CC BY
130
вых элементов РСЗО // Сб. материалов НТК «VII Окуневские чтения». Санкт-Петербург: Изд-во «Военмех», 2007. С. 28-32.
Кирюшкина Мария Игоревна, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Поляков Евгений Павлович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXPERIMTNAL STUDY OF THE TIME OF ACTUATION OF THE PYROTECHNIC
GAS GENERATOR
M.I. Kiryushkina, E.P. Poliakov
Mathematical model of the combustion of the pyrotechnic fuel allows to predict the accelerated burning fuel, to justify its regularity is proposed.
Key words: burning rate, a pyrotechnic charge slag residue, formulation on the composition of the generated gas.
Kiryushkina Maria Igorevna, postgraduate, ms. ivts@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Poliakov Evgenii Pavlovich, doctor of technical scienses, professor, ms. ivts@rambler. ru, Tula, Tula State University
УДК 623.9
ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧИ СТРУКТУРНОГО И ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ДВУХСРЕДНОГО СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ
Н.Е. Стариков, А.Ю. Вязников, А.Ю. Борисова
Выделены проблемные вопросы, которые возникают при постановке задачи структурно-параметрического синтеза стрелковых комплексов. Показан вариант решения задачи для двухсредного автомата, как для новой, малоисследованной системы, вызывающей определенные трудности.
Ключевые слова: целевое применение, универсальность, эффективность, специализация, калибр, патрон, оптимизация, критерий.
Основная цель данной статьи состоит в том, чтобы выделить проблемные вопросы, которые возникают при постановке задач, и показать, что попытка решения задачи напрямую для действительно сложных сис-
101
тем вызывает определенные трудности. Это объясняется тем, что процессы постановки задачи проектирования и ее решения неразрывно связаны между собой.
Приведем некоторые примеры, связанные с разработкой постановки задачи в области стрелкового оружия как комплекса вооружения.
Имеется, например, несколько образцов стрелкового оружия, предназначенных для стрельбы на суше, и несколько образцов, предназначенных для стрельбы под водой. При этом каждый образец способен выполнять свою узкую огневую задачу лучше, чем другой образец. Возникает противоречивый вопрос, много ли предлагается образцов? А если предлагать систему стрелкового вооружения, состоящую из одного типа патрона и одного образца оружия, 2 типов патронов и 2 типов образцов оружия и т. д.? Корректные ответы на поставленные вопросы будут зависеть от того, насколько допустимо отклонение значения целевой функции от оптимального решения для конкретной задачи, говоря иными словами, всегда имеется проигрыш в целевой эффективности по сравнению с её наилучшим значением.
Этот проигрыш можно определить либо относительной величиной либо абсолютной величиной - так называемой степенью неоптимальности показателя целевой эффективности. Такой проигрыш характеризует уровень универсальности при выполнении отдельных задач и с расширением области целевого применения увеличивается, достигая недопустимо больших значений на границе этой области.
Естественным путем повышения целевой эффективности является использование оружия не на всей области возможного применения, а на некоторой более узкой области. Это характеризует другое важное свойство оружия - специализацию. Предельным случаем, отражающим стратегию одноцелевого применения или «абсолютности» специализации, является сужение до одной наиболее эффективно выполняемой задачи.
Эти два неотъемлемых свойства оружия - универсальность и специализация - суть проявления противоположных тенденций. Первая из них продиктована стремлением уменьшить количество типов оружия с целью снижения затрат на их создание и эксплуатацию. Вторая обусловлена повышением эффективности выполнения каждой отдельной задачи.
В процессе создания оружия определяется рациональное (оптимальное) сочетание этих свойств, которые так или иначе проявляются на всех этапах проектирования оружия в целом и при разработке всех его подсистем. Формальный их учет является не только принципиальным путем повышения адекватности моделей оптимального проектирования, но и значительным резервом повышения эффективности оружия.
Рассмотрим, как решаются задачи с отклонением целевой функции от оптимального решения в более узком диапазоне, с учетом затрат на снабжение боеприпасами, затрат на производство и т. п. Компромисс в принятии решения задачи находим в выборе минимального типажа образцов стрелкового оружия и патронов.
