CC BY
23
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
@ EE3 Correspondence author E. E. Dudar d_ee@ukr.net
е. е. Дудар1, О. е. Шаталов1, А. Ю. Васильев2
'Нацюнальна академiя сухопутних вшськ ím. гетьмана Петра Сагайдачного, м. Львiв, Украша 2Нацюнальний техтчнийутверситет "Харювський полтехтчний тститут", м. Харюв, Украша
МЕТОДИКА ВРАХУВАННЯ ГЕОМЕТРИ БОЙОВИХ МАШИН ЛЕГКО! КАТЕГОРП ВАГИ ДЛЯ ПОБУДОВИ ТАКТИЧНИХ Д1АГРАМ
Описано тдхвд до побудови геометричних поверхневих та розрахункових (дискретних) моделей бойових машин легюм категорп ваги для подальшого використання при побудовi тривимiрних тактичних дiаграм, що е необхiдним для виршення задачi аналiзу рiвня захищеностi цих бойових машин вiд стрiлецькоï збро^ Перелiчено основнi рiвняння для розрахунку ос-новних контрольованих параметрiв бронекорпусу бойових машин легюм ваговоï категорп, яю е необхiдними для подальшоï роботи алгоритму. Наведено результати геометричного моделювання сучасних бойових машин легюм ваговоï категорп, що стоять на озброенш Збройних Сил Украïни. Проведено п^вняльний аналiз геометрiï бронекорпусiв рiзних машин та броне-корпусу БТР-80, створеного за рiзними методиками. На основi створених геометричних моделей розроблено розрахунюж модет, наведено ïх приклади, для цього запропоновано використовувати алгоритми та iнструментарiй методу скiнченних елеменлв. Розроблена методика створення та опису моделей бронекорпусiв бойових машин легюм категорiï ваги, сукупно з методикою побудови геометри мiсцевостi, дае змогу перейти безпосередньо до побудови тривимiрних тактичних дiаграм, що е напрямом подальших дослiджень.
Krnuoei слова: геометрична модель; розрахункова модель; метод сюнченних елементiв; бойова машина; тривимiрна тактична дааграма.
Вступ. Як зазначено у попередшх роботах (Vasiliev, Shatalov, & Dudar, 2015; Shatalov et al., 2005; Vasiliev et al., 2004; Tomusyak & Trokhymenko, 1999; Liao et al., 2006; Yu, Du, & Wang, 2005; Zhang & HuJianli, 2001; Williams & Poon, 2000; Dudar, 2017; Dudar, Shatalov, & Vasyliev, 2017), питання розвитку методики побудови тактичних дiаграм е вкрай важливим i актуальним зав-данням як для розроблення нових i модершзованих зраз-к1в техшки, так i для вирiшення конкретних практичних завдань, орiентованих на тдготовку особового складу, що володiе поглибленими знаннями про реальний рь вень захищеносп бойових машин легко)! категорп ваги (БМ ЛКВ). Також адекватш тактичнi дiаграми можна використати для розроблення тактичних процесорiв, що дадуть змогу оперативно вирiшувати питання використання особливостей мiсцевостi для тдвищення рiвня за-хищеностi машин вщ стрiлецькоï збро1. У роботах (Vasiliev, Shatalov, & Dudar, 2015; Shatalov et al., 2005; Vasiliev et al., 2004; Dudar, 2017; Dudar, Shatalov, & Vasyliev, 2017) показано, що для цього потрiбно врахувати низку факторiв, зокрема: особливосп шсцевосп, габарити ма-шини та ïï геометрiю, iмовiрнiснi фактори, внутрiшне обладнання ЛБМ, розташування особового складу. У рамках цiеï публшацп розглянемо одне iз запитань, а са-ме питання врахування геометри машини.
1нформащя про aBTopiB: Дудар €вген бвгенович, ад'юнкт кафедри ТММЮАПР. Email: d_ee@ukr.net
Шаталов Олег бвгенович, канд. техн. наук, доцент кафедри бронетанково''' технти. Email: shatl-oleg-ua@ukr.net
Васильев Антон Юршович, канд. техн. наук, докторант кафедри ТММЮАПР. Email: avasiliev@tmm-sapr.org
Цитування за ДСТУ: Дудар £. £., Шаталов О. £., Васильев А. Ю. Методика врахування геометри бойових машин легко' категорп
ваги для побудови тактичних дiаграм. Науковий вкник НЛТУ Укра'ни. 2017. Вип. 27(5). С. 139-147. Citation APA: Dudar, E. E., Shatalov, O. E., & Vasiliev, Yu. V. (2017). The method of taking into account the geometry of lightweight combat vehicles for the construction of tactical diagrams. Scientific Bulletin of UNFU, 27(5), 139-147. https://doi.org/10.15421/40270528
НАТУ
УКРЛ1НИ
71 л
»mutet'
Науковии BicHMK НЛТУУкраТни Scientific Bulletin of UNFU http://nv.nltu.edu.ua
https://doi.org/10.15421/40270528
Article received 22.06.2017 р. Article accepted 29.06.2017 р.
