Анализ комплексных показателей систем ближнего боя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 623.4

АНАЛИЗ КОМПЛЕКСНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СИСТЕМ БЛИЖНЕГО БОЯ

М.В. Арсентьева, И.Г. Вишняков, В. А. Никитин

Приведены результаты статистического анализа систем ближнего боя в сравнении со снарядами реактивных систем залпового огня. Произведена оценка точности аппроксимации опытных точек различными зависимостями. Установлены зависимости коэффициентов эффективности от относительных параметров систем ближнего боя.

Ключевые слова: статистический анализ, комплексный показатель, система ближнего боя.

Для выявления тенденций развития различных систем, а также при определении оптимальных характеристик вновь проектируемых изделий целесообразно предварительно провести анализ параметров и характеристик системы, используя комплексные показатели. Предлагаемый анализ систем ближнего боя (СББ), к которым относятся гранатомёты и огнемёты, базируется на статистическом анализе снарядов реактивных систем залпового огня (РСЗО), проведенном Орловым А.Р. и Тимофеевым М.А. [1], так как системы аналогичны по способу доставки полезной нагрузки к цели, осуществляемой, преимущественно, по баллистической траектории. Критерии оценки СББ аналогичны критериям для снарядов РСЗО, кроме того, дополнительно анализируется зависимость дальности полёта от дульной скорости.

Статистический анализ осуществлён методом аппроксимации характеристик, а именно, построением линии тренда имеющихся данных для 23 зарубежных и российских СББ [2]. При выборе функции среди полиномиальной, степенной и логарифмической, наиболее точно аппроксимирующей данные по приведённой выборке, в качестве критериев использовались величина достоверности аппроксимации и среднеквадратическое отклонение. Наименьшее среднеквадратическое отклонение и наибольшую величину достоверности аппроксимации для СББ, так же, как и для снарядов РСЗО показала полиномиальная функция.

Снаряды систем ближнего боя неуправляемы, поэтому их можно рассматривать, также как и снаряды РСЗО, в качестве транспортного средства для доставки полезной нагрузки на заданную дальность. Поэтому для оценки их эффективности как транспортного средства без учета точности доставки можно воспользоваться критерием удельной транспортной эффективности, применяемым для снарядов РСЗО,

М■ Х

т

V _ пн Лт —

М рч 24

где Мпн - масса полезной нагрузки; X - эффективная дальность; МрЧ -

масса ракетной части.

Однако для СББ применяются различные схемы запуска: ракетные, ствольные («безоткатное орудие»), ракетно-ствольные, у некоторых из которых вообще отсутствует ракетная часть, а у других значительная часть скорости, сообщаемой полезной нагрузке, создаётся пусковым контейнером, поэтому целесообразно знаменатель указанного коэффициента представить в виде массы всей системы. Тем более, что системы ближнего боя являются носимыми, следовательно, в их состав включают только функционально необходимые части и её массу стараются облегчить. Таким образом,

М пнХ

ту- пн

М 0 '

где Мо - масса системы.

Критерий показывает дальность, на которую изделие обеспечит доставку 1 кг полезной нагрузки.

На рис.1 и рис.2 представлены зависимости критериев удельной транспортной эффективности от эффективной дальности стрельбы для СББ и РСЗО. Статистический характер зависимости КТ для СББ в метрах и РСЗО в километрах может быть сглажен выражениями

-КТ = 0,0014 • X2 - 0,5455- X +182,8 для СББ;

- КТ =-0,0092 • X 2 +1,2116 • X - 8,2322 для РСЗО.

Для обеих рассматриваемых систем с увеличением дальности критерий удельной транспортной эффективности увеличивается, причём в районе наибольшего группирования показателя зависимость практически линейная. Для СББ интенсивность роста возрастает после дальности 400 м за счёт характеристик системы 18, которая имеет несколько отличный от остальных принцип функционирования, а именно, удлинение ствола при переводе из походного положения в боевое. СББ с порядковыми номерами: 1, 5, 7, 10, 13, 14, точки значений Кт которых лежат выше статистической кривой, имеют преимущества перед остальными.

Для РСЗО в районе больших дальностей недостаточно данных для аппроксимации в этой области. Системы под номерами 2, 3, 5-8, 10-12, 16 имеют преимущество перед остальными.

Тяжёлые изделия (с большей стартовой массой) автоматически получают преимущества перед лёгким, так как с её увеличением уменьшает-

В 2

ся основная составляющая -, где В - калибр, М0 - стартовая

М 0 - М т

масса, Мт - масса топлива.

Кг. м

1И50.00Э

1000,000

еоо.им

ЙЮ.ооо

400.000

200.000

0.000

. 1 1С

■ Кт(Х> -Полиномиальная

1 1 14 1 1 5 1 16

1 3 Г15 ■ в ■ 11 ! ■ 1 13

1» :м> ^оо 4» «о «ю тоо «о ^

Рис. 1. Зависимость коэффициента удельной транспортной эффективности СББ от дальности стрельбы

Рис.2. Зависимость коэффициента удельной транспортной эффективности РСЗО от дальности стрельбы

Для того чтобы исключить это влияние, для оценки систем будем использовать критерий удельной транспортной эффективности с учётом масштабирования КТМ.

