CC BY
15
The issues of mathematical modeling of mechanical systems constrained by unilateral constraints are considered. The necessary and sufficient conditions for finding the points of the system on constraints and an algorithm for the numerical integration of the equations of motion are given.
Key words: mechanical system, unilateral constraints, dynamics.
Nikolsky Vladimir Vitalyevich, doctor of technical sciences, nvv. nb@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kuzin Svyatoslav Igorevich, postgraduate, godslav@yandex. ru, Russia, State University
УДК 621.317
К ВОПРОСУ ОПТИМАЛЬНОГО СИНТЕЗА СИСТЕМ ФИЗИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ
А.М. Пушкарёв, А.Г. Здоровцов
Рассматривается вопрос рационального выбора технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта за счет сгенерированного множества по соответствию тактико-техническим и экономическим ограничениям. Предложена методика выбора технических средств для построения систем физической защиты объекта.
Ключевые слова: система физической защиты, комплексная безопасность, охраняемый объект.
Проблемы эффективности функционирования систем физической защиты объектов всегда актуальны. Эффективность функционирования системы физической защиты объектов в общем случае есть качественное понятие, отражающее важнейшее свойство системы - ее соответствие тем целям, для достижения которых она создана [1]. Количественное выражение эффективности характеризует способность системы физической защиты выполнять поставленную перед ней задачу. Именно потому эффективность является важнейшим свойством системы. Поэтому основная задача, решаемая в ходе исследования эффективности системы физической защиты, состоит в обосновании рекомендаций по формированию множества рациональных вариантов построения технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта, исходя из наивысшей эффективности системы физической защиты в широком диапазоне условий ее применения. Эта задача может решаться на основе моделирования процесса функционирования технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта, оценки и сравнения прорабатываемых вариантов. Следовательно, задача формирования множества рациональных вариантов построения технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта (задача совершенствования физической защиты) ставится как задача оптимального синтеза системы с управлением [2].
Современные системы физической защиты представляют собой совокупность трех взаимоувязанных компонентов [3]: 1) системотехнических решений, отражающих в максимальной степени специфику создаваемой системы, ее уникальность (состав, физическая и логическая структура, требования, методология проектирования, методы моделирования и проведения испытаний); 2) нормативно-технических документов, регламентирующих стандартные решения по построению, функционированию, взаимодействию и развитию системы, а также условия и ограничения с учетом действующих нормативно-правовых и нормативно-технических документов (стандартов, рекоменда-
professor, Tula, Tula
ций); 3) аппаратных средств и базовых программных комплексов, являющихся реальной материальной основой, проектируемой системы физической защиты и реализующих требуемый перечень функций по обеспечению комплексной безопасности охраняемого объекта, а также защите системы от случайных и преднамеренных воздействий.
С учетом того, что современные системы физической защиты представляют собой сложные системы, требующие значительных организационных и материальных затрат и функционирующие в течение длительного периода времени, возникает задача рационального выбора технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта, обеспечивающих возможность их применения как на существующих, так и на перспективных объектах с учетом совершенствования технологий безопасности [1].
Обоснованный выбор технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта, удовлетворяющих предъявляемым к системе физической защиты требованиям и реализующих выбранные системотехнические решения и технологии, может осуществляться следующим образом. На первом этапе производится анализ возможных типов технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта, эксплуатационные показатели которых удовлетворяют системным и техническим требованиям разрабатываемой системы физической защиты. В качестве показателей для выбора технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта могут использоваться наиболее важные для конкретного объекта основные характеристики, в первую очередь, такие, как эффективность и стоимость. В методах поддержки принятия решений эти характеристики выступают в качестве основных критериальных показателей [1]. Необходимо отметить, что для различных охраняемых объектов степень важности того или иного показателя различна, при этом конкретный набор показателей для выбора технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта определяется спецификой создаваемой системы физической защиты.
В результате проведенного анализа по сформированной системе показателей может быть выбрано небольшое число (четыре-шесть) типов технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта, наиболее соответствующих всем предъявляемым требованиям и сопоставимых друг с другом по техническим характеристикам и возможностям. На втором этапе из них необходимо выбрать один наиболее приемлемый для данного объекта с точки зрения технических и эксплуатационных показателей вариант.