УДК 623.438
Постановка задача Як зазначено в pоботax (Vasiliev, Shatalov, & Dudar, 2015; Shatalov et al., 2005; Vasiliev et al., 2004; Dudar, 2017; Dudar, Shatalov, & Vasyliev, 2017), yci наявш вapiaнти методик оцшки зaxищеноcтi не вpaxовyють мюцевють взагал^ а БМ ЛКВ розгляда-ють як мaтеpiaльнy точку з рядом xapaктеpиcтик, що ввдповвдають за опиc бронеплит машини. Характерте-тиками бронеплит e: мaтеpiaл бронеплити, товщина, оpieнтaцiя у пpоcтоpi, щодо стстеми координат машини. З огляду на те, що геометpiя бpонелиcтiв БМ ЛКВ e дошть cклaдною (pиc. 1), виникae питання щодо принципу ïï оптеу.
Рис. 1. Загальний вигляд геометри БТР-80
Незважаючи на те, що властивостi бронелиста мож-на вважати стабiльними i незм^ими, геометрiя маши-ни може мати ютотний внесок у юнцевий вигляд так-TM4HOÏ дiаграми через те, що характеристики пробиття е варшованими по площi. Треба зазначити, що тд час стрiльби:
• з одше1 точки простору по рiзних точкам БМ ЛКВ;
• з рiзних точок простору в одну й ту ж точку БМ ЛКВ;
• у кожнш точщ будуть вiдрiзнятися значения кута зустрь чi i швидкостi прильоту, особливо в разi врахування орiентацiï корпусу БМ ЛКВ у простор^ вiдмiнноï вiд горизонтально! та р!знищ висот мгж положенням точки простору та точок БМ ЛКВ.
У зв'язку iз складною геометрiею бронелиста i мю-цевостi та великою кшьюстю контрольних змiнних, зав-дання виведення аналiтичноï системи рiвнянь для кожного листа е дуже складним. Рацiональнiшим е питання дискретного опису геометрп за допомогою елементар-них об'ектiв. Подiбний тдхщ використовують при вирь шеннi задач обчислювально! механiки та газопдродина-мики, i дае змогу вивчити вкрай складнi фiзичнi проце-си, що вщбуваються в дуже складних з геометрично! точки зору об'ектах (Vasiliev et al., 2004; Liao et al., 2006; Yu, Du, & Wang, 2005; Zhang & HuJianli, 2001; Williams & Poon, 2000). Такий тдхвд мае ютотш переваги. Нашстотшшими можна назвати наявшсть вщ-працьованих методик i програмних реалiзацiй, якi мо-жуть ютотно спростити процес вирiшення завдання, за рахунок наявносп iнструментiв створення геометрп, розроблення дискретизованих моделей i вiзуалiзацiï от-риманих результатiв. Однак, при цьому варто зазначити, що все шше - математичну модель, ïï програмну ре-алiзацiю - потрiбно розробляти самостiйно i стикувати з програмним забезпеченням через наявш у них прог-рамнi штерфейси.
Матерiали та методика дослiдження. Основний шдхщ до математичного моделювання геометрп маши-ни. Для завдання опису геометрп бронелиспв з перера-хованих рашше типiв найбiльш пiдходять "пластинчас-то-о6олонков!" елементи. За формою вони бувають три-або чотирикутнi (за термшолопею МСЕ - три- або чо-тиривузловi). Додатково так! елементи мютять шфор-мацiю про матерiал та товщину елемента. Це дасть змогу повшстю описати геометрто корпусу будь-якоï БМ ЛКВ з досить високою точшстю. Сдиною проблемою (з точки зору точноста) можуть бути об'екти криволiнiйноï форми (наприклад, гарматнi башти (рис. 2)).
