Đánh giá kỳ vọng toán số tên lửa đối hải bị tiêu diệt trong loạt phóng khi bị các tổ hợp pháo phòng không tự động chế áp

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