Chọn PPKTĐ: Goalkeeper và Vulkal-Phalanx là các tổ hợp pháo hiện đại và được đánh giá cao nhất hiện nay. TLĐH có đường kính đặc trưng Dtl là 0,2m, 0,4m và 0,7 m tương ứng với lớp TLĐH chiến thuật, chiến dịch-chiến thuật và chiến dịch, vận tốc bay hành trình từ 100 m/s đến 1000 m/s. Như vậy, nhận được tổ hợp hàng trăm bộ thông số kỹ thuật TLĐH, tương ứng với từng bộ số liệu đó tiến hành “bắn thử nghiệm” để đánh giá kết quả. 4.2. Các phương án cơ động của tên lửa đối hải Hình 4.1. Mô hình tương tác tương tác giữa loạt đạn của tổ hợp PPKTĐ và TLĐH khi TLĐH cơ động con rắn trong mặt phẳng ngang Hình 4.2. Mô hình tương tác tương tác giữa loạt đạn của tổ hợp PPKTĐ và TLĐH khi TLĐH cơ động xoắn ốc trong không gian Xét hai dạng cơ động: xoắn ốc và con rắn. Giả thiết tàu chuyển động
16 thẳng đều có vận tốc nhỏ không đáng kể so với sơ tốc của đạn pháo, hướng chuyển động vuông góc với hướng tấn công của TLĐH. Trên hình 4.1, mô tả một trường hợp TLĐH cơ động trong mặt phẳng ngang với thông số: vận tốc 800 m/s, tại vị trí cách tàu 1800m, tên lửa thay đổi tham số cơ động từ chu kỳ cơ động T=3s, quá tải n=3 sang chu kỳ cơ động mới T=6s với quá tải n=5. Xét hai kiểu quỹ đạo cơ động xoắn ốc đặc trưng nhất của TLĐH (hình 4.2): - Quỹ đạo thứ 1 (chỉ thay đổi quá tải): quỹ đạo cơ bản với quá tải n=3, chu kỳ T=3s sang quỹ đạo mới với n=5, T=3s. - Quỹ đạo thứ 2 (thay đổi cả quá tải và chu kỳ cơ động): quỹ đạo cơ bản với quá tải n=3, chu kỳ T=3s sang quỹ đạo n=5, T=6s. Xét hai trường hợp: TLĐH đang cơ động con rắn khi PPKTĐ bắt đầu bắn thì chuyển sang cơ động kiểu xoắn ốc và TLĐH đang cơ động xoắn ốc nhưng khi PPKTĐ bắt đầu bắn thì thay đổi tham số cơ động. 4.3. Đánh giá ảnh hưởng của vận tốc và cấp độ bền vững của TLĐH đến khả năng sống sót của TLĐH khi bị các tổ hợp PPKTĐ chế áp Mục đích của bài toán này nhằm chỉ ra biện pháp thay đổi vận tốc hoặc cấp độ bền vững của tên lửa thích hợp với lớp tên lửa nào ở phương diện nâng cao hiệu quả vượt hỏa lực pháo phòng không trên tàu. 1 1 0,9 0.9 0.8 0,8 0.7 0,7 Xác suất bị tiêu diệt Xác suất bị tiêu diệt 0.6 0,6 0.5 0,5 0.4 0,4 0.3 0,3 0.2 0,2 0.1 0,1 0 0 0 200 400 600 800 1000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Vận tốc TLĐH, m/s Vận tốc TLĐH,m/s Goalkeeper,Dtl=0,7m,w=1 Goalkeeper,Dtl=0,7m,w=2 Goalkeeper,Dtl=0,2m,w=1 Vunkal-Phalanx,Dtl=0,7m,w=1 Dtl=0,7m Dtl=0,4m Dtl=0,35m Dtl=0,2m Vunkal-Phalanx,Dtl=0,7m,w=2 Vunkal-Phalanx,Dtl=0,2m,w=1 Hình 4.4. Xác suất tiêu diệt TLĐH của tổ Hình 4.6. So sánh xác suất tiêu diệt TLĐH hợp Goalkeeper trong trường hợp tên lửa có của hai tổ hợp PPKTĐ Goalkeeper và vận tốc và đường kính đặc trưng khác nhau Vunkal-Phalanx Sự phụ thuộc của xác suất TLĐH bị tiêu diệt bởi tổ hợp Goalkeeper vào vận tốc bay VTL và đường kính đặc trưng Dtl của tên lửa khi tên lửa bay bằng với vận tốc không đổi được mô tả trên hình 4.4. Trên hình 4.6 trình bày so sánh xác suất tiêu diệt TLĐH của hai tổ