Если исключить ограничения экономического характера, то для каждой боевой задачи будет свой вид специализированного вооружения соответствующего калибра, начальной скорости пули и характеристик образцов оружия.
Распространенный в практике проектирования оружия способ отбора альтернативных вариантов сводится к следующему: рассматривается вся совокупность боевых задач, типовых целей и выбирается калибр оружия. Если в данной конкретной задаче оружие данного калибра по сравнению со специализированным вооружением не хуже, чем, например, на 15.. .20 % по принятому показателю эффективности и если такое решение находится, то оно оптимально [1].
Есть класс систем оружия, когда затрудняется выбор вооружения обычным подходом, осуществляемым, как правило, путем оптимизации параметров для какой-либо частной задачи из всего множества, причем определение степени важности конкретной задачи в общей совокупности многими специалистами зачастую решается субъективно.
Типичным представителем таких систем оружия может служить 5,45-мм автоматный комплекс вооружения, созданный на базе автомата АК и автоматного патрона к нему 7Н6, обеспечивающих в широком диапазоне дальности стрельбы по наземным целям.
Однако, чем шире номенклатура целей, тем сложнее выбрать оружие единого вида и калибра. В этом случае можно использовать объединение систем двух видов (классов) или двух калибров в одной боевой единице. То есть это равносильно добавке к уже имеющемуся образцу вооружения еще одного образца с тем же или иным калибром и расширению сферы применения комплекса вооружения в целом (рисунок).
В другом случае можно использовать в одном образце оружия один общий элемент, например, ствол, способствующий применению для стрельбы патронов с различными типами пуль. Тогда можно будет из одного образца оружия выбранного калибра выполнять абсолютно разные огневые задачи. Такая задача решается и сводится к известной задаче отыскания параметров дополнительных типов устройств при наличии ряда фиксированных.
Тем не менее, может быть и дальнейшее развитие задачи оптимизации типажа оружия. В этом случае целесообразнее оптимизировать вид оружия, поскольку задачи межвидовой унификации сложнее как с точки зрения учета ограничений, так и формализации.
5,45/12,7-мм двухствольный автомат (автомат-гранатомет) 80.002
с двумя магазинами
Формулировка задачи оптимизации типажа оружия может состоять в такой логической постановке: имеется набор оружия определенных калибров (4,5; 5,45; 5,66; 7,62; 9 мм) и определенного предназначения (сухопутное, подводное), являющихся отражением того, что оптимизация шла под конкретную задачу, и необходимо выбрать минимальный их ряд, исходя из принятых условий оптимизации [2].
Существуют ограничения по применению патронов для стрелкового оружия: одни предназначены для стрельбы на суше, другие - для стрельбы под водой. Тогда появляется противоречие: первые не эффективны при стрельбе под водой, а вторые - при стрельбе на суше. Соответственно первые не могут быть использованы для стрельбы из подводных образцов оружия, а вторые - из сухопутных образцов оружия.
Отсюда вытекает вывод (лемма): поскольку боевому пловцу приходится выполнять более 80 % огневых задач на суше, то оптимальным является оружие такого калибра, сухопутные патроны к которому уже производятся в массовом количестве и не представляется проблемным повышение его боекомплекта. При этом образец оружия должен допускать возможность стрельбы из него и специальными подводными патронами того же калибра.
Как показывает практика, для отечественного оружия вследствие своей универсальности оптимальным является калибр 5,45 мм.
Используя вышеизложенные рассуждения описательного плана постановки задачи, перейдем к ее формализации применительно для задачи структурно-параметрического синтеза двухсредного автоматного комплекса.
Чтобы формализовать решение проблемы структурно-параметрического синтеза, представим совокупность двухсредного стрелкового (автоматного) комплекса следующим множеством:
где М ор , М б , М ц , М у - подмножества оружия, боеприпасов, целей и
условий их применения соответственно.
Оптимальная система двухсредного автоматного комплекса вида (1) должна учитывать потребности соответствующих подразделений боевых пловцов различных силовых структур, обеспечивать широкую унификацию, относительно минимальную стоимость разработки и производства вооружения, простоту его эксплуатации в войсках. Решение такой задачи оптимизации условно выполняется в два этапа: на первом этапе проводится внешнее проектирование; на втором этапе - непосредственная разработка конструкции стрелкового комплекса [3].