Проте таю об'екти теж можна описати як ю6!р еле-ментiв трикутноï чи чотирикутноï форми. Загалом, ге-ометрiя будь-якоï БМ ЛКВ е досить складною, для прикладу на рис. 3 показано геометрто бортав БТР-80, що е наближеною до реальности
З урахуванням того що, вщстат, з яких може бути уражено БМ ЛКВ, що стоять на озброенш ЗСУ, вимь рюються у сотнях метрiв та километрах, не доцшьно бу-дувати геометрт корпусу з такими др!6ними деталями. окр!м цього, кшьюсть елементiв машини лшшно впли-вае на кшьюсть циктв обчислення та час розрахунку, тож замють максимально точного опису геометрп корпусу доцшьшшим е спрощення геометрiï корпусу та моделювання його як набору усереднених елеменпв, що описують основш характернi межi машини, яю не мають др!6них елементiв. На рис. 4 зображено приклад розрахунковоï моделi, побудованоï для БТР-80, та вже розбшга на 220 елеменпв.
Рис. 2. Геометртя башт: а) БТР-80; б) БМП-2
а) борт верхньо! швсфери
б) колкш арки ~~~—иу
Рис. 3. Геометрiя бор-пв БТР-80
Математична модель БМ ЛКВ складаеться 1з двох тдмоделей - геометрично! та дискретно! (спково!, Гратчасто!). Геометрична модель корпусу складаеться з набору тривим1рних плоских поверхонь, обмежених набором прямолшшних 1 криволшшних кромок. У загаль-ному випадку кромки можуть бути або вшьними - у цьому раз1 вони описують геометр1ю отвор1в у броне пластиш, або належати юльком поверхням одночасно (зазвичай двом), у цьому раз1 кромка найчаспше е звар-ним швом м1ж р1зними "проекщями" (бронепластини). Кра! повинш проходити через наб1р вершин.
У юнцевому результат! дискретна модель корпусу БМ ЛКВ виглядае як наб1р вузл1в 1 елеменпв (кожен елемент складаеться з двох або чотирьох вузл1в).
Рис. 4. Геометрiя корпусу БТР-80: а) спрощена геометрiя; б) розбита на елементи
Нумерацiя By3niB записуеться Отже, щоб нормаль елемента збталася з нормаллю поверхнi бронеплити i була спрямована назовнi машини.
Nv,(xiyizi), i = 1...n , (1)
де: NVi - нормаль i-го елемента у локальнш системi координат машини; xiyizi - координати i-го елемента у локальнш системi координат машини.
Evj(Nij,N2j,N3j,Naj), j = 1...m , (2)
де: EV] - нормаль i -го елемента у локальнш системi координат машини; Ny, j = 1, m; i = 1,4 - координати j-го елемента у локальнiй системi координат машини.
1ндекс v у позначенш вyзлiв i елементiв позначае vechicle (машина) i слугуе для того, щоб 1х можна було вiдрiзнити вiд вyзлiв та елеменпв карти мiсцевостi.
Вузли лежать на кромках i поверхнi геометричних елеменпв машини. Елементи, окрiм шформацп про на-лежнi 1м вузли, м^ять також ряд допом1жно1 шформацп. Усi данi, що пов'язанi з елементами, позначеш ш-дексами j. Уа данi, що пов'язанi з конструктивними властивостями, позначенi iндексом k, проте кожен з них може варшватися в окремих межах. На поточний момент для роботи методики потрiбна така додаткова iнформацiя, яка позначаеться як KP (конструктивний параметр):
• KP1j _ номер бронеплити (проекцп) - NApk (Number of Armor Panel) k=1.K (кiлькiсть бронепанелей);
• KP2j - матерiали бронепластин чи додаткового броню-вання - MAk - Material Armor k=1.G (кiлькiсть бронема-терiалiв вдаовдао до загально! бази матерiалiв). Зазви-чай для корпусу використовують один матерiал для вах проекцiй, проте в деяких випадках це може бути кшька матерiалiв. Наприклад, у БМП-1 та БМП-2 використовують бронестал та бронеалюмшш, а в сучасних машинах КРаЗ - бронесталь та конструкцшну сталь. Матерiалами додаткового бронювання можуть бути: сталевий лист, броньова плита, сталева решiтка, ящик з тском, ящик iз гравiем та ш.;
• Tbj - початкова (вихщна) товщина кожного з матерiалiв бронепластин чи додаткового бронювання - (base Thickness);
(3)
• Tkj - поточна товщина бронепластини кожного з матерь алiв бронепластин чи додаткового бронювання (Thickness).