За эталон принимались отечественные образцы: в классе РСЗО -М21ОФ «Град», в классе СББ - реактивный пехотный огнемет «Шмель», масштабный коэффициент М и Ктм рассчитывались по зависимостям

26

М =■

Э'

Э'

1

Кш = М ■

М

пн

М,

■ X.

М0 - МТ М0 - Мт ^ рч

Чтобы сравнивать классы гранатомётов и РСЗО и совместить кривые, описывающие характер зависимостей на одном графике, необходимо привести их габаритно-массовые параметры и баллистические характеристики к относительному виду. При этом, разумеется, вид кривых на графиках будет таким же, как если бы использовали абсолютные величины.

Как показывают результаты обработки статистических данных, приведённые на рис. 3, вид кривых для этих систем вооружения абсолютно идентичен: их Ктм имеет максимум, который находится примерно в районе относительной дальности 0,7. Это говорит о том, что при меньших дальностях неэффективно используются энергетические возможности двигательных установок систем, а при больших дальностях за её увеличение приходится платить большими затратами энергии.

Ктм,км

40

35 30 25 20 15 10 5

А Р '—т................

фф 10 к н.

» 3 ■ В

г..... 15 4 4 ттф^т р...ТГ............. * ____* Ь__________________

■ в

* ......... ■ ^ ..........

У............ ■ 1 1 ----------------

0.2

0.4

0.6

0.3

1

1.2

Хо

♦ Ктм(Хо) РСЗО

^^ П о л и н о м и а л ьн ая (Ктм (Хо) РС ЗО)

Ктм(Хо) СБЕ

Пспиномиальная (Ктм(Хо) СБЕ)

Рис.3. Зависимость критерия транспортной эффективности от относительной дальности стрельбы

Характер зависимости масштабного критерия от относительной дальности может быть сглажен следующими выражениями:

- КТМ = -53,65Хо + 79,314ХО -12,527 для СББ;

- К

ТМ

-2

56,581ХО + 80,778ХО - 2,9586 для РСЗО.

Из рис. 3 также следует, что наиболее конструктивными у гранатомётов являются системы 2, 4, 5, 12, 15, 16, а у снарядов РСЗО - 5-8, 10, 12, 15, 16, 18.

На рис.4 представлен характер зависимости критерия транспортной эффективности от отношения Мпн1 Мрч . Вид этой зависимости имеет

примерно такой же вид, как и зависимость его от относительной дальности. Необходимо только отметить, что при увеличении этого соотношения кривая для СББ падает более резко, что можно объяснить разными условиями пуска ракет: снаряды РСЗО запускаются под углом к горизонту, а гранаты СББ - параллельно линии горизонта. Это обуславливает то, что максимум критерия транспортной эффективности, т.е. наибольшая эффективность, находится в разных точках: у РСЗО - в пределах 0,8...0,9, а для СББ - в районе 0,5.0,6. То есть для снарядов РСЗО эффективны системы, у которых масса БЧ примерно соответствует массе ракетной части, а у эффективных СББ масса полезной нагрузки примерно в два раза ниже массы ракетной части. Данные кривые могут быть описаны следующими выражениями:

- Ктм =-17,538 •

Г М ПН^ 2

VМРЧ )

+19,466 •

' Млн. Л

VМРЧ )

+ 9,5289 для СББ;

- Ктм =-32,127 •

Г М п^ 2

VМРЧ )

+ 61,302 •

' Млн.Л

VМРЧ )

5,2117 для РСЗО.

Как следует из рис. 4, к гранатомётам, обладающим преимуществом по сравнению с другими, относятся изделия, расположенные выше кривой: 4, 5, 12, 14, 15, 16, у снарядов РСЗО - это образцы 5-7, 10, 12, 14, 19.

Анализ зависимости относительной массы полезной нагрузки от относительной дальности, представленной на рис. 5 показывает, что у СББ максимум лежит в интервале относительной массы Мдпн = 0,65.0,75, а для РСЗО максимум находится в районе Мопн = 1. Причём видны существенные отличия снарядов СББ от снарядов РСЗО. С увеличением дальности масса полезной нагрузки снарядов СББ начинает уменьшаться, так что проблема увеличения дальности без уменьшения Мдпн до настоящего момента остаётся актуальной. Для решения этой проблемы, возможно, необходимы какие-то конструктивные изменения как самой двигательной установки (ДУ), так и системы в целом.

Напротив, у снарядов РСЗО с увеличением дальности Мопн возрастает, что предполагает перспективы при разработке новых изделий.