Исходя из потребностей подразделений боевых пловцов, на этапе внешнего проектирования определяется минимальный типаж разрабатываемого образца вооружения
М ДСК 1 ^ДСК^МФ^ М ДСК(МВД > М ДСК(ПВ),...}, (2)
анализируется возможность его унификации, для осуществления которой необходимы наличие пересечения (2) и возможность объединения
(тОР, тБ, тЦ, тУ )е М ДСК (ВМФ) и (тОР, тБ, тЦ, тУ )е М ДСК (ВМФ )и иМДСК(ПВ)(тОР,тБ,тЦ,тУ)е . .;
|К М ДСК (ВМФ)}- К \М ДСК (МВД)} < (3)
< Кдоп.. .|К Iм ДСК (ВМФ)}- К Iм ДСК (МВД)} £ К доп,
где М ДСК (ВМФ), М ДСК (МВД), М ДСК(ПВ) - подмножества вооружения специальных подразделений пловцов военно-морских, министерства внутренних сил, пограничных войск и других силовых структур; тор, тБ, тц,ту - элементы подмножеств Мор ,Мб ,Мц ,Му соответственно; К, Кдоп - оптимальное решение для каждого М дск , допустимое из условия универсализации отклонение от оптимального решения или экстремума целевой функции.
Таким образом, схема решения задачи структурно-параметрического синтеза может быть построена в виде процесса субоптимизации системы (1) с учетом выполнения условий (2) и (3) на основании последовательно применяемых критериев. Фактически логика выполнения операции структурно-параметрического синтеза сводится к решению задачи соответствия элементов их объединениям, обеспечивающих максимум принятого критерия К в виде
тОР е МОР; тБ е МБ; тЦ е МЦ; тУ е МУ (тОР; тБ;тЦ; тУ) = тахК. (4)
Анализ конструктивных схем стрелковых комплексов формирует подмножества альтернатив технических решений, способных принципиально выполнять поставленную задачу:
А* = (юОР ; тБ)^ (К - Кз), (5)
* *
где тОР , тБ - элементы, образующие альтернативные технические реше-
*
ния А{, при которых обеспечивается некоторый заданный уровень критерия К3.
В свою очередь, двухсредный автоматный комплекс может быть представлен и как комплекс, состоящий из образца оружия, способного питаться двумя типами боеприпасов, пули которых, имея абсолютно разные формы и геометрические размеры, приспособлены для стрельбы только в соответствующих средах (на суше или под водой). При этом стрельба на суше предусматривает использование уже имеющихся штатных сухопутных патронов, а для стрельбы под водой - патроны, гильза которых одна и та же, что и у сухопутных патронов, а пули специальные. Тогда, как показывает практика, разница в показателях эффективности средств, использующих один единый (универсальный) патрон и два специальных патрона (сухопутный и подводный) может быть весьма значительна, причем в пользу второго.
В связи с этим можно говорить об образовании в стрелковом комплексе вооружения объединений, способных более рационально решать поставленную задачу, нежели при использовании одного вида оружия.
Эта возможность дает основание для постановки задачи синтеза двухсредного автоматного комплекса, состоящей в отыскании таких объединений при условии обеспечения их существования в заданных ограничениях по массе, по габаритным размерам, по усилию отдачи и так далее:
* / * * * * \ А1(2) = и \тОР1; тБ 1; тОР2; тБ2^ ^ к2, (6)
где индекс 1 относится к первому, основному образцу оружия; индекс 2 относится ко второму, дополнительному образцу оружия.
Таким образом, реализация изложенной постановки задачи позволяет найти ответы на принципиальные вопросы, связанные с разработкой комплексов с комбинированным вооружением:
- осуществить оптимальный выбор оружия при большом многообразии целей. При этом нет необходимости принимать компромиссное решение со значительным отклонением от величины экстремума критерия, что, как правило, имеет место при использовании одного вида оружия;
- обеспечить устойчивость боевой эффективности комплекса вооружения независимо от изменения тактики и характеристик целей противника;
- обеспечить высокую живучесть и надежность комплекса вооружения;
- исключить неопределенность при выборе варианта вооружения, например при назначении весовых коэффициентов, важности боевых задач, целей и дальности стрельбы.