Отже, шформащя для опису машини буде мати такий вигляд:
Nv,(XiyiZi), i = 1,n;
{Nj} = {N1j, N2j, N3j, N4j}, j = 1m; NApk, k = 1K; MAk, k = 1Д Щ = NApkj, j = 1m; k = 1Д {KP2/} = {MAy,MA2j, ...,MAkj}, j = 1m; {Tbj = {Tb1j,Tb2j,... ,Tbkj}, j = 1m; {Tkj} = {T1j,T2j,---,Tkj}, j =1m; Ev] ({Nj}, KP1j,{KP2j},{Tbkj},{Tk}), j = 1^, Це дасть змогу описати констрyкцiю та геометрш бронекорпусу iз задовiльною точшстю. Для того, щоб автоматизувати обчислення тактичних дiаграм, потрiб-но зробити базу даних по машинах, яка буде збертати всю потрiбнy шформацш. Через те, що в рамках роботи може виникнути потреба аналiзyвати вплив проек-тних чи експлуатацшних модифiкацiй, для кожно! машини та 11 модифшацп i потрiбно буде створювати ок-ремий запис в БД. Для спрощення задачi аналiзy, окрiм iнформацi1' щодо параметрiв броне корпусу, потрiбно включити додатково:
• шифр машини та 11 модифжацп;
• метадаш: назва машини; тип машини; ТТХ машини;
• шифр оригшалу (шифр, яким закодована орипнальна констрyкцiя машини без модифiкацiй);
• належшсть бронеплит до вдаовдаих проекцш та "тв-сфер" (верхня/нижня, передня/бокова/задня). Структуру збереження шформацп щодо БМ ЛКВ
показано на рис. 14. О^м базово1 шформацп про геометрш, що наведена вище, для того, щоб в подальшо-му став можливим процес розмiщення БМ ЛКВ на мгс-цевостi, потрiбно розрахувати додаткову iнформацiю -координати цен^в елементiв, нормалi к елементам то-що. Саме це описано дали
Визначимо центр як Oj, який повинен вiдповiдати
елементу Ej. Отже, для елемента Ej:
Ej(N1j,N2j,N3j,N4j),j = 1...m ,
радiyс вектор Oj з токи 0 (початок СК) до точки обчис-люеться так:
Oj = -(N1j+ N2j+ N3j + N4j j або Oj = -(Ny+ Ny+ N^ j,
для варiанта коли в елемента шльшсть вyзлiв дорiвнюе 4 та 3 ввдповщно.
Для обчислення вектора нормалi t(k, l, m) площини, задано1 трьома точками A, B i C з координатами (To-musyak & Trokhymenko, 1999) A( xa, ya, za), B (
xb>yb> zb ) >C ( xC7yc7 zc ) >
використаемо систему рiвнянь:
Ikxa + lya + mza +1 = 0 kxb + lyb + mzb +1 = 0 . kxc + lyc + mzc +1 = 0 Беручи до уваги, що о^м трьох вузлових елеменпв, для опису геометрп машини та мюцевосп використовують чотирьохвyзловi елементи, яш можуть бути за
формою дещо вщмшт в1д площини, процедура обчис-лення вектора нормал1 буде виглядати так: Для трьохвузлового елемента Ер
Ар = ^ Вр =Nг1, Ср = ^ ,
• питомий вектор ^ (кр, тр);
kjXa + 1руа + mjZa +1 = 0
• система р1внянь: < крхь + 1руь + тр^ь +1 = 0 .
крХс + 1рУс + тр^с +1 = 0
Для чотирьохвузлового елемента Ер Знаходимо координати центру елемента Ор. Знаходимо послщовно нормаль для чотирьох площ, що створет на наборах точок: (Ор,), (Ор, ),
(О, ), (ор,NN ).
Приймаемо т. А= Ор, Вр^ = N , Ср^ = N (I +1) р,
I = 1.. .4, для I = 41 +1 приймаемо = 1.
Для набору точок Априймаемо координати
( Ха, Уа, Za ) , Вр^ ( Хь, Уь, Ч ) , Ср ( Хс, Ус, Zc ) ЗГЩно 3 п. 3. Координати нормал1 обчислюемо за такою системою р1внянь:
> питомий вектор j (kj-j mji)
kjfXa + Ij-ya + mj-Za + 1 = 0 kj-Xb + Ijtyb + mjfZb +1 = 0 . kj-Xc +1ji-Ус + mj-Zc +1 = 0
• система р1внянь
1 4
де tj = -T tji.
