Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
ĐÁNH GIÁ KỲ VỌNG TOÁN SỐ TÊN LỬA ĐỐI HẢI BỊ<br />
TIÊU DIỆT TRONG LOẠT PHÓNG KHI BỊ CÁC TỔ HỢP<br />
PHÁO PHÒNG KHÔNG TỰ ĐỘNG CHẾ ÁP<br />
<br />
Nguyễn Hanh Hoàn1*, Lê Kỳ Biên2, Phạm Đức Hùng3<br />
<br />
Tóm tắt: Bài báo trình bày đánh giá kỳ vọng toán học số tên lửa đối hải bị tiêu<br />
diệt trong loạt phóng khi bị các tổ hợp pháo phòng không tự động chế áp có tính đến<br />
các yếu tố cơ động phức tạp của tên lửa. Đánh giá được thực hiện bằng phương<br />
pháp mô phỏng thực nghiệm Monte-carlo. Kết quả này cho thấy hiệu quả của các<br />
kiểu cơ động tên lửa đối hải khi tác chiến trên biển.<br />
Từ khóa: Tổ hợp pháo phòng không tự động, Tên lửa đối hải.<br />
<br />
1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br />
Tên lửa đối hải (TLĐH) là phương tiện tấn công đường không điển hình và hiệu<br />
quả trong tác chiến trên biển. Trong các công trình [1],[2], nhóm tác giả đã trình<br />
bày các phương pháp điều khiển quỹ đạo của tên lửa đối hải để vượt hỏa lực pháo<br />
phòng không tầm gần trên tàu địch và xây dựng mô hình tương tác giữa tổ hợp<br />
pháo phòng không tự động trên tàu và loạt phóng tên lửa đối hải. Ngày nay, các<br />
loại TLĐH hiện đại có khả năng cơ động linh hoạt, nhằm tránh, vượt hỏa lực<br />
chống trả của đối phương [4]. Tuy nhiên các công bố khoa học về vấn đề này rất ít,<br />
mới chỉ dừng lại ở các khuyến cáo, đề xuất.<br />
Bài báo sử dụng thuật toán trong công trình [1], đánh giá kỳ vọng toán học số<br />
tên lửa đối hải bị tiêu diệt trong loạt phóng khi bị các tổ hợp pháo phòng không tự<br />
động chế áp có tính đến các yếu tố cơ động phức tạp của tên lửa đối hải<br />
2. ĐÁNH GIÁ KỲ VỌNG TOÁN HỌC SỐ TÊN LỬA ĐỐI HẢI BỊ TIÊU DIỆT<br />
TRONG LOẠT PHÓNG KHI BỊ CÁC TỔ HỢP PHÁO PHÒNG KHÔNG<br />
TỰ ĐỘNG CHẾ ÁP<br />
2.1. Cơ sở lý thuyết<br />
Theo các tài liệu [3],[5], phương pháp mô hình hóa mô phỏng trên cơ sở xác<br />
suất thống kê cho phép tính tới hầu hết các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bắn<br />
PPKTĐ đã nêu trên mà không cần sử dụng các giả thiết và điều kiện riêng. Trong<br />
bài báo, chúng ta xét tương tác giữa trực diện một loạt phóng TLĐH và một tổ hợp<br />
PPKTĐ. Thông thường khi pháo khai hỏa, tàu đứng yên hoặc chuyển động thẳng<br />
đều, khi khảo sát có thể coi tàu chuyển động thẳng đều.<br />
2.2. Mô hình toán học<br />
2.2.1. Lưu đồ thuật toán<br />
Xét loạt phóng TLĐH gồm 5 tên lửa. Tổ hợp PPKTĐ sẽ bắn tên lửa thứ nhất<br />
trước, các tên lửa còn lại sẽ lần lượt bắn theo các loạt tiếp theo. TLĐH coi như bị<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 119<br />
Tên lửa & Thiết bị bay<br />
<br />
tiêu diệt khi bị ít nhất một viên đạn pháo bắn trúng. Lưu đồ thuật toán đánh giá kỳ<br />
vọng toán học số TLĐH bị tiêu diệt trong loạt được trình bày trên hình 1 [1].<br />