Применяя перечисленные положения методологии структурно-параметрического синтеза к двухсредному автомату, это можно свести к анализу множества условий боевого применения, выбору типичных боевых ситуаций, формированию критериев эффективности, определению рациональных характеристик составных частей комплекса.
Решение задачи выбора характеристик современного двухсредного автоматного комплекса требует наличия достаточно достоверного перечня исходных данных. К их числу относятся уже упомянутые условия боевого применения подразделений боевых пловцов, перечень типичных целей и законы их поражения, характеристики вооружения и его составных частей, то есть определения в явном виде взаимосвязи основных характеристик двухсредного автоматного комплекса с критериальной функцией, с учетом габаритно-массовых ограничений и ограничения по усилию отдачи так, как это было показано выше.
Необходимо отметить, что формализация боевых ситуаций (условий боевого применения) относится к ключевым проблемам при проектировании любого вида вооружения, в том числе и оружия для подразделений боевых пловцов (в данном случае - двухсредного автомата). Действительно, принятая тактическая ситуация в значительной степени определяет параметры закона распределения дальностей выстрела, характеристики целей, а следовательно, и требования к образцу оружия.
В свою очередь, параметры оружия, его эффективность влияют на тактическую ситуацию, что в определенной степени усложняет их формализацию при обосновании характеристик вооружения.
Тем не менее, первичной является задача выбора матриц типичных боевых условий для проведения последующего анализа. Эти боевые ситуации являются основой для разработки моделей - методического аппарата оценки.
Здесь следует остановиться еще на одной особенности формализации тактических ситуаций - их усреднений. Назначение частости возникновения той или иной ситуации является прерогативой военных исследователей, занимающихся вопросами планирования и анализа боевых операций в глобальном масштабе. Эта характеристика зависит от конкретного театра военных действий, их вида, соотношения сил. В зависимости от способа ее задания конечный результат оценки получают либо в виде конкретной величины, либо в диапазоне значений параметров.
Список литературы
1. Шипунов А.Г., Березин С.М. Модернизация - основное направление развития военной техники // Военный парад, 1997. № 2. С. 27-29.
2. Шипунов А.Г., Игнатов А.В. Структурно-параметрический синтез пушечно-ракетных комплексов вооружения / Тула: ГУП "КБП", 2000. 168 с.
3. Бабичев В.И., Игнатов А.В., Танаев В.П. Синтез сложных технических систем, унифицированных по критерию эффективности действия // Известия ТулГУ. Серия «Проблемы специального машиностроения». Тула, 1997. Вып. 1. С. 10-14.
Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Вязников Александр Юрьевич, военнослужащий, ivts. tulgu@rambler. ru, Россия, Москва, в/ч 25953,
Борисова Анжелика Юрьевна, канд. техн. наук, доц., зам. зав. кафедрой, ivts. [email protected], Россия, Москва, Московский государственный строительный университет
FORMALIZA TIONFOR SETTING UP A PROBLEM OF STRUCTURAL AND PARAMETRIC SYNTHESIS OF AMPHIBIOUS SMALL-ARMS
N.E. Starikov, A.Y. Vyaznikov, A.Y. Borisova
The problems that come up when setting up a problem of structural and parametric synthesis of small arms are established. A variant ofproblem solution for amphibious submachine gun as for a new little-investigated system, that causes some difficulties, is shown.
Key words: target application, versatility, efficiency, specialization, caliber, cartridge, optimization, criterion.
Starikov Nikolay Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, ivts. tulgu@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Vyaznikov Alexander Yurievich, serviceman, ivts. [email protected], Russia, Moscow, Military Unit № 25953,
Borisova Anzhelika Yurievna, candidate of technical sciences, Associate Professor, Deputy Head of Department, ivts. [email protected], Russia, Moscow, Moscow State University of Civil Engineering