4 i
Результата роботи. Геометричш модел1 БМ ЛКВ
Для виконання дослщжень створено геометричш модел1 для чотирьох БМ ЛКВ, що стоять на озброенш ЗСУ: БТР-80, БТР-3Е, БТР-4, МТ-ЛБ. БМ ЛКВ та геометричш модел^ що побудоваш на основ1 вщомостей про геометр1ю бронекорпуав (рис. 5-8).
Треба зазначити, що при створенш геометричних моделей було виконано ряд спрощень - не моделюва-лись: в1кна, отвори, двер1 та люки, моделювались тшьки основш поверхт бронекорпусу. На рис. 5, в зображено корпус БТР-80 у вигляд1, що зб1гаеться 1з представлен-ням за класичними методиками, та методикою, яку зап-ропонував О. G. Шаталов.
а) реальна машина Рис. 7. Геометр1я бронекорпусу БТР-4
а) реальна машина
Рис. 8. Геометрiя бронекорпусу МТ-ЛБ
Пор1вняння геометричних моделей корпуав показано на рис. 9-12. На рис. 9 показано геометричш представления бронекорпуав БТР-80, що створет за кла-сичною (показано жовтим з точками) та запропонова-ною методикою у ствпадаючих системах координат.
Рис. 9. Пор1вняння геометрй корпусш БТР-80 за класичною методикою (показано жовтим) та за поточною (темно-сiрим)
Рис. 10. Поршняння геометрй бронекорпусiв БТР-80 та БТР-3Е (показано Срим)
Як видно з рисуншв за класичною методикою та методикою, що розробив О. £. Шаталов (Shatalov et а1., 2005), центр бронеплит збтаеться з початком системи координат машини, геометр1я пластин не мае значення, важливим е тшьки ор1ентащя пластин у простор! та !х товщина. У класичнш методищ стршець знаходиться в тш же горизонтально площиш, що 1 центр бронеплити. У методищ О. £. Шаталова стршець може знаходитись в будь-як1й точщ простору, в тому числ1 вище чи нижче за р1внем, проте машина представлена в якост1 матерь ально! точки, що знаходиться в початковш точщ СК машини, та лежить на поверхш земл1.
Для того, щоб точшше описати положення машини, в цш робот центр СК машини знаходиться в геомет-ричному центр1 м1ж кол1с (чи траков) на поверхш земл1
(рис. 13). Отже, корпус тднятий на 300-500 мм над землею. Напрям осей СК машини такий: вюь 0X -вздовж машини, ззаду наперед; вiсь 0Y - з правого борта на лiвий; вюь 0Z - вертикально вверх. Це дае змогу точшше моделювати положення машини на мюцевосп, при сумiщеннi локально! СК машини, з локальною СК точки mícucboctí (Dudar, Shatalov, & Vasyliev, 2017).
Рис. 11. Поршняння геометрй бронекорпуав БТР-80 та БТР-4 (показано свпло-арим)
Рис. 12. Поршняння геометрй бронекорпуав БТР-3Е (показано сiрим) та БТР-4 (показано свпло-арим)
Рис. 13. Положення та opiema^ СК машини
Треба зазначити, що базовi геометричнi моделi роз-глянутих машин, що належать до класу БТР, е майже однаковими в нижнiй частинi (нижня проекцiя). Щодо боково! проекцп, то вона також мае схож1 кути нахилу та положения бронеплит. Проте е ютотна рiзниця у виг-лядi даху, кормово! та передньо! проекцiй (особливо у БТР-4 вщносно БТР-3 та БТР-80).
Також корпус БТР-3 вищий за БТР-80 майже на 30 %, а БТР-4 вищий за БТР-80 на 15,4 %. Корпус БТР-80 вищий за МТ-ЛБ теж на 15 %. Рiзниця у висоп (без урахування бойових модулiв) мiж найвищою машиною - БТР-3, та найнижчою - МТ-ЛБ, становить 40 %. Та-кий аналiз доводить, що вщсутшсть точного моделю-вання геометрп машин може призвести до ютотних по-хибок, що i буде перевiрено в подальшому.
Результата роботи. Розрахунковi моделi БМ-ЛКВ Розрахункова модель БМ-ЛКВ (див. рис. 14) ство-рюеться на основi И геометрично! моделi.