Trong đó: Dj - Cự ly tức thời từ nòng pháo đến TLĐH; Dmin - Cự ly nhỏ nhất từ<br />
nòng pháo đến TLĐH;<br />
Tchuky-Thời gian từ kết thúc bắn vào tên lửa thứ j đến khi bắn tên lửa thứ j+1.<br />
Tiến hành thử nghiệm trên máy tính bằng phương pháp mô phỏng thực nghiệm<br />
Monte – Carlo: Thực hiện Ntn lần bắn các liên đạn vào loạt TLĐH trong cùng một<br />
điều kiện bắn. Kỳ vọng toán số TLĐH bị tiêu diệt trong loạt phóng được tính như<br />
sau: M = Ntd/ Ntn.<br />
<br />
Bắt đầu<br />
<br />
<br />
Nhập dữ liệu đầu vào<br />
<br />
<br />
Vòng tính toán theo số lượt thử nghiệm Ntn= Ntn +1<br />
<br />
<br />
Vòng tính toán theo số lượng TLĐH j=j+1<br />
<br />
<br />
<br />
Tính khoảng thời gian giữa các loạt đạn bắn vào TLĐH j và j-1<br />
<br />
<br />
<br />
Xác định Tchuky giữa các TLĐH j và j-1<br />
<br />
<br />
sai<br />
<br />
Nloat≤Nmax<br />
đúng<br />
sai<br />
<br />
Dj≥ Dmin<br />
<br />
đúng<br />
<br />
<br />
Xác định xác suất tiêu diệt TLĐH của một loạt đạn<br />
<br />
sai<br />
TLĐH bị TD<br />
<br />
đúng<br />
<br />
<br />
Tính số TLĐH bị tiêu diệt Ntd= Ntd +1<br />
<br />
<br />
<br />
sai<br />
j=NTLĐH<br />
đúng<br />
<br />
sai<br />
Ntn= Ntn _max<br />
đúng<br />
<br />
<br />
Kỳ vọng toán học số TLĐH bị tiêu diệt M=Ntd/Ntn<br />
<br />
<br />
Kết thúc<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 1. Lưu đồ thuật toán đánh giá kỳ vọng toán học số TLĐH bị tiêu diệt.<br />
<br />
2.2.2. Hệ phương trình chuyển động của PPKTĐ trên tàu và tên lửa đối hải<br />
Quỹ đạo của đạn PPKTĐ trên tàu được mô tả bằng hệ phương trình vi phân [5].<br />
<br />
<br />
120 N.H. Hoàn, L.K. Biên, P.Đ. Hùng, “Đánh giá kỳ vọng toán số … tự động chế áp.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
2<br />
dθ<br />
<br />
g cos θ<br />
;<br />
dV<br />
d <br />
c x i ρ V D<br />
d d g sin θ ; <br />
dt V dt 8m<br />
d d<br />
dx dy dz<br />
Vd .cos cos ; Vd .sin sin ; Vd sin <br />
dt dt dt<br />
Trong đó: - góc nghiêng quỹ đạo của đạn; g-gia tốc trọng trường; vd -vận tốc<br />
đạn; cx -hệ số lực cản chính diện của đạn; i-hệ số hình dạng đạn ; ρ-mật độ không<br />
khí; Dd - cỡ đạn; md - khối lượng đạn; х - cự ly theo trục ngang ox; у - độ cao bay;<br />
- góc hình chiếu quỹ đạo bay của đạn lên mặt phẳng oxz và trục ox.<br />
Các thông số động học chuyển động của TLĐH khi cơ động hình “Con rắn”<br />
trong một mặt phẳng.<br />
Bảng 1. Các thông số động học TLĐH khi cơ động kiểu “Con rắn”.<br />
Bắt đầu vào cơ động Cơ động ổn định Ra khỏi vùng cơ động<br />
( 0 ), hệ phương ( 2 .ncd ), hệ ( 2 .ncd ),hệ phương<br />
trình động học: phương trình động học: trình động học:<br />
1<br />
Vcd acd sin Vcd acd sin 1<br />
Vcd acd sin <br />
2 2<br />
A Vcd Acos A<br />
Vcd (1 cos ) Vcd (1 cos )<br />
2 A 2<br />
A Z cd ( 2 sin ) A<br />
Z cd ( sin ) 2 Z cd ( 2 .ncd ( sin )<br />
2 2<br />
<br />
<br />
Các thông số động học chuyển động của TLĐH khi cơ động “Spiral” trong<br />