В предлагаемой методике для сравнительной оценки и выбора наилучшего варианта целесообразно использовать один из методов оценки многокритериальных альтернатив - метод аналитической иерархии [4], достаточно широко используемый для сравнения и выбора из небольшого числа заданных альтернатив и позволяющий использовать в задачах принятия решений математические методы для обработки субъективных предпочтений экспертов.
С учетом вышеизложенного предлагается методика выбора технических средств для построения системы физической защиты, включающая следующие этапы: 1) производится выбор из всего множества технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта образцов, максимально удовлетворяющих требованиям для конкретного объекта, на основе системы основных показателей; 2) с применением метода аналитической иерархии для отобранной группы технических средств реализуются следующие процедуры: структуризация задачи в виде иерархической структуры с несколькими уровнями «цель-критерии-альтернативы»; попарные сравнения элементов каждого уровня; вычисление для элементов каждого уровня коэффициентов важности и весов критериев; определение наилучшей альтернативы на основе подсчетов количественных показателей каждой из альтернатив.
Предположим, что выбор технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта при проектировании системы физической защиты производится по нескольким критериям - К1, К2, ..., КК По своим эксплуатационным,
техническим и стоимостным показателям определенная часть технических средств может быть исключена из дальнейшего рассмотрения. По результатам проведенного анализа производится выбор образцов технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта максимально удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к системы физической защиты (рисунок).
Иерархическая схема проблемы выбора технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта
После проведения попарных сравнений приемлемых альтернатив составляется шкала относительной важности, в которой каждому уровню ставится в соответствие число (табл. 1) [5].
Таблица 1
Шкала относительной важности
Уровень важности Количественное значение
Равная важность 1
Умеренное превосходство 2
Значительное (большое) превосходство 3
Далее после попарного сравнения элементов каждого уровня иерархии, используя одно из приведенных в табл. 1 определений, эксперт выражает свое мнение и заносит в матрицу сравнения соответствующее число (табл. 2).
Таблица 2
Матрица сравнений для критериев__
Критерий К1 К2 Кк Собственный вектор Вес критерия
К1 1 К12 < Ю1
К2 К 2 1 02 Ю2
Кы Км КN 1 Оы
Вид матрицы сравнений для альтернатив приведен в табл. 3.
Таблица 3
Матрица сравнений альтернатив _
Альтернатива А В г Собственный вектор Вес альтернативы по соответствующему критерию
А 1 ТБ ТА ТА Оа V AKN
В ТА ТБ 1 Т1 ТБ Ов п Б^
г ЦА Т1 ЦБ Т1 1 Ог
В представленных таблицах К- - значение /-го критерия при оптимизации по
у'-му критерию, Ц - важность /-й альтернативы относительно у'-й альтернативы по соответствующему критерию.
Все приемлемые альтернативы сравниваются отдельно по каждому критерию, для чего сначала вычисляются собственные векторы матриц, а затем производится их нормирование:
N 2
w i = X W 2, (1)
1=1
где Ю; - вес i-го критерия; W - собственный вектор; N - число критериев.
Синтез полученных коэффициентов важности, а также определение для каждой альтернативы соответствующего показателя качества осуществляется по формуле:
N
Vj = X WVj, (2)
1=1
где Vj - показатель качества j-й альтернативы; w - вес i-го критерия; Vj - коэффициент важности j-й альтернативы по i-му критерию.
Приведенные зависимости позволяют определить наилучшую из приемлемых альтернатив выбора технических средств обеспечения комплексной безопасности охраняемого объекта при проектировании системы физической защиты для конкретного объекта.
Таким образом, приведенная методика выбора технических средств для построения системы физической защиты позволяет выявить закономерности воздействия и оценить влияние количественных и качественных характеристик технических средств при выборе структуры системы физической защиты для конкретного объекта и осуществить более аргументированное обоснование выбора решения с использованием принципа выбора и обоснования приоритетных альтернатив. Важнейшей особенностью данной задачи является то, что в результате экспертизы несколько альтернативных вариантов построения системы физической защиты для конкретного объекта должны быть отранжированы по интегральному показателю, который с достаточной объективностью отражает абсолютное превосходство одной системы над другой при установке на фиксированном объекте.