Рис. 14. Структура даних БМ ЛКВ
Методику описання розрахункових моделей наведено в роздш "методика". Окрiм тих даних про елементи, що дшсш i для мюцевосп (центр та нормаль), модель БМ ЛКВ також мае шформацш про:
• належшсть до конкретно! бронепроекцй,
• товщину та матер!ал основного бронювання,
• наявн!сть, тип ! товщину додаткового бронювання.
Табл. Файли, що складають iнформацiйну модель
Назва файлу Опис
btr-80.afv Файл з описом моделi БМ ЛКВ (назва довiльиа)
AF VElemArea. txt Даш про площину елеменпв БМ ЛКВ
AFVElemArmor.txt Информащя про бронювання
AFVElemCenters.txt Координати центрш елеменпв
AFVElemNodes.txt Номери вузлiв, з яких складаеться еле-мент БМ ЛКВ
AF VElemNorms. txt Значення нормалей елемеитiв БМ ЛКВ
AFVElemNums.txt Номери елементш, що описують БМ ЛКВ
AFVElemProp.txt Номери Бронеплит
AFVNodeNums.txt Номери вузл1в
AFVNodesCoord.txt Координати вузлгв
Файли, що складають шформацшну модель розрахунково! моделi БМ ЛКВ, перелiчено в таблицi. При розбитп геометричних моделей на дискретнi виконува-лись два правила: найменша з необхщних к1льк1сть еле-ментiв для опису геометрп, розмiри сторiн елеменпв та сусiднiх елементiв повиннi бути спiвмiрними.
На рис. 15 та 16 рiзнi товщини бронепанелей показано рiзним кольором. Одним кольором показано елементи одше! товщини.
Рис. 15. Розрахункова модель БМ ЛКВ БТР'
Рис. 16. Розрахункова модель БТР-80 за класичною методикою
Розрахун^ моделi БМ ЛКВ БТР-3, БТР-4 та МТ-ЛБ показано на рис. 17-19. Незважаючи на те, що ге-ометричш та розрахунковi моделi е спрощеними порiв-няно з реальним бронекорпусом, у них ввдображено всi основнi елементи бронекорпусу. Так, на рис. 20, на прикладi розрахунково! моделi БТР-80, показано елементи бронекорпусу, що не брали до уваги т в класич-них методиках, т в роботах О. £. Шаталова та А. В. Лтгвиненко.
О^м повних моделей бронекорпусiв БМ-ЛКВ зага-лом, було створено ряд моделей, що дадуть змогу про-водити оцшку бронепробиття кожно! панелi бронекорпусу окремо (рис. 21-23), та !х комбшацш на основi де-яких ознак. Такий пiдхiд дасть змогу простше виршу-вати задачi оцiнки рiвия бронезахищеностi окремих елеменпв та мiсць бронекорпусу, як1 стоять на етат обгрунтування проектних ршень щодо розроблення но-вих чи модершзацп наявних машин, що буде проде-монстровано надалi. Усi таю додатковi моделi створено на основi базово! розрахунково! моделi БТР-80.
Детальшше модел1 буде описано в подальших роботах. Ус бронепанел1, яким в роботах О. С. Шаталова та А. В. Лггвиненко було надано шдекси, у цш робот ма-ють т сам1 шдекси. Наприклад, бронепластини В (рис. 21 (а), (б)), що е верхньою частиною боково! проекцп, та представлена трьома моделями: обидва борти (див. рис. 21 (а)) та окремо для л1вого (див. рис. 21 (б)) та правого борту чи бронепластина О (див. рис. 21 (в)), яка описуе дах. На рис. 21 (г) наведено бронепластини з шдексом С для обох борт1в. Незважаючи на той же ш-декс, що [ в робот О. С. Шаталова, цей бронеелемент включае, окр1м вертикальних лист1в нижньо! проекцп, ще й колют ниш1, що е новизною пор1вняно з 1ншими.
Комбшацп створено за "лопчними" чинниками. На рис. 22 (а) показано повтстю всю верхню проекщю або верхню твсферу (зпдно 1з класичною термшолопею)
машини БТР-80, на рис. 22 (б), (в) та (г) показано вщпо-в1дно - нижню проекщю (нижню твсферу), передню проекщю та л1вий борт. Через те, що за рахунок змшноТ ор1ентац11 та в1дносних висот машини та стршьця до таких проекцп потр1бно додавати також бронеелементи, що ратше не брали до уваги, що також е новизною. Окремо варто зазначити, що в1дтепер можна проанал1зува-ти не тшьки окрем1 бронеплити чи 1х повш зб1рки, але й окрем1 частини машини, що можуть бути важливими з погляду живучост машини. Так, на рис. 23 показано бронеелементи БТР-80 навколо мехатка вод1я. Ура-ження обраних елеменлв може призвести до ураження механ1ка-вод1я i як наслщок - мобшьност та рухливос-ri. Що в подальшому може призвести до спрощення за-дачi знищення БМ ЛКВ вщлому та п особового складу.