không gian.<br />
Bảng 2. Các tham số động học của TLĐH khi cơ động quỹ đạo “Spiral”.<br />
Dải tham số Hệ số Thông số cơ động quỹ đạo kiểu spiral<br />
K ay K az Kênh đứng Kênh ngang<br />
<br />
0 0,5 Vy 0 Az<br />
0 Vz (1 cos )<br />
2 y=0 2<br />
Az<br />
z ( sin )<br />
2<br />
0,5 0,5 Ay Az<br />
Vy (1 sin ) Vz (1 cos )<br />
2 2 2<br />
Ay A<br />
y ( cos ) z z ( sin )<br />
2 2 2<br />
<br />
3 0,5 1 Ay V z Az cos<br />
Vy (1 sin )<br />
2 2 Az<br />
Ay z ( 2 sin )<br />
y ( cos ) 2<br />
2 2<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 121<br />
Tên lửa & Thiết bị bay<br />
<br />
3 1 1 Vy Ay sin Vz Az cos<br />
2 .ncd<br />
2 Ay z<br />
Az<br />
( 2 sin )<br />
y ( 2cos ) 2<br />
2<br />
2 .ncd 1 0,5 Vy Ay sin Az<br />
Vz (1 cos )<br />
2<br />
1 Ay<br />
2 .ncd y ( 2cos ) Az<br />
2 2 z ( 2 .ncd ( sin ))<br />
2<br />
<br />
1 0,5 0,5 Ay Az<br />
2 .ncd Vy (1 sin ) Vz (1 cos )<br />
2 2 2<br />
2 .ncd Ay 3 Az<br />
z ( 2 .ncd ( sin ))<br />
y ( 2 .ncd 2<br />
2 2<br />
( cos ))<br />
2 .ncd 0,5 0 Ay Vz 0<br />
Vy (1 sin )<br />
3 2 z=0<br />
2 .ncd<br />
2 Ay 3<br />
y ( 2 .ncd<br />
2 2<br />
( cos ))<br />
<br />
Trong đó: Vcd -tốc độ cơ động theo phương vuông góc với hướng chuyển động<br />
ban đầu; -tần số cơ động; acd -gia tốc pháp tuyến tạo cơ động; K a - hệ số truyền<br />
cơ động; t - pha cơ động; ncd -số chu kỳ cơ động, Vz,Vy- Vận tốc TLĐH theo các<br />
kênh ngang, đứng.<br />
<br />
3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT VÀ NHẬN XÉT<br />
Các thông số đầu vào:<br />
- Số TLĐH trong một loạt 5 quả, các TLĐH được phóng dãn cách đều trong<br />
loạt. Các trường hợp TLĐH cơ động kiểu Con rắn và kiểu Spiral<br />
- Khảo sát với các thời gian phóng R của một loạt TLĐH từ 1 s đến 30 s.<br />
- Tên lửa đối hải với loại đường kính đặc trưng Dtl là 0,4 m và 0,7 m, tốc độ bay<br />
hành trình 270 m/s và 800 m/s.<br />
- Tổ hợp PPKTĐ khảo sát là tổ hợp Golkiper (bảng 3).<br />
Bảng 3. Thông số chiến kỹ thuật tổ hợp PPKTĐ Golkiper[5].<br />
STT Đặc tính kỹ thuật<br />
1 Cỡ nòng, mm 30<br />
2 Tốc độ bắn, viên/phút 4200<br />
3 Vận tốc ban đầu, m/s 1200<br />
4 Khối lượng đạn, kg 0,36<br />
5 Hệ số hình dạng 1,0<br />
6 Độ dài loạt bắn tiêu chuẩn, viên 100<br />
7 Tản mát của đạn, phần nghìn của cự ly 3<br />
8 Độ rộng kênh quản lý mục tiêu của hệ thống tự động bắn, m 100<br />
<br />
<br />
122 N.H. Hoàn, L.K. Biên, P.Đ. Hùng, “Đánh giá kỳ vọng toán số … tự động chế áp.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
9 Độ chính xác của cơ cấu dẫn hướng nòng,m 2,0<br />
10 Độ chính xác của khâu xử lý vecto vận tốc mục tiêu, % 2,0<br />
11 Độ chính xác xử lý vecto vận tốc mục tiêu theo các tọa độ góc, 3,5<br />
phần nghìn của cự ly<br />
12 Tần số xử lý vecto vận tốc mục tiêu, Hz 25<br />
13 Sai số hệ thống, phần nghìn của cự ly 0,5<br />
14 Cự ly gặp mục tiêu của viên đạn cuối cùng trong liên bắn,m 100<br />