Список литературы
1. Пушкарёв А.М., Здоровцов А.Г. Методика обоснования рациональных вариантов построения технических средств охраны // Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции «Территориально распределенные системы охраны». Калининград: КПИ ФСБ России, 2020.
2. Астахов А.Д. Методика военно-экономического обоснования принимаемых решений. М.: ВИА, 2005. 55 с.
3. Системы физической защиты ядерно-опасных объектов. Учебное пособие / Под ред. Н С. Погожина. М.: МИФИ, 2001. 242 с.
4. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений. М.: Логос, 2007. 392 с.
5. Саати Т. Принятие решений при зависимостях и обратных связях. Аналитические сети. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 360 с.
Пушкарёв Александр Михайлович, канд. техн. наук, профессор, alex.pushkarev2018@yandex.ru, Россия, Пермь, Пермский военный институт войск национальной гвардии РФ,
Здоровцов Анатолий Геннадьевич, адъюнкт, zdorovtsovag@list.ru, Россия, Пермь, Пермский военный институт войск национальной гвардии РФ
TO THE ISSUE OF OPTIMAL SYNTHESIS OF PHYSICAL PROTECTION SYSTEMS
A.M. Pushkaryov, A.G. Zdorovtsov 65
The issue of rational selection of technical means to ensure the complex safety of the protected object is considered due to the generated set in compliance with tactical, technical and economic restrictions. Method of selection of technical means for construction of physical protection systems of an object is proposed.
Key words: physical protection system, comprehensive security, protectedfacility.
Pushkaryov Aleksander Mikhailovich, candidate of technical sciences, professor, alex.pushkarev2018@yandex.ru, Russia, Perm, the Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation,
Zdorovtsov Anatoly Gennadevich, postgraduate, zdorovtsovag@list. ru, Russia, Perm, the Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation
УДК 531.55
ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ И ПРОЕКТНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВОЗДУХОЗАБОРНЫМ УСТРОЙСТВАМ
ВВ. Ветров, ВВ. Морозов, АС. Федоров, АС. Оськин, НС. Чулков, П.Д. Шилин
Рассмотрены четыре конструкции воздухозаборных устройств, разработанные для внедрения прямоточного воздушно-реактивного двигателя в состав телескопически трансформируемого управляемого артиллерийского снаряда. Получены дроссельные характеристики методами вычислительной газовой динамики для предложенных вариантов воздухозаборных устройств при различных скоростях набегающего потока и проведено сравнение.
Ключевые слова: воздухозаборное устройство, трансформируемый управляемый артиллерийский снаряд, ракетно-прямоточный двигатель, дроссельная характеристика, дальность полета.
Повышение баллистической эффективности (увеличение дальности полета при неизменных ГМХ и массе полезной нагрузки) на современном этапе развития является одной из наиболее актуальных для управляемых артиллерийских снарядов (УАС). Максимальные дальности полета для неуправляемого снаряда сегодня составляют порядка 70 км [1, 2].
Одним из вариантов увеличения дальности полета является использование прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД), одним из ключевых элементов конструкции которых является воздухозаборное устройство (ВЗУ). ВЗУ играет важную роль при интеграции ПВРД в состав ЛА, специфическая компоновка при этом не позволяет использовать классические решения с носовым, либо боковым ВЗУ наиболее рациональной геометрии.
Использование РПД возможно благодаря силовому импульсу продуктов сгорания метательного заряда. Снаряд приобретает начальную (дульную) скорость для последующей его работы. Применение РПД на УАС следует считать одним из перспективных направлений для увеличения их дальности, но в данный момент применение РПД на малогабаритных ракетах затруднено [3, 4]. В наши дни известны только конструкции УАС с РДТТ.
Жесткие габаритные ограничения осложняют использование РПД в связи трудностью размещения на борту ЛА камеры дожигания необходимого удлинения [5]. На протяжении всего полета УАС имеет избыточный запас прочности планера, из-за высоких стартовых перегрузок, в то время как для реализации высокоэффективного
66