Рис. 21. Приклади моделей, що мютять iнформацiю тшьки про окремi бронеелементи: а) бортовi бронепластини з шдексом B; б) окрема бронепластина з шдексом B-L - бортова, лша; в) бронепластина, що описуе дах, шдекс O; г) удосконалет борлж бронепластини з шдексом C.
Рис. 22. Приклади комбшованих моделей, що створеш на базi основних проекцш: а) комбшована модель "верхня швсфера", шдекс - Top; б) комбшована модель "нижня швсфера", шдекс - Bottom; в) комбшована модель "передня проекЦя", iндекс - Front; г) комбшована модель "лший бiк'б шдекс - Left
геометричш та розрахунковi моделi бронекорпусiв БМ ЛКВ, що стоять на озброенш ЗСУ. Отже, можна безпо-середньо перейти до виршення задачi аналiзу захище-ностi, що i буде продемонстровано в подальших роботах.
Перелш використаних джерел
Dudar, Ye. Ye. (2017). Metodyka pryiniattia rishennia komandyrom pidrozdilu iz zastosuvanniam suchasnykh metodiv zakhyshchenosti boiovykh mashyn lehkoi katehorii vahy - metod pobudovy tryvymirnykh taktychnykh diahram kulestiikosti dlia BM LKV vid striletskoi zbroi. Visnyk Vinnytskoho politekhnichnoho instytutu, 3, 15-20. [in Ukrainian]. Dudar, Ye. Ye., Shatalov, O. Ye., & Vasyliev, A. Yu. (2017). Mate-matychne modeliuvannia heometrii mistsevosti - metodyka mode-liuvannia heometrii mistsevosti dlia vyrishennia zadach iz pobu-dovy taktychnykh diahram zakhyshchenosti BM LKV. Naukovyi visnyk "Bioresursy ipryrodokorystuvannia", 9(3-4). [in Ukrainian]. LIAO, Ri-dong, WANG, Jian, ZUO, Zheng-xing, & FENG, Hui-hua (2006). Application of Finite Element Analysis of Heavy Vehicle Frames. Vehicle & Power Technology, 2, 34-39.
Рис. 23. Комбшована модель навколо мiсця механiка-водiя, ш-декс - Mechanic
Висновки. У робот викладено методику створення та опису геометрп бойових машин легко! категорп ваги для можливосп побудови тривимiрних тактичних дiаг-рам на мюцевосп й аналiзу рiвня !х броньовано! захи-щеностi ввд стрiлецько! збро!. Врахування геометрi! дасть змогу точшше розраховувати кути зустрiчi кулi з елементом бронекорпусу з положення стрiльця i поло-ження елемента бронекорпусу. Окрiм цього, створено
Shatalov, O. E., Larin, A. Yu., Vasilev, A. Yu., Martynenko, A. V., of dynamic processes in the hulls of special-purpose vehicles]. Mec-
Tkachuk, A. N., & Grabovskiy, A. V. (2005). Matematicheskoe hanics and mechanical engineering, 1, 51-60. [in Russian].
predstavlenie postroeniya trehmernyh takticheskih diagram s uche- Vasiliev, A. Yu., Shatalov, O. Ye., & Dudar, Ye. Ye. (2015). Obzor
tom dvizheniya i izmeneniya orientatsii korpusa bronirovannoy podhodov dopolnitelnogo bronirovaniya legkobronirovannyh
mashyny v prostranstve [Mathematical representation of the mashyn [Overview of the approaches of additional armoring of
construction of three-dimensional tactical diagrams taking into ac- light armored vehicles]. Bulletin of National Technical University
count the movement and changing the orientation in space of the ar- "Kharkiv Polytechnic Institute", 31(1140), 38-45. [in Russian].
mored vehicle shell]. Bulletin of National Technical University Williams, K., & Poon, K. A. (2000). Numerical Analysis of the Effect
"Kharkiv Polytechnic Institute", Thematic issue "Computer Science of Surrogate Anti-TankMine Blasts on the M113. Retrieved from:
and CAD", 53, 152-161. [in Russian]. http://www.dtic.mil/docs/citations/ADA375585
Tomusyak, A. A., & Trokhymenko, V. S. (1999). Matematychnyy YU, Ya-ting, DU, Ping-an, & WANG, Zhen-wei (2005). Research on
analiz [Mathematical analysis]. Vinnytsya National Pedagogical the current application status of finite element method. Journal of
University Press, 489 p. Machine Design, 3, 34-39.