Ниже приведены выражения, сглаживающие эти зависимости:

- МОпн = -2,1254 • Xo + 2,9267 • XО - 0,2176 для СББ;

-МОпн = 0,704 • X0748 для РСЗО.

28

Ктм. нгм

40 35 30 25 20 15 10 5

_________ 12

----------------\--------------- I 5» 10 * » 6

К 14 ________________ ♦♦ _ 1С 4 5,1В^ ^¿Г 1 ! ♦ В 1 ~~ ♦ 1 1

4 _„__________ ■~Ф>ту----------- ■ 14 13

.......... • 1 10

■ 1 * ш

0.000

0.200

0.400

0.600

0.300

1.000

1.200

1.400

1.600

Мпн Мрч

♦ Ктм(МпнУМрч) РСЗО

■ Гол и нон и ал ьн ая (Ктм [М п н/М рч) РСЭО)

Ктм(Мпн.'Мрч) СБЕ

П с п и н о м и а л ьн ая (Ктм (М п н/М рч) СБЕ)

Рис. 4. Зависимость критерия транспортной эффективности от отношения масс полезной нагрузки и ракетной части

Могн

1Л

0,&

0.6

0.4

0,2

■ ' ■ .......1.4...... 15 ■ 5 ► 5

1 14 .... ........ * ^ | 10

♦ 6 ■ 6 1 12 19

г ............... ♦ 12

2,8,16 3 15™ .1Э.14* 10

Хо

О 0,2 0:4 0.6 0,8 1 11,2

♦ Мопн(Хо) РСЗО ■ Мопн(Хо) СББ

Степенная (Мопн(Хо) РСЗО) — * Полиномиальная (Мопн(Хо) СББ)

Рис. 5. Зависимость относительной массы полезной нагрузки от относительной дальности

На рис. 6 представлена зависимость дальности полёта СББ от дульной скорости, показывающая, что при увеличении дульной скорости дальность непрерывно возрастает. Анализируя полученный график, заметим, что выше кривой находятся гранатометы с более конструктивными схемами: 6, 8, 10, 12, 14, 16.

Выражение, описывающее исследуемую зависимость,

2

X = 0,0041 • Уд -0,7758-Уд + 318,02, справедливо для дульных скоростей до 400...450 м/с.

X, м

800

700 600 500 400 300 200 100 0

50 100 150 200 250 300 350 400 ■ Х(Уа) —Полиномиальный (Х(\/а)) '

Рис. 6. Зависимость дальности от дульной скорости

В представленной работе собран и обработан статистический материал по тактико-техническим характеристикам систем ближнего боя, произведена оценка точности аппроксимации опытных точек различными зависимостями и выявлено, что лучшей аппроксимирующей зависимостью является полином второй степени, установлены зависимости различных коэффициентов эффективности от относительных параметров систем ближнего боя. Выявлены лучшие образцы отечественных и зарубежных СББ, к которым относятся «Рысь» (СССР, 1977), «Шмель» (СССР, 1985) -среди отечественных; «Апилас» (Франция, 1983), «В-300» (Израиль, 1982), «Лоу-80» (Великобритания, 1983), «Панцерфауст-3» (ФРГ, 1985) - среди зарубежных.

Установлено, что для лучших образцов СББ масса БЧ составляет примерно 30.35 % от массы всего комплекса.

Путём сравнительного анализа показана идентичность целого ряда зависимостей для СББ и снарядов РСЗО. Это объясняется одинаковыми принципами функционирования: больший участок их полёта представляет баллистическую траекторию. Расхождения в числовых показателях могут быть объяснены меньшим временем работы ДУ СББ по сравнению с ДУ снарядов РСЗО. Кроме того, часть траектории полёта снарядов РСЗО в отличие от снарядов СББ проходит в разреженных слоях атмосферы.

30

Список литературы

1. Орлов А.Р., Тимофеев М.А. Статистический анализ снарядов РСЗО // Известия Тульского государственного университета. 1997. Вып. 1. С. 147 - 149.

2. Громов А.В., Суров О.Я., Владимиров С.В. Вооружение и техника. М.: Военное издательство, 1984. 368 с.

Арсентьева Марина Владимировна, канд. техн. наук, доц., mars_100@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Вишняков Илья Григорьевич, студент, ilia_vishinyakov_93@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Никитин Виктор Александрович, канд. техн. наук, доц., проф., niki-tin_tula@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYSIS OF COMPLEX INDICATORS OF CLOSE COMBAT SYSTEMS M. V. Arsentieva, I. G. Vishnyakov, V.A. Nikitin

The results of statistical analysis of close combat systems in comparison with MLRS shells are given. The estimation of approximation accuracy of experimental points by different dependencies was made. The dependences of efficiency factors of the relative parameters of close combat systems are obtained.

Key words: statistical analysis, complex indicator, system of close combat.

Arsentieva Marina Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, mars_100@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Vishnyakov Ilia Grigorievich, student, ilia_vishinyakov_93@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Nikitin Viktor Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, professor, ni-kitin_tula@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University