<br />
<br />
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của kỳ vọng toán học số TLĐH trong loạt phóng<br />
bị tiêu diệt bởi tổ hợp PPKTĐ vào độ dài loạt phóng có tính đến yếu tố tên lửa cơ<br />
động phức tạp trong một mặt phẳng (quỹ đạo Con rắn) và cơ động Spiral trong<br />
không gian được trình bày trong hình 2,3.<br />
4<br />
Kỳ vọng toán học số TLĐH bị tiêu diệt M<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
3.5<br />
<br />
3<br />
<br />
2.5<br />
<br />
2<br />
1.5<br />
1<br />
<br />
0.5<br />
<br />
0<br />
0 5 10 15 20 25 30<br />
Độ dài loạt phóng TLĐH R [s]<br />
<br />
Dtl=0,7m, V=270 m/s Dtl=0,7m, V=800 m/s<br />
Dtl=0,4m, V=270 m/s Dtl=0,4 m, V=800 m/s<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 2. Sự phụ thuộc của kỳ vọng toán học số TLĐH bị tiêu diệt trong loạt<br />
vào độ dài loạt phóng, khi TLĐH cơ động kiểu “Con rắn” trong mặt phẳng ngang.<br />
1.4<br />
Kỳ vọng toán học số TLĐH bị tiêu diệt M<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
1.2<br />
<br />
1<br />
<br />
0.8<br />
<br />
0.6<br />
<br />
0.4<br />
<br />
0.2<br />
<br />
0<br />
0 5 10 15 20 25 30<br />
Độ dài loạt phóng TLĐH R [s]<br />
<br />
Dtl=0,7m, V=270 m/s Dtl=0,7m, V=800 m/s<br />
Dtl=0,4m, V=270 m/s Dtl=0,4 m, V=800 m/s<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 3. Sự phụ thuộc của kỳ vọng toán học số TLĐH bị tiêu diệt trong loạt<br />
vào độ dài loạt phóng, khi TLĐH cơ động “Spiral” trong không gian.<br />
<br />
Từ kết quả khảo sát trên hình 2,3 và công trình [1], chúng ta có các nhận xét:<br />
- Đối với cùng một loại tên lửa đối hải (đường kính đặc trưng, tốc độ bay) thì kỳ<br />
vọng toán học số tên lửa đối hải bị tiêu diệt trong loạt phóng khi bị các tổ hợp pháo<br />
phòng không tự động chế áp càng giảm dần theo thứ tự: bay thẳng không cơ động<br />
phức tạp, cơ động con rắn, cơ động Spiral.<br />
- Các TLĐH có đường kính đặc trưng 0,4m, tốc độ bay 270 m/s trong loạt cơ<br />
động con rắn so với khi bay thẳng theo hướng mục tiêu, kỳ vọng toán học bị tiêu<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 123<br />
Tên lửa & Thiết bị bay<br />
<br />
diệt giảm gần hai lần.Các TLĐH có đường kính đặc trưng 0,7m, tốc độ bay 270<br />
m/s và 800m/s trong loạt cơ động con rắn so với khi bay thẳng theo hướng mục<br />
tiêu, kỳ vọng toán học bị tiêu diệt giảm 1,5 lần.<br />
- Khi TLĐH bay trong loạt phóng cơ động Spiral, có đường kính đặc trưng 0,4<br />
m, tốc độ bay bất kỳ, thì kỳ vọng toán học số TLĐH bị tiêu diệt không vượt quá<br />
0,5 (tính đến độ dài loạt phóng 30s). Tương tự TLĐH có đường kính đặc trưng 0,7<br />
m, tốc độ bay 800m/s, thì kỳ vọng toán học số TLĐH bị tiêu diệt không vượt quá<br />
0,75. TLĐH có đường kính đặc trưng 0,4 m, tốc độ bay 270m/s, thì kỳ vọng toán<br />
học số TLĐH bị tiêu diệt không vượt quá 1 (tính đến R=30s).<br />
<br />
4. KẾT LUẬN<br />