Vasiliev, A. Yu., Malakey, A. N., Peleshko, Ye. V., & Shatalov, Zhang, Tieshan, & HuJianli, TangYun (2001). Dynamic Finite Ele-
O. Ye. (2004). K voprosu integrirovannyh sistem analiza dinamic- ment Analysis of Light Vehicle Frame. Journal of Nanjing Univer-
heskih protsessov v korpusah transportnyh sredstv spetsialnogo sity of Science and Technology, 6, 42-48. naznacheniya [The question of integrated systems for the analysis
Е. Е. Дударь1, О. Е. Шаталов1, А. Ю. Васильев2
1Национальная академия сухопутных войск имени гетмана Петра Сагайдачного, г. Львов, Украина 2Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", г. Харьков, Украина
МЕТОДИКА УЧЕТА ГЕОМЕТРИИ БОЕВЫХ МАШИН ЛЕГКОЙ КАТЕГОРИИ ПО МАССЕ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ТАКТИЧЕСКИХ ДИАГРАММ
Описан подход к построению геометрических поверхностных и расчетных (дискретных) моделей боевых машин легкой категории веса для дальнейшего использования при построении трехмерных тактических диаграмм, что необходимо для решения задачи анализа уровня защищенности этих боевых машин от стрелкового оружия. Перечислены основные уравнения для расчета основных контролируемых параметров бронекорпуса боевых машин легкой весовой категории, необходимые для дальнейшей работы алгоритма. Приведены результаты геометрического моделирования современных боевых машин легкой весовой категории, стоящих на вооружении Вооруженных Сил Украины. Проведен сравнительный анализ геометрии бронекорпусов различных машин и бронекорпуса БТР-80, созданного по разным методикам. На основе созданных геометрических моделей разработаны расчетные модели, приведены их примеры, для этого предложено использовать алгоритмы и инструментарий метода конечных элементов. Разработанная методика создания и описания моделей бронекорпусов боевых машин легкой категории веса, в совокупности с методикой построения геометрии местности, дает возможность перейти непосредственно к построению трехмерных тактических диаграмм, является направлением дальнейших исследований.
Ключевые слова: геометрическая модель; расчетная модель; метод конечных элементов; боевая машина; трехмерная тактическая диаграмма.
E. E. Dudar1, O. E. Shatalov1, Yu. V. Vasiliev2
1Hetman Petro Sahaidachnyi National Army Academy, Lviv, Ukraine 2National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"
THE METHOD OF TAKING INTO ACCOUNT THE GEOMETRY OF LIGHTWEIGHT COMBAT VEHICLES FOR THE CONSTRUCTION OF TACTICAL DIAGRAMS
The current work was carried out during the continuation of work on improving the three-dimensional tactical diagrams calculation methodology, and is aimed at describing of the methodology for creating of geometric and computational models of military vehicles armored corps. The paper presents requirements for geometric and computational models, a mathematical and information model for hull of combat vehicles that are in service with the Armed Forces of Ukraine describing, as well as the results of its creating. Also the results of a comparison of the bod hull of BTR-80, BTR-3, BTR-4 vehicles belonging to the same class are given. Comparison of the models of the hulls according to the classical and the proposed method is given. The use of the proposed methodology, mathematical model and developed design models will allow to obtain more accurate results in the construction of three-dimensional tactical diagrams, and, as a consequence, to conduct a more accurate and adequate analysis of the level of protection of lightly armored vehicles from the destruction of small arms. The proposed methodology, in contrast to existing ones, will allow further to take into account the availability of additional reservations and to analyze not only the machine as a whole, but its individual elements and parts, which makes it possible to solve the task of providing the required level of security in a more precise and flexible manner. In conjunction with previously published materials on modeling the geometry of the terrain, accounting for additional reservations, and the principles of determining tactical solutions, you can go directly to the description of the complex mathematical model, which will be published later.
Keywords: geometric model; Calculation model; Finite element method; War machine; Three-dimensional tactical diagram.