17 hợp PPKTĐ Goalkeeper và Vunkal-Phalanx xét trong cùng một điều kiện tác chiến, tên lửa bay bằng với vận tốc không đổi. Đồ thị sự phụ thuộc của xác suất TLĐH bị tiêu diệt bởi tổ hợp Goalkeeper vào cấp độ bền vững w của tên lửa được trình bày trên hình 4.9. 1 0.9 0.8 0.7 Xác suất bị tiêu diệt 0.6 Dtl=0,7m,Vtl=270m/s Dtl=0,7m,Vtl=800m/s 0.5 Dtl=0,4m,Vtl=270m/s Dtl=0,2m,Vtl=270m/s 0.4 Dtl=0,2m,Vtl=800m/s 0.3 0.2 0.1 0 1 1.5 2 2.5 3 Số viên đạn trúng có thể tiêu diệt TLĐH Hình 4.9. Xác suất tiêu diệt TLĐH của tổ hợp PPKTĐ Goalkeeper khi tên lửa thay đổi cấp độ bền vững w Đánh giá kết quả Đối với tổ hợp Goalkeeper: - Khi vận tốc tăng từ 100 m/s đến 300 m/s thì xác suất TLĐH bị tiêu diệt bởi tổ hợp Goalkeeper giảm khá rõ từ 0,3 đến 0,05 cho mỗi 100 m/s. Dữ liệu khảo sát cho thấy, khi vận tốc tên lửa tăng, mức độ chống trả của pháo giảm khá rõ. - Trong trường hợp vận tốc TLĐH lớn hơn 700 m/s, nếu tăng vận tốc thì xác suất tên lửa bị tiêu diệt giảm không nhiều. Đặc biệt với loại đường kính đặc trưng 0,2m, với các dải vận tốc lớn hơn 700 m/s xác suất tên lửa bị tiêu diệt gần như không đổi. Điều này được lý giải bởi trong vùng hỏa lực của pháo, nếu tên lửa bay với vận tốc trên âm và siêu âm, các tổ hợp pháo không đủ thời gian để bắn nhiều loạt đạn đến vị trí quỹ đạo tương lai của tên lửa. - Riêng với các TLĐH có đường kính đặc trưng trung bình (0,4m và 0,35m), nếu vận tốc tăng 100 m/s thì xác suất bị tiêu diệt giảm 0,04÷0,1. - Với các tên lửa cỡ nhỏ (0,2m) thì w có ảnh hưởng rất nhỏ đến khả năng sống sót khi tác chiến. Tên lửa có Dtl trung bình (0,4 m), khi tăng w lên 1, thì xác suất bị tiêu diệt giảm khoảng 2 lần. Như vậy, trên phương diện nâng cao hiệu quả vượt hỏa lực PPKTĐ, biện pháp tăng vận tốc bay đối với loại tên lửa kính đặc trưng 0,7m là
18 không khả dĩ (do ảnh hưởng của vận tốc bay đến khả năng sống sót là không nhiều, khi bay đến 1000 m/s, xác suất bị tiêu diệt vẫn ở mức 0,75). Với tên lửa có đường kính nhỏ (0,2m), phương án này chỉ có hiệu quả khi vận tốc bay nhỏ hơn 700 m/s. Tăng vận tốc là giải pháp khả thi đối với các loại TLĐH có đường kính trung bình (0,4m và 0,35m) trong việc tăng hiệu quả vượt hỏa lực PPKTĐ một cách rõ rệt. So sánh hai tổ hợp Goalkeeper và Vunkal-Phalanx: - Với loại tên lửa Dtl =0,7m có vận tốc bay cận âm thì xác suất bị tiêu diệt bởi tổ hợp Vunkal - Phalanx là 0,8 còn tổ hợp Goalkeeper là 0,97. Khi tăng tốc và giảm kích thước tên lửa thì xác xuất sống sót tăng 1,5÷2 lần. - Khi TLĐH bay bằng, hiệu quả bắn trúng vào TLĐH của tổ hợp Goalkeeper cao hơn tổ hợp Vunkal-Phalanx khoảng 2÷4 lần. Trong cùng một điều kiện tác chiến, tổ hợp Goalkeeper có hiệu quả cao hơn nhiều so với tổ hợp Vunkal-Phalanx trong việc chế áp TLĐH. Vì vậy luận án sẽ sử dụng số liệu của tổ hợp Goalkeeper để đánh giá ở các phần sau. Đây là trường hợp pháo mà tên lửa dễ bị tiêu diệt hơn cả. 4.4. Đánh giá hiệu quả của các dạng cơ động tên lửa đối hải để vượt hỏa lực pháo phòng không tự động trên tàu khi bắn đơn a)Trường hợp TLĐH cơ động kiểu con rắn trong mặt phẳng ngang Do quá trình bắn thử nghiệm rất tốn thời gian, nên không mất tính tổng quát, trong trường hợp TLĐH cơ động kiểu con rắn, xét TLĐH bay với vận tốc 800 m/s, với các loại đường kính đặc trưng 0,2 m, 0,4m, 0,7m và cấp độ bền vững w=1 và w=2. Tổ hợp PPKTĐ là tổ hợp Goalkeeper. 1 0,9 0,8 0,7 Xác suất bị tiêu diệt Dtl=0,7m,w=1 0,6 Dtl=0,4m,w=1 Dtl=0,2m,w=1 0,5 Dtl=0,7m,w=2 0,4 Dtl=0,4m,w=2 Dtl=0,2m,w=2 0,3 0,2 0,1 0 0 1 2 3 4 5 6 Thay đổi quá tải Δn Hình 4.12. Xác suất tiêu diệt TLĐH của tổ hợp Goalkeeper khi tên lửa bay với vận tốc 800 m/s, cơ động con rắn trong mặt phẳng ngang với ΔT=3s