Trên cơ sở mô hình toán học tương tác giữa tổ hợp PPKTĐ trên tàu và loạt<br />
phóng TLĐH [1], tiến hành đánh giá kỳ vọng toán học số tên lửa đối hải bị tiêu khi<br />
bị các tổ hợp pháo phòng không tự động chế áp có tính đến các yếu tố cơ động<br />
phức tạp của tên lửa đối hải. Bài báo đã so sánh được hiệu quả của các dạng cơ<br />
động TLĐH (kiểu con rắn, kiểu Spiral và bay thẳng đều) khi TLĐH được phóng<br />
theo loạt với mục đích tránh hỏa lực PPKTĐ trên tàu địch. Trong đó, kiểu cơ động<br />
Spiral có hiệu quả cao nhất.<br />
Kết quả của bài báo có thể làm cơ sở thiết kế mới các TLĐH, cũng như cải tiến<br />
quỹ đạo bay giai đoạn tiếp cận mục tiêu của TLĐH nhằm nâng cao hiệu quả chiến<br />
đấu khi tác chiến trên biển.<br />
<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
<br />
[1]. Nguyễn Hanh Hoàn, Lê Kỳ Biên, “Xây dựng mô hình tương tác giữa tổ hợp<br />
pháo phòng không tự động trên tàu và loạt phóng tên lửa đối hải”, Tạp chí<br />
NCKH và CNQS số 36, 4 – 2015.<br />
[2]. Nguyễn Đức Thành, Nguyễn Hanh Hoàn, “Phương pháp điều khiển quỹ đạo<br />
của tên lửa đối hải để vượt hỏa lực pháo phòng không tầm gần trên tàu địch”,<br />
Tạp chí NCKH và CNQS đặc san, 9 – 2011.<br />
[3]. Венцель Е.С, “Исследование операций”, М.“Советское радио”, 1972 г, 552<br />
стр.<br />
[4]. Гусейнов А.Б, “Эффективность крылатых ракет”, М. МАИ-ПРИНТ,<br />
2011 г, 128 стр<br />
[5]. Оркин Б.Д, Оркин С.Д,“Имитационное моделирование боевого<br />
функционирования палубных истребителей, зенитных ракетных и<br />
артиллерийских комплексов корабельных групп при решении задач ПВО”,<br />
М. МАИ-ПРИНТ, 2009 г, 700 стр.<br />
<br />
<br />
<br />
124 N.H. Hoàn, L.K. Biên, P.Đ. Hùng, “Đánh giá kỳ vọng toán số … tự động chế áp.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
<br />
<br />
ABSTRACT<br />
THE EVALUATION OF MATHEMATICAL EXPECTAION OF<br />
ANTI – SHIP MISILES WHEN BEING DESTROYED IN A SERIES OF<br />
THE ANTI – AIRCRAFT ARTILLERY SYSTEMS PRESSURE<br />
<br />
This paper presents the evaluation of mathematical expectation of anti –<br />
ship missiles when being destroyed in a series of the anti-aircraft artillery<br />
systems pressure that reflects to complex motor of missile. The assessment is<br />
done by experimental simulation method Monte – carlo. These results show that<br />
the effectiveness of anti – ship missiles mobile type when combat at sea.<br />
<br />
Keywords: The anti-aircraft artillery system, Anti-ship missiles.<br />
<br />
<br />
Nhận bài ngày 21 tháng 07 năm 2015<br />
Hoàn thiện ngày 10 tháng 08 năm 2015<br />
Chấp nhận đăng ngày 07 tháng 09 năm 2015<br />
<br />
<br />
Địa chỉ: 1 Viện Tên lửa - Viện Khoa học và công nghệ quân sự;<br />
*<br />
Email: hanhhoan@yahoo.com;<br />
2<br />
Viện Điện tử - Viện Khoa học và công nghệ quân sự;<br />
3<br />
Học viện Kỹ thuật quân sự.<br />
.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 125<